Todd Brady と Stephen H. Miller によって設計された CDTC 冷間成形 (CFSF) (「ライトゲージ」とも呼ばれる) フレームは、当初は木材の代替品でしたが、数十年にわたる積極的な取り組みを経て、最終的にその役割を果たしました。大工が仕上げた木材と同様に、鋼製の支柱とトラックを切断して組み合わせて、より複雑な形状を作成できます。しかし、最近までコンポーネントや化合物の実際の標準化は行われていませんでした。各ラフホールまたはその他の特殊な構造要素は、記録エンジニア (EOR) によって個別に詳細に説明される必要があります。請負業者は、これらのプロジェクト固有の詳細に常に従うわけではなく、長期間にわたって「異なる方法で物事を行う」可能性があります。それにもかかわらず、現場での組み立ての品質には大きな違いがあります。
結局のところ、慣れは不満を生み、不満は革新を刺激します。新しいフレーム部材（標準の C スタッドおよび U トラックを超える）は、高度な成形技術を使用して利用できるだけでなく、設計と建設の点で CFSF 段階を改善するための特定のニーズに合わせて事前設計/事前承認することもできます。 。
仕様に準拠した標準化された専用コンポーネントは、多くのタスクを一貫した方法で実行でき、より優れた信頼性の高いパフォーマンスを提供します。詳細設定が簡素化され、請負業者が正しく設置しやすいソリューションが提供されます。また、建設のスピードアップと検査の簡素化により、時間と手間を節約します。これらの標準化されたコンポーネントにより、切断、組み立て、ネジ締め、溶接のコストが削減され、職場の安全性も向上します。
CFSF 基準のない標準的な慣行は、風景の一部として広く受け入れられており、CFSF 基準なしの商業建築や高層住宅建設を想像するのは困難です。この広く受け入れられたのは比較的短期間でしたが、第二次世界大戦が終わるまで広く使用されませんでした。
最初の CFSF 設計標準は 1946 年に米国鉄鋼協会 (AISI) によって発行されました。最新バージョンの AISI S 200-07 (冷間成形鋼フレームの北米規格 - 一般) は、現在、カナダ、米国、メキシコの規格です。
基本的な標準化は大きな違いをもたらし、CFSF は耐荷重か非耐荷重かに関係なく一般的な工法になりました。その利点は次のとおりです。
AISI 標準は革新的ですが、すべてを成文化しているわけではありません。設計者と請負業者にはまだ決定すべきことがたくさんあります。
CFSF システムはスタッドとレールに基づいています。スチール製の支柱は、木製の支柱と同様に垂直の要素です。これらは通常、C 字形の断面を形成し、C の「上部」と「底部」がスタッド (フランジ) の狭い寸法を形成します。ガイドは水平フレーム要素 (敷居とまぐさ) であり、ラックを収容するための U 字型をしています。ラックのサイズは通常、公称「2×」木材と同様です。41 x 89 mm (1 5/8 x 3 1/2 インチ) は「2 x 4」、41 x 140 mm (1 5/8 x 5) です。 1/2 インチ) は「2×6」に相当します。これらの例では、41 mm の寸法は「シェルフ」と呼ばれ、89 mm または 140 mm の寸法は「ウェブ」と呼ばれ、熱間圧延鋼や同様の I ビーム タイプの部材でよく知られている概念を借用しています。トラックのサイズはスタッドの全幅に対応します。
最近まで、プロジェクトに必要な強力な要素は EOR によって詳細に説明され、コンボ スタッドとレール、および C 字型および U 字型要素の組み合わせを使用して現場で組み立てられる必要がありました。正確な構成は通常、請負業者に提供されますが、同じプロジェクト内であっても大きく異なる場合があります。しかし、CFSF の数十年にわたる経験により、これらの基本的な形式の限界とそれに関連する問題が認識されるようになりました。
たとえば、建設中にスタッドが開かれると、スタッド壁の下部レールに水が溜まる可能性があります。おがくず、紙、その他の有機物質が存在すると、乾式壁の劣化やフェンスの後ろに害虫を引き寄せるなど、カビやその他の湿気関連の問題が発生する可能性があります。完成した壁に水が浸透し、結露、漏れ、またはこぼれによって水が溜まった場合にも、同様の問題が発生する可能性があります。
解決策の 1 つは、排水用の穴を開けた特別な通路です。改良されたスタッド設計も開発中です。剛性を高めるために断面が曲がる戦略的に配置されたリブなどの革新的な機能が特徴です。スタッドの凹凸のある表面はネジの「移動」を防ぎ、よりきれいな接続とより均一な仕上がりをもたらします。これらの小さな改善が何万ものスパイクと重なると、プロジェクトに大きな影響を与える可能性があります。
スタッドとレールを超えて 従来のスタッドとレールは、多くの場合、粗い穴のない単純な壁には十分です。荷重には、壁自体の重量、その上の仕上げ材や設備、風の重さが含まれる場合があり、一部の壁では、屋根または上の床からの永続的および一時的な荷重も含まれます。これらの荷重は、上部レールから柱、下部レールに伝達され、そこから基礎または上部構造の他の部分 (コンクリート床版または構造用鋼の柱と梁など) に伝達されます。
壁に粗い開口部 (RO) (ドア、窓、大きな HVAC ダクトなど) がある場合、開口部の上からの荷重をその周囲に伝達する必要があります。まぐさは、まぐさの上にある 1 つまたは複数のいわゆるスタッド (および取り付けられた乾式壁) からの荷重を支え、それを側柱スタッド (RO 垂直部材) に伝達するのに十分な強度がなければなりません。
同様に、ドア枠の支柱は、通常の支柱よりも大きな荷重に耐えられるように設計する必要があります。たとえば、室内空間では、開口部は、開口部上の乾式壁の重量 (つまり、29 kg/m2 [1 平方フィートあたり 6 ポンド] [1 層あたり 16 mm (5/8 インチ) の 1 層) を支えるのに十分な強度がなければなりません。 ）または 2 時間の構造壁の場合は 54 kg/m2 [1 平方フィートあたり 11 ポンド]（片面あたり 16 mm の漆喰を 2 回塗ります））、それに地震荷重と通常の重量を加えたものです。ドアとその慣性動作。屋外の場所では、開口部は風、地震、および同様の荷重に耐えることができなければなりません。
伝統的な CFSF 設計では、ヘッダーと敷居ポストは、標準的なスラットとレールを組み合わせてより強力なユニットにすることによって現場で作成されます。カセットマニホールドとして知られる典型的な逆浸透マニホールドは、5 つの部品をねじ止めおよび/または溶接することによって作られます。 2 つのポストの両側に 2 つのレールがあり、3 番目のレールが穴を上にして上部に取り付けられ、ポストを穴の上に配置します (図 1)。別のタイプのボックス ジョイントは、2 つのスタッドと 2 つのガイドの 4 つの部品のみで構成されます。もう 1 つは、2 つのトラックと 1 つのヘアピンの 3 つの部分で構成されています。これらのコンポーネントの正確な製造方法は標準化されておらず、請負業者や作業者によっても異なります。
組み合わせ生産は多くの問題を引き起こす可能性がありますが、産業界では十分に実証されています。標準がなかったため、エンジニアリング段階のコストが高かったため、大まかな開口部を個別に設計して最終決定する必要がありました。これらの労働集約的なコンポーネントを現場で切断して組み立てると、コストが増加し、材料が無駄になり、現場での無駄が増え、現場の安全リスクが高まります。さらに、プロのデザイナーが特に懸念すべき品質と一貫性の問題が生じます。これにより、フレームの一貫性、品質、信頼性が低下する傾向があり、乾式壁の仕上げの品質にも影響を与える可能性があります。 (これらの問題の例については、「接続不良」を参照してください。)
接続システム モジュラー接続をラックに取り付けると、美観上の問題が発生する可能性もあります。モジュラーマニホールドのタブによって生じる金属間の重なりは、壁の仕上げに影響を与える可能性があります。内部乾式壁や外部被覆材は、ネジ頭が突き出ている金属シート上に平らに置かないでください。盛り上がった壁面は仕上げの凹凸が目立つ原因となり、それを隠すために追加の修正作業が必要になることがあります。
接続の問題に対する 1 つの解決策は、既製のクランプを使用して側枠の柱に固定し、ジョイントを調整することです。このアプローチにより接続が標準化され、現場での製造によって生じる不一致が排除されます。クランプにより、壁上の金属の重なりやネジ頭の突出がなくなり、壁の仕上がりが向上します。設置工事の人件費も半分に削減できます。以前は、1 人の作業者がヘッダーのレベルを保持し、もう 1 人がヘッダーを所定の位置にねじ込む必要がありました。クリップ システムでは、作業者がクリップを取り付けてから、コネクタをクリップにはめ込みます。このクランプは通常、プレハブ式フィッティング システムの一部として製造されます。
複数の曲げ金属片からマニホールドを作成する理由は、開口部の上の壁を支えるために単一のトラックよりも強力なものを提供するためです。曲げると金属が強化されて反りが防止され、要素のより大きな平面に効果的にマイクロビームが形成されるため、多くの曲げを備えた単一の金属を使用しても同じ結果を達成できます。
この原理は、紙を少し伸ばした手で持つと簡単に理解できます。まず、紙が真ん中で折れて滑ります。ただし、長さに沿って一度折りたたんでから（紙が V 字型の溝を形成するように）広げると、曲がったり落ちたりする可能性が低くなります。折り目数が多いほど、(特定の制限内で) 硬くなります。
複数の曲げ技術は、全体の形状に積み重ねられた溝、チャネル、ループを追加することでこの効果を利用します。 「直接強度計算」 - 新しい実用的なコンピュータ支援解析方法 - は、従来の「有効幅計算」に代わって、単純な形状を適切でより効率的な構成に変換して、鋼からより良い結果を得ることができるようにしました。この傾向は多くの CFSF システムで見られます。これらの形状は、特により強力な鋼材 (以前の業界標準の 250 MPa (36 psi) ではなく 390 MPa (57 psi)) を使用する場合、サイズ、重量、厚さの点で妥協することなく、要素の全体的な性能を向上させることができます。なる。変化がありました。
冷間成形鋼の場合、別の要因が関係します。曲げなどの鋼の冷間加工は、鋼自体の特性を変化させます。鋼の加工部分の降伏強さと引張強さは増加しますが、延性は低下します。最も機能する部分が最も多くの効果を発揮します。ロール成形の進歩により、よりきつく曲げられるようになりました。これは、湾曲したエッジに最も近い鋼には、古いロール成形プロセスよりも多くの作業が必要になることを意味します。曲げが大きくきつくなるほど、要素内の鋼材が冷間加工によって強化され、要素全体の強度が向上します。
通常の U 字型トラックには 2 つの曲がりがありますが、C スタッドには 4 つの曲がりがあります。事前に設計された改良型 W マニホールドには、応力に積極的に抵抗する金属の量を最大化するように配置された 14 の曲がりがあります。この構成における単一の部品は、ドアフレームの粗い開口部内のドアフレーム全体であってもよい。
非常に広い開口部 (つまり、2 m [7 フィート] 以上) または高荷重の場合は、適切な W 型インサートで多角形をさらに補強できます。さらに金属と 14 個の曲げが追加され、全体の形状の曲げの総数は 28 になります。インサートは、2 つの W が合わさって大まかな X 字形を形成するように、逆 W を持つ多角形の内側に配置されます。 Wの足はクロスバーの役割を果たします。彼らは欠けていたスタッドを RO の上に取り付け、ネジで所定の位置に固定しました。これは、補強インサートが取り付けられているかどうかに関係なく適用されます。
この予備成形ヘッド/クリップ システムの主な利点は、速度、一貫性、および仕上がりの向上です。国際実践規範委員会評価サービス (ICC-ES) によって承認されたものなど、認定済みのプレハブまぐさシステムを選択することで、設計者は荷重と壁のタイプの防火要件に基づいてコンポーネントを指定でき、各作業を設計して詳細に説明する必要がなくなります。 、時間とリソースを節約します。 (ICC-ES、国際コード委員会評価サービス、カナダ標準評議会 [SCC] によって認定)。このプレファブリケーションにより、現場での切断や組み立てによる偏差がなく、一貫した構造健全性と品質を備えたブラインド開口部が設計どおりに構築されることも保証されます。
クランプにはあらかじめネジ穴が開けられているため、取り付けの一貫性も向上し、枠スタッドとのジョイントの番号付けと配置が容易になります。壁上の金属の重なりを排除し、乾式壁の表面の平坦性を向上させ、凹凸を防ぎます。
さらに、このようなシステムには環境上の利点もあります。複合コンポーネントと比較して、一体型マニホールドの鋼材消費量は最大 40% 削減できます。溶接が不要なため、それに伴う有毒ガスの排出もありません。
ワイド フランジ スタッド 従来のスタッドは、2 つ以上のスタッドを接合 (ねじ込みおよび/または溶接) することによって作られます。これらは強力ですが、独自の問題を引き起こす可能性もあります。特にはんだ付けに関しては、設置前の組み立てがはるかに簡単です。ただし、これにより、中空金属フレーム (HMF) の出入り口に取り付けられたスタッド セクションへのアクセスがブロックされます。
解決策の 1 つは、アップライトの 1 つに穴を開けて、アップライト アセンブリの内側からフレームに取り付けることです。ただし、これにより検査が困難になり、追加の作業が必要になる場合があります。検査官は、ドア枠のスタッドの半分に HMF を取り付けて検査し、その後ダブル スタッド アセンブリの後半を所定の位置に溶接することを要求することが知られています。これにより、出入口付近のすべての作業が停止し、他の作業が遅れる可能性があり、現場での溶接による防火強化が必要になります。
既成のワイドショルダースタッド (枠スタッドとして特別に設計) を積み重ね可能なスタッドの代わりに使用できるため、時間と材料を大幅に節約できます。 HMF の出入り口に関連するアクセスの問題も、オープン C 側により中断のないアクセスと簡単な検査が可能になるため、解決されます。開いた C 字型は、まぐさと側柱の組み合わせにより通常出入り口の周囲に 102 ～ 152 mm (4 ～ 6 インチ) の断熱隙間が生じる場合に、完全な断熱も提供します。
壁の上部の接続 イノベーションの恩恵を受けたもう 1 つの設計領域は、壁の上部と上部デッキとの接続です。あるフロアから別のフロアまでの距離は、異なる荷重条件下でのデッキのたわみが変化するため、時間の経過とともにわずかに変化する場合があります。非耐力壁の場合、間柱の上部とパネルの間に隙間が必要です。これにより、間柱を押しつぶさずにデッキを下に移動できます。また、プラットフォームはスタッドを破損することなく上に移動できなければなりません。クリアランスは少なくとも 12.5 mm (1/2 インチ) であり、これは合計移動公差 ±12.5 mm の半分です。
2 つの従来のソリューションが主流です。 1 つは、長いトラック (50 または 60 mm (2 または 2.5 インチ)) をデッキに取り付ける方法で、スタッドの先端はトラックに挿入されるだけで、固定されません。スタッドがねじれて構造的価値を失うのを防ぐために、冷間圧延されたチャネルの一部が、壁の上部から 150 mm (6 インチ) の距離でスタッドの穴に挿入されます。消費プロセス このプロセスは請負業者には人気がありません。一部の請負業者は、手抜きをするために、冷間圧延チャンネルを省略し、所定の位置に保持したり水平にしたりする手段を持たずにレールにスタッドを配置することさえあります。これは、スタッドをネジでレールに取り付ける必要があると規定している、ネジ付き乾式壁製品を製造するためにスチール フレーム部材を設置するための ASTM C 754 標準慣行に違反します。設計からのこの逸脱が検出されない場合、完成した壁の品質に影響を及ぼします。
もう 1 つの広く使用されているソリューションは、複線設計です。標準トラックはスタッドの上に配置され、各スタッドはそれにボルトで固定されます。 2 番目のカスタムメイドの幅広のトラックが最初のトラックの上に配置され、トップデッキに接続されます。標準トラックはカスタム トラック内で上下にスライドできます。
このタスクのためにいくつかのソリューションが開発されており、そのすべてにスロット接続を提供する特殊なコンポーネントが含まれています。バリエーションには、トラックをデッキに取り付けるために使用されるスロット付きトラックのタイプまたはスロット付きクリップのタイプが含まれます。たとえば、特定のデッキの材質に適した固定方法を使用して、スロット付きレールをデッキの下側に固定します。マイナスネジはスタッドの上部に取り付けられており (ASTM C 754 に準拠)、接続部は約 25 mm (1 インチ) 以内で上下に移動できます。
ファイアウォールでは、このようなフローティング接続を火災から保護する必要があります。コンクリートで満たされた溝付き鋼製デッキの下では、難燃性材料が溝の下の不均一な空間を埋め、壁の上部とデッキの間の距離が変化しても消火機能を維持できなければなりません。このジョイントに使用されるコンポーネントは、新しい ASTM E 2837-11 (定格壁コンポーネントと非定格水平コンポーネントの間に設置された固体壁ヘッドジョイント システムの耐火性を決定するための標準試験方法) に従ってテストされています。この規格は、Underwriters Laboratories (UL) 2079、「建物接続システムの火災試験」に基づいています。
壁の上部で専用接続を使用する利点は、標準化された規格承認された耐火アセンブリを含めることができることです。典型的な構築では、耐火物をデッキ上に置き、両側の壁の上部から数インチ上に吊り下げます。壁がほぞ穴固定具内で自由に上下にスライドできるのと同じように、防火継手内でも同様に上下にスライドできます。このコンポーネントの材料には、単独または組み合わせて使用されるミネラルウール、セメント構造用鋼耐火物、乾式壁などが含まれます。このようなシステムはテストされ、承認され、カナダ保険業者研究所 (ULC) などのカタログに掲載される必要があります。
結論 標準化はすべての現代アーキテクチャの基礎です。皮肉なことに、冷間成形鋼フレームに関しては「標準的な慣行」の標準化がほとんど行われておらず、これらの伝統を打ち破るイノベーションも標準化者です。
これらの標準化されたシステムを使用すると、設計者と所有者を保護し、時間と費用を大幅に節約し、現場の安全性を向上させることができます。これらは構築に一貫性をもたらし、構築されたシステムよりも意図したとおりに動作する可能性が高くなります。軽量性、持続可能性、手頃な価格の組み合わせにより、CFSF は建設市場でのシェアを拡大し、さらなるイノベーションを促進することは間違いありません。
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.
CDT の Stephen H. Miller は、建設業界を専門とする受賞歴のあるライター兼写真家です。彼は、建築製品メーカーにマーケティングおよび技術サービスを提供するコンサルティング会社 Chusid Associates のクリエイティブ ディレクターです。 Miller への連絡先は、www.chusid.com です。
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投稿時間: 2023 年 7 月 7 日