עוצב על ידי טוד בריידי וסטיבן ה. מילר, מסגרת ה-CDTC שנוצרה קרה (CFSF) (הידועה גם בשם "מד קל") הייתה במקור אלטרנטיבה לעץ, אך לאחר עשרות שנים של עבודה אגרסיבית, היא סוף סוף מילאה את תפקידה. כמו עץ בגימור נגר, ניתן לחתוך ולשלב עמודי פלדה ומסלולים ליצירת צורות מורכבות יותר. עם זאת, עד לאחרונה לא הייתה סטנדרטיזציה אמיתית של רכיבים או תרכובות. כל חור מחוספס או אלמנט מבני מיוחד אחר חייב להיות מפורט בנפרד על ידי מהנדס שיא (EOR). קבלנים לא תמיד עוקבים אחר הפרטים הספציפיים לפרויקט, ועשויים "לעשות דברים אחרת" במשך זמן רב. למרות זאת, ישנם הבדלים מהותיים באיכות ההרכבה בשטח.
בסופו של דבר, היכרות מולידה חוסר שביעות רצון, וחוסר שביעות רצון מעורר חדשנות. חלקי מסגרות חדשים (מעבר ל-C-Studs ו-U-Tracks הסטנדרטיים) זמינים לא רק באמצעות טכניקות עיצוב מתקדמות, אלא גם ניתנים להנדסה מראש/לאישור מראש לצרכים ספציפיים כדי לשפר את שלב ה-CFSF מבחינת עיצוב ובנייה. .
רכיבים סטנדרטיים, שנבנו ייעודיים, התואמים למפרטים יכולים לבצע משימות רבות באופן עקבי, ולספק ביצועים טובים ואמינים יותר. הם מפשטים את הפירוט ומספקים פתרון שקל יותר לקבלנים להתקין בצורה נכונה. הם גם מאיצים את הבנייה ומקלים על הבדיקות, וחוסכים זמן וטרחה. רכיבים סטנדרטיים אלה משפרים גם את הבטיחות במקום העבודה על ידי הפחתת עלויות החיתוך, ההרכבה, ההברגה והריתוך.
פרקטיקה סטנדרטית ללא תקני CFSF הפכה לחלק כה מקובל מהנוף שקשה לדמיין בנייה מסחרית או מגורים לגובה בלעדיה. הקבלה רחבה זו הושגה בפרק זמן קצר יחסית ולא הייתה בשימוש נרחב עד סוף מלחמת העולם השנייה.
תקן העיצוב הראשון של CFSF פורסם בשנת 1946 על ידי המכון האמריקאי לברזל ופלדה (AISI). הגרסה העדכנית ביותר, AISI S 200-07 (תקן צפון אמריקאי למסגור פלדה קר – כללי), היא כעת התקן בקנדה, ארה"ב ומקסיקו.
הסטנדרטיזציה הבסיסית עשתה הבדל גדול ו-CFSF הפכה לשיטת בנייה פופולרית, בין אם היו נושאות עומס או לא נושאות. היתרונות שלו כוללים:
עד כמה שתקן AISI חדשני, הוא לא מקודד הכל. למעצבים ולקבלנים יש עוד הרבה מה להחליט.
מערכת CFSF מבוססת על חתיכים ומסילות. עמודי פלדה, כמו עמודי עץ, הם אלמנטים אנכיים. בדרך כלל הם יוצרים חתך בצורת C, כאשר ה"חלק העליון" וה"תחתון" של ה-C יוצרים את הממד הצר של החתך (האוגן שלו). מדריכים הם אלמנטים של מסגרת אופקית (ספים ומשקופים), בעלי צורת U כדי להכיל מתלים. גדלי מתלים דומים בדרך כלל לעץ הנומינלי "2×": 41 x 89 מ"מ (1 5/8 x 3 ½ אינץ') הם "2 x 4 אינץ' ו-41 x 140 מ"מ (1 5/8 x 5). ½ אינץ') שווה "2×6 אינץ'. בדוגמאות אלה, המימד של 41 מ"מ מכונה "מדף" והממד 89 מ"מ או 140 מ"מ מכונה "רשת", בהשאלה מושגים המוכרים מפלדה מגולגלת חמה ואיברים דומים מסוג I-beam. גודל המסלול מתאים לרוחב הכללי של החתך.
עד לאחרונה, האלמנטים החזקים יותר הנדרשים בפרויקט היו צריכים להיות מפורטים על ידי EOR ולהרכיב אותם באתר באמצעות שילוב של חתיכים ומסילות משולבים, כמו גם אלמנטים בצורת C ו-U. התצורה המדויקת מסופקת בדרך כלל לקבלן וגם בתוך אותו פרויקט זה יכול להשתנות מאוד. עם זאת, עשרות שנות הניסיון של CFSF הובילו להכרה במגבלות של צורות בסיסיות אלו ובבעיות הקשורות בהן.
לדוגמא, מים יכולים להצטבר במסילה התחתונה של קיר חתך בעת פתיחת החוד במהלך הבנייה. נוכחות של נסורת, נייר או חומרים אורגניים אחרים עלולה לגרום לעובש או לבעיות אחרות הקשורות לרטיבות, כולל הידרדרות של קיר גבס או משיכת מזיקים מאחורי גדרות. בעיה דומה עלולה להתרחש אם מים מחלחלים לתוך קירות מוגמרים ומתאספים עקב עיבוי, דליפות או שפיכה.
פתרון אחד הוא שביל מיוחד עם חורים שנקדחו לניקוז. עיצובי חתיכים משופרים נמצאים גם בפיתוח. הם כוללים תכונות חדשניות כגון צלעות במיקום אסטרטגי שמתגמשות בחתך לתוספת קשיחות. המשטח המרקם של החתך מונע מהבורג "לזוז", וכתוצאה מכך חיבור נקי יותר וגימור אחיד יותר. לשיפורים הזעירים הללו, המוכפלים בעשרות אלפי קוצים, יכולים להיות השפעה עצומה על פרויקט.
מעבר לחתכים ומסילות ניטים ומסילות מסורתיים מספיקים לרוב לקירות פשוטים ללא חורים גסים. העומסים עשויים לכלול את משקל הקיר עצמו, הגימורים והציוד שעליו, משקל הרוח, ולחלק מהקירות לכלול גם עומסים קבועים וזמניים מהגג או מהקומה שמעל. עומסים אלו מועברים מהמסילה העליונה לעמודים, אל המסילה התחתונה ומשם אל הבסיס או חלקים אחרים של המבנה העלי (למשל דק בטון או עמודי פלדה מבניים וקורות).
אם יש פתח גס (RO) בקיר (כגון דלת, חלון או תעלת HVAC גדולה), יש להעביר סביבו את העומס מלמעלה מהפתח. המשקוף חייב להיות חזק מספיק כדי לתמוך בעומס של אחד או יותר מה שנקרא חתיכים (וקיר הגבס המצורף) מעל המשקוף ולהעביר אותו לחתיכי המשקוף (איברים אנכיים RO).
כמו כן, עמודי משקוף לדלת חייבים להיות מתוכננים כך שיישאו עומס גדול יותר מאשר עמודים רגילים. לדוגמה, בחללים פנימיים, הפתח חייב להיות חזק מספיק כדי לתמוך במשקל קיר הגבס מעל הפתח (כלומר, 29 ק"ג/מ"ר [6 פאונד למטר רבוע] [שכבה אחת של 16 מ"מ (5/8 אינץ') לכל שעה של קיר.) לכל צד של טיח] או 54 ק"ג/מ"ר [11 פאונד למטר רבוע] עבור קיר מבני של שעתיים [שתי שכבות של 16 מ"מ טיח לכל צד]), בתוספת עומס סיסמי ובדרך כלל המשקל של הקיר. הדלת והפעולה האינרציאלית שלה. במקומות חיצוניים, פתחים חייבים להיות מסוגלים לעמוד בפני רוח, רעידות אדמה ועומסים דומים.
בעיצוב ה-CFSF המסורתי, הכותרות ועמודי הסף מיוצרים באתר על ידי שילוב של דקים ומסילות סטנדרטיים ליחידה חזקה יותר. סעפת אוסמוזה הפוכה טיפוסית, המכונה סעפת קסטה, מיוצרת על ידי הברגה ו/או ריתוך של חמישה חלקים. שני עמודים ממוקמים בשתי מסילות, ומסילה שלישית מחוברת בחלק העליון כשהחור פונה כלפי מעלה כדי למקם את העמוד מעל החור (איור 1). סוג נוסף של מפרק קופסה מורכב מארבעה חלקים בלבד: שני חתיכים ושני מדריכים. השני מורכב משלושה חלקים - שני מסלולים וסיכת ראש. שיטות הייצור המדויקות של רכיבים אלו אינן סטנדרטיות, אלא משתנות בין קבלנים ואפילו עובדים.
למרות שייצור קומבינטורי עלול לגרום למספר בעיות, הוא הוכיח את עצמו היטב בתעשייה. העלות של שלב ההנדסה הייתה גבוהה מכיוון שלא היו תקנים, ולכן פתחים גסים היו צריכים להיות מתוכננים ולסיים בנפרד. חיתוך והרכבה של רכיבים עתירי עבודה אלה באתר גם מוסיפים לעלויות, מבזבזים חומרים, מגבירים את הפסולת באתר ומגדילים את סיכוני הבטיחות באתר. בנוסף, זה יוצר בעיות איכות ועקביות שמעצבים מקצועיים צריכים להיות מודאגים מהם במיוחד. זה נוטה להפחית את העקביות, האיכות והאמינות של המסגרת, ויכול גם להשפיע על איכות גימור קיר הגבס. (ראה "חיבור גרוע" לדוגמאות לבעיות אלו.)
מערכות חיבור הצמדת חיבורים מודולריים למתלים עלולה לגרום גם לבעיות אסתטיות. חפיפת מתכת למתכת הנגרמת על ידי לשוניות בסעפת המודולרית יכולה להשפיע על גימור הקיר. אין קיר גבס פנימי או חיפוי חיצוני לשכב שטוח על יריעת המתכת ממנה בולטים ראשי הברגים. משטחי קיר מוגבהים עלולים לגרום לגימורים לא אחידים ניכרים ולדרוש עבודת תיקון נוספת כדי להסתיר אותם.
אחד הפתרונות לבעיית החיבור הוא שימוש במלחצים מוכנים, הצמדתם לעמודי המשקוף ותיאום המפרקים. גישה זו מייצרת חיבורים סטנדרטית ומבטלת חוסר עקביות שנגרם על ידי ייצור באתר. המהדק מבטל חפיפת מתכת וראשי ברגים בולטים על הקיר, ומשפר את גימור הקיר. זה גם יכול להוזיל את עלויות העבודה בהתקנה בחצי. בעבר, עובד אחד היה צריך להחזיק את הכותרת בגובה, בעוד שאחר הבריג אותו למקומו. במערכת קליפס, עובד מתקין את הקליפס ולאחר מכן מצמיד את המחברים לקליפסים. מהדק זה מיוצר בדרך כלל כחלק ממערכת התאמה טרומית.
הסיבה לייצור סעפות מחתיכות מתכת כפופות מרובות היא לספק משהו חזק יותר מחתיכת מסילה אחת לתמיכה בקיר שמעל הפתח. מכיוון שכיפוף מקשיח את המתכת כדי למנוע עיוות, ויוצר למעשה קורות מיקרו במישור הגדול יותר של האלמנט, ניתן להגיע לאותה תוצאה באמצעות חתיכת מתכת אחת עם כיפופים רבים.
עיקרון זה קל להבנה על ידי החזקת דף נייר בידיים מושטות מעט. ראשית, הנייר מתקפל באמצע ומחליק. עם זאת, אם מקפלים אותו פעם אחת לאורכו ולאחר מכן מגוללים אותו (כך שהנייר יוצר תעלה בצורת V), יש פחות סיכוי שהוא יתכופף ויפול. ככל שתבצע יותר קיפולים, כך הוא יהיה נוקשה יותר (בגבולות מסוימים).
טכניקת הכיפוף המרובה מנצלת את האפקט הזה על ידי הוספת חריצים מוערמים, ערוצים ולולאות לצורה הכללית. "חישוב חוזק ישיר" - שיטת ניתוח מעשית חדשה בעזרת מחשב - החליפה את "חישוב הרוחב האפקטיבי" המסורתי ואפשרה להמיר צורות פשוטות לתצורות מתאימות ויעילות יותר כדי לקבל תוצאות טובות יותר מפלדה. ניתן לראות מגמה זו במערכות CFSF רבות. צורות אלו, במיוחד כאשר משתמשים בפלדה חזקה יותר (390 MPa (57 psi) במקום התקן הקודם בתעשייה של 250 MPa (36 psi)), יכולות לשפר את הביצועים הכוללים של האלמנט ללא כל פשרה בגודל, במשקל או בעובי. לִהיוֹת. היו שינויים.
במקרה של פלדה בצורת קר, גורם נוסף נכנס לתמונה. עבודה קרה של פלדה, כגון כיפוף, משנה את תכונות הפלדה עצמה. חוזק התפוקה וחוזק המתיחה של החלק המעובד של הפלדה גדלים, אך הגמישות פוחתת. החלקים שעובדים הכי הרבה מקבלים הכי הרבה. התקדמות ביצירת גלילים הביאו לכיפופים הדוקים יותר, כלומר הפלדה הקרובה ביותר לקצה המעוגל דורשת עבודה רבה יותר מאשר תהליך יצירת הגליל הישן. ככל שהעיקולים גדולים ומהודקים יותר, כך יותר פלדה באלמנט תתחזק על ידי עבודה קרה, מה שמגדיל את החוזק הכללי של האלמנט.
למסלולים רגילים בצורת U יש שני עיקולים, לחתיכי C יש ארבעה עיקולים. לסעפת W ששונתה מראש שהונדסה מראש יש 14 כיפופים המסודרים כדי למקסם את כמות המתכת המתנגדת באופן פעיל ללחץ. החלק הבודד בתצורה זו עשוי להיות מסגרת הדלת כולה בפתח המחוספס של משקוף הדלת.
עבור פתחים רחבים מאוד (כלומר מעל 2 מטר [7 רגל]) או עומסים גבוהים, ניתן לחזק את המצולע עוד יותר עם תוספות בצורת W מתאימות. הוא מוסיף עוד מתכת ו-14 עיקולים, מה שמביא את המספר הכולל של עיקולים בצורה הכוללת ל-28. התוספת מונחת בתוך המצולע עם Ws הפוך כך ששני Ws יחד יוצרים צורת X מחוספסת. רגליו של W פועלות כמו מוטות צולבים. הם התקינו את החתיכים החסרים מעל ה-RO, שהוחזקו במקומם עם ברגים. זה חל בין אם מותקן תוססת חיזוק ובין אם לאו.
היתרונות העיקריים של מערכת ראש/קליפס מעוצבת זו הם מהירות, עקביות וגימור משופר. על ידי בחירת מערכת משקוף מוכנה מראש, כגון מערכת המאושרת על ידי ועדת הוועדה הבינלאומית להערכת קוד הנוהג (ICC-ES), מתכננים יכולים לציין רכיבים על סמך דרישות הגנה מפני עומס וסוג קיר, ולהימנע מהצורך לתכנן ולפרט כל עבודה , חיסכון בזמן ומשאבים. (ICC-ES, International Codes Committee Evaluation Service, מוסמך על ידי מועצת התקנים של קנדה [SCC]). הכנה טרומית זו גם מבטיחה שפתחים עיוורים נבנים כמתוכנן, עם תקינות ואיכות מבנית עקבית, ללא סטיות עקב חיתוך והרכבה במקום.
עקביות ההתקנה השתפרה גם מכיוון שלמלחציים יש חורים עם הברגה שנקדחו מראש, מה שמקל על מספור ומיקום המפרקים עם חתיכים במשקוף. מבטל חפיפות מתכת על קירות, משפר את שטוחות משטח גבס ומונע אי אחידות.
בנוסף, למערכות כאלה יש יתרונות סביבתיים. בהשוואה לרכיבים מרוכבים, ניתן להפחית את צריכת הפלדה של סעפות מחלק אחד בעד 40%. מכיוון שזה לא מצריך ריתוך, הפליטות הנלוות של גזים רעילים מתבטלות.
חתיכים רחבי אוגן חתיכים מסורתיים מיוצרים על ידי חיבור (הברגה ו/או ריתוך) שני חתיכים או יותר. למרות שהם חזקים, הם יכולים גם ליצור בעיות משלהם. הרבה יותר קל להרכיב אותם לפני ההתקנה, במיוחד כשמדובר בהלחמה. עם זאת, זה חוסם את הגישה לקטע החתך המחובר לפתח הדלת החלול מתכת (HMF).
פתרון אחד הוא לחתוך חור באחד הניצבים לחיבור למסגרת מתוך המכלול הזקוף. עם זאת, זה יכול להקשות על הבדיקה ולדרוש עבודה נוספת. ידוע שהפקחים מתעקשים לחבר את ה-HMF לחצי אחד של משקוף הדלת ולבדוק אותו, ואז לרתך את החצי השני של מכלול החתך הכפול למקומו. זה מפסיק את כל העבודות סביב הפתח, עלול לעכב עבודות אחרות, ודורש הגנה מוגברת מפני אש עקב ריתוך באתר.
ניתן להשתמש בריתי כתף רחבים מוכנים (מעוצבים במיוחד כחתיכים במשקוף) במקום ניטים הניתנים לערום, וחוסכים זמן וחומר משמעותיים. בעיות הגישה הקשורות לפתח HMF נפתרות גם מכיוון שצד ה-C הפתוח מאפשר גישה ללא הפרעה ובדיקה קלה. צורת ה-C הפתוחה מספקת גם בידוד מלא כאשר המשקופים ועמודי המשקוף המשולבים יוצרים בדרך כלל פער של 102 עד 152 מ"מ (4 עד 6 אינץ') בבידוד סביב הפתח.
חיבורים בחלק העליון של הקיר תחום עיצוב נוסף שנהנה מהחדשנות הוא החיבור בחלק העליון של הקיר לסיפון העליון. המרחק מקומה אחת לאחרת עשוי להשתנות מעט לאורך זמן עקב שונות בסטיית הסיפון בתנאי העמסה שונים. עבור קירות שאינם נושאים עומס, צריך להיות מרווח בין החלק העליון של החתיכים לפאנל, זה מאפשר לסיפון לנוע למטה מבלי למעוך את החתיכים. הפלטפורמה חייבת גם להיות מסוגלת לנוע למעלה מבלי לשבור את החתיכים. המרווח הוא לפחות 12.5 מ"מ (½ אינץ'), שהוא מחצית מהסבילות הכוללת של ±12.5 מ"מ.
שני פתרונות מסורתיים שולטים. האחת היא לחבר מסלול ארוך (50 או 60 מ"מ (2 או 2.5 אינץ')) לסיפון, כאשר קצות החתיכים פשוט מוכנסים למסילה, לא מאובטחים. כדי למנוע מהחבטים להתפתל ולאבד את ערכם המבני, מוכנסת חתיכת תעלה מגולגלת קרה דרך חור בריצה במרחק של 150 מ"מ (6 אינץ') מהחלק העליון של הקיר. תהליך צריכה התהליך אינו פופולרי בקרב קבלנים. במאמץ לחתוך פינות, חלק מהקבלנים עשויים אפילו לוותר על תעלה מגולגלת קרה על ידי הצבת חתיכים על מסילות ללא אמצעי להחזיק אותם במקום או ליישר אותם. זה מפר את הנוהל הסטנדרטי ASTM C 754 להתקנת חלקי מסגרות פלדה לייצור מוצרי קיר גבס עם הברגה, הקובע כי יש לחבר את החתיכים למסילות באמצעות ברגים. אם סטייה זו מהעיצוב לא תתגלה, היא תשפיע על איכות הקיר המוגמר.
פתרון נוסף בשימוש נרחב הוא עיצוב המסלול הכפול. המסלול הסטנדרטי ממוקם על גבי החתיכים וכל חתיך מוברג אליו. מסילה שנייה, מותאמת אישית, רחבה יותר מונחת מעל הראשונה ומחוברת לסיפון העליון. רצועות סטנדרטיות יכולות להחליק למעלה ולמטה בתוך רצועות מותאמות אישית.
למשימה זו פותחו מספר פתרונות, כולם כוללים רכיבים מיוחדים המספקים חיבורים מחורצים. וריאציות כוללות את סוג המסילה המחוררת או סוג הקליפ המחורץ המשמש לחיבור המסילה לסיפון. לדוגמה, אבטח מסילה מחוררת לצד התחתון של הסיפון באמצעות שיטת הידוק המתאימה לחומר הסיפון המסוים. הברגים המחורצים מחוברים לחלק העליון של החתיכים (לפי ASTM C 754) ומאפשרים לחיבור לנוע מעלה ומטה בתוך כ-25 מ"מ (1 אינץ').
בחומת אש, חיבורים צפים כאלה חייבים להיות מוגנים מפני אש. מתחת לדק פלדה מחורץ במילוי בטון, החומר המעכב אש חייב להיות מסוגל למלא את החלל הלא אחיד שמתחת לחריץ ולשמור על תפקוד כיבוי האש ככל שהמרחק בין ראש הקיר לדק משתנה. הרכיבים המשמשים למפרק זה נבדקו בהתאם ל-ASTM E 2837-11 החדש (שיטת בדיקה סטנדרטית לקביעת עמידות בפני אש של מערכות מפרקי ראש קיר מוצק המותקנות בין רכיבי קיר מדורגים ורכיבים אופקיים שאינם מדורגים). התקן מבוסס על מעבדות חתמים (UL) 2079, "בדיקת אש למערכות חיבור לבניין".
היתרון בשימוש בחיבור ייעודי בחלק העליון של הקיר הוא שהוא יכול לכלול מכלולים סטנדרטיים, מאושרים בקוד, חסיני אש. מבנה טיפוסי הוא למקם את החומר עקשן על הסיפון ולתלות כמה סנטימטרים מעל החלק העליון של הקירות משני הצדדים. כמו שקיר יכול להחליק למעלה ולמטה בחופשיות במתקן שקע, הוא יכול להחליק למעלה ולמטה גם במפרק אש. חומרים עבור רכיב זה עשויים לכלול צמר מינרלי, פלדה מבנית עקשן, או קיר גבס, בשימוש לבד או בשילוב. מערכות כאלה חייבות להיבדק, לאשר ולהופיע בקטלוגים כגון Underwriters Laboratories of Canada (ULC).
מסקנה סטנדרטיזציה היא הבסיס לכל אדריכלות מודרנית. למרבה האירוניה, יש מעט סטנדרטיזציה של "פרקטיקה סטנדרטית" כשמדובר במסגרות פלדה בצורת קר, וחידושים ששוברים את המסורות הללו הם גם יצרני סטנדרטים.
השימוש במערכות סטנדרטיות אלו יכול להגן על מעצבים ובעלים, לחסוך זמן וכסף משמעותיים ולשפר את בטיחות האתר. הם מביאים עקביות לבנייה ויש סיכוי גבוה יותר שיעבדו כמתוכנן מאשר מערכות בנויות. עם שילוב של קלילות, קיימות ובמחיר סביר, CFSF עשויה להגדיל את חלקה בשוק הבנייה, ללא ספק מדרבן חדשנות נוספת.
Todd Brady is President of Brady Construction Innovations and inventor of the ProX manifold roughing system and the Slp-Trk wall cap solution. He is a metal beam specialist with 30 years of experience in the field and contract work. Brady can be contacted by email: bradyinnovations@gmail.com.
Stephen H. Miller, CDT הוא סופר וצלם עטור פרסים המתמחה בענף הבנייה. הוא המנהל הקריאטיבי של Chusid Associates, חברת ייעוץ המספקת שירותי שיווק וטכניים ליצרני מוצרי בנייה. ניתן ליצור קשר עם מילר בכתובת www.chusid.com.
סמן את התיבה למטה כדי לאשר את רצונך להיכלל בהודעות דוא"ל שונות מ-Kenilworth Media (כולל ניוזלטרים אלקטרוניים, גיליונות מגזינים דיגיטליים, סקרים תקופתיים והצעות* לתעשיית ההנדסה והבנייה).
*איננו מוכרים את כתובת הדוא"ל שלך לצדדים שלישיים, אנו פשוט מעבירים אליך את ההצעות שלהם. כמובן, תמיד יש לך את הזכות לבטל את המנוי מכל הודעה שנשלח לך אם תשנה את דעתך בעתיד.
זמן פרסום: יולי-07-2023