Todd Brady와 Stephen H. Miller가 디자인한 CDTC 냉간 성형(CFSF)("라이트 게이지"라고도 함) 프레임은 원래 목재의 대안이었지만 수십 년간의 공격적인 작업 끝에 마침내 제 역할을 했습니다. 목수 마감 목재와 마찬가지로 강철 기둥과 트랙을 절단하고 결합하여 더 복잡한 모양을 만들 수 있습니다. 그러나 최근까지 구성 요소나 화합물에 대한 실질적인 표준화가 이루어지지 않았습니다. 각 거친 구멍이나 기타 특수 구조 요소는 기록 엔지니어(EOR)가 개별적으로 자세히 설명해야 합니다. 계약자는 항상 이러한 프로젝트별 세부 사항을 따르지 않으며 오랫동안 "일을 다르게 수행"할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 현장 조립 품질에는 상당한 차이가 있습니다.
결국 익숙함은 불만을 낳고, 불만은 혁신을 불러일으킵니다. 새로운 프레임 부재(표준 C-스터드 및 U-트랙 이외)는 고급 성형 기술을 사용하여 사용할 수 있을 뿐만 아니라 설계 및 건설 측면에서 CFSF 단계를 개선하기 위한 특정 요구 사항에 맞게 사전 엔지니어링/사전 승인될 수도 있습니다. .
사양을 준수하는 표준화된 특수 제작 구성 요소는 일관된 방식으로 많은 작업을 수행할 수 있어 더욱 우수하고 안정적인 성능을 제공합니다. 세부 사항을 단순화하고 계약자가 올바르게 설치할 수 있는 솔루션을 제공합니다. 또한 건설 속도를 높이고 검사를 더 쉽게 만들어 시간과 번거로움을 줄여줍니다. 이러한 표준화된 구성 요소는 절단, 조립, 나사 조이기 및 용접 비용을 줄여 작업장 안전을 향상시킵니다.
CFSF 표준이 없는 표준 관행은 풍경의 일부로 받아들여졌기 때문에 CFSF 표준이 없는 상업용 또는 고층 주거용 건축은 상상하기 어렵습니다. 이러한 광범위한 수용은 상대적으로 짧은 기간에 이루어졌으며 제2차 세계대전이 끝날 때까지 널리 사용되지 않았습니다.
최초의 CFSF 설계 표준은 1946년 미국 철강 협회(AISI)에서 발표되었습니다. 최신 버전인 AISI S 200-07(냉간 성형 강철 프레임에 대한 북미 표준 – 일반)은 이제 캐나다, 미국 및 멕시코의 표준입니다.
기본적인 표준화는 큰 차이를 가져왔고 CFSF는 내하중이든 비내력이든 널리 사용되는 건축 방법이 되었습니다. 그 이점은 다음과 같습니다:
AISI 표준은 혁신적이지만 모든 것을 성문화하지는 않습니다. 디자이너와 계약자는 아직 결정해야 할 것이 많습니다.
CFSF 시스템은 스터드와 레일을 기반으로 합니다. 나무 기둥과 마찬가지로 강철 기둥은 수직 요소입니다. 이들은 일반적으로 C자 모양의 단면을 형성하며, C의 "상단"과 "하단"은 스터드(플랜지)의 좁은 치수를 형성합니다. 가이드는 랙을 수용할 수 있는 U자 모양의 수평 프레임 요소(문지방 및 상인방)입니다. 랙 크기는 일반적으로 공칭 "2×" 목재와 유사합니다. 41 x 89mm(1 5/8 x 3 ½인치)는 "2 x 4" 및 41 x 140mm(1 5/8 x 5)입니다. ½인치)는 "2×6"과 같습니다. 이 예에서 41mm 치수는 "선반"으로 참조되고 89mm 또는 140mm 치수는 "웹"으로 참조되며, 이는 열간 압연 강철 및 유사한 I-빔 유형 부재에서 친숙한 개념을 차용한 것입니다. 트랙의 크기는 스터드의 전체 너비에 해당합니다.
최근까지 프로젝트에 필요한 더 강한 요소는 EOR에서 상세하게 설명하고 콤보 스터드와 레일, C자형 및 U자형 요소를 조합하여 현장에서 조립해야 했습니다. 정확한 구성은 일반적으로 계약자에게 제공되며 동일한 프로젝트 내에서도 크게 다를 수 있습니다. 그러나 CFSF의 수십년 간의 경험을 통해 이러한 기본 형태의 한계와 이와 관련된 문제가 인식되었습니다.
예를 들어, 시공 중에 스터드가 열리면 스터드 벽의 하단 레일에 물이 쌓일 수 있습니다. 톱밥, 종이 또는 기타 유기 물질이 있으면 건식 벽체가 손상되거나 울타리 뒤에 해충이 유인되는 등 곰팡이 또는 기타 습기 관련 문제가 발생할 수 있습니다. 완성된 벽에 물이 스며들어 응축, 누출 또는 유출로 인해 모이는 경우 유사한 문제가 발생할 수 있습니다.
한 가지 해결책은 배수를 위해 구멍을 뚫은 특수 통로를 만드는 것입니다. 개선된 스터드 디자인도 개발 중입니다. 강성을 높이기 위해 단면이 구부러지는 전략적으로 배치된 리브와 같은 혁신적인 기능이 특징입니다. 스터드의 질감 있는 표면은 나사가 "움직이는" 것을 방지하여 더 깔끔한 연결과 더욱 균일한 마감을 제공합니다. 이러한 작은 개선 사항에 수만 개의 스파이크를 곱하면 프로젝트에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
스터드와 레일의 한계를 넘어 거친 구멍이 없는 단순한 벽에는 기존의 스터드와 레일로도 충분합니다. 하중에는 벽 자체의 무게, 벽의 마감재 및 장비, 바람의 무게가 포함될 수 있으며, 일부 벽의 경우 지붕이나 바닥 위의 영구 및 임시 하중도 포함됩니다. 이러한 하중은 상단 레일에서 기둥, 하단 레일로 전달되고 거기에서 기초 또는 상부 구조의 다른 부분(예: 콘크리트 데크 또는 구조용 강철 기둥 및 보)으로 전달됩니다.
벽(예: 문, 창문 또는 대형 HVAC 덕트)에 거친 개구부(RO)가 있는 경우 개구부 위의 하중이 주위로 전달되어야 합니다. 상인방은 상인방 위에 있는 하나 이상의 소위 스터드(및 부착된 건식벽체)의 하중을 지지하고 이를 잼 스터드(RO 수직 부재)로 전달할 수 있을 만큼 충분히 강해야 합니다.
마찬가지로, 문설주 기둥은 일반 기둥보다 더 큰 하중을 지탱하도록 설계되어야 합니다. 예를 들어, 내부 공간에서 개구부는 개구부 위에 건식벽체의 무게를 지탱할 수 있을 만큼 충분히 강해야 합니다(즉, 29kg/m2[평방피트당 6파운드][1개 층당 16mm(5/8인치)의 레이어). 벽 시간) 석고 측면당] 또는 2시간 구조 벽의 경우 54kg/m2[평방피트당 11파운드][면당 16mm 석고 2회 코팅]), 지진 하중 및 일반적으로 벽의 무게 문과 관성 작동. 외부 위치의 개구부는 바람, 지진 및 유사한 하중을 견딜 수 있어야 합니다.
전통적인 CFSF 설계에서는 표준 슬랫과 레일을 더 강력한 유닛으로 결합하여 헤더와 씰 포스트를 현장에서 제작합니다. 카세트 매니폴드로 알려진 일반적인 역삼투 매니폴드는 5개의 조각을 함께 나사로 고정하거나 용접하여 만듭니다. 두 개의 기둥이 두 개의 레일 옆에 있고 세 번째 레일은 구멍이 위를 향하도록 상단에 부착되어 구멍 위에 기둥을 배치합니다(그림 1). 또 다른 유형의 박스 조인트는 스터드 2개와 가이드 2개의 네 부분으로만 구성됩니다. 다른 하나는 두 개의 트랙과 헤어핀의 세 부분으로 구성됩니다. 이러한 구성 요소의 정확한 생산 방법은 표준화되어 있지 않지만 계약자 및 작업자마다 다릅니다.
조합 생산은 여러 가지 문제를 일으킬 수 있지만 업계에서는 그 자체로 잘 입증되었습니다. 표준이 없었기 때문에 엔지니어링 단계의 비용이 높았기 때문에 대략적인 개구부를 개별적으로 설계하고 마무리해야 했습니다. 이러한 노동 집약적인 구성 요소를 현장에서 절단 및 조립하면 비용이 추가되고 자재가 낭비되며 현장 폐기물이 증가하고 현장 안전 위험이 증가합니다. 또한 전문 디자이너가 특히 걱정해야 하는 품질 및 일관성 문제도 발생합니다. 이는 프레임의 일관성, 품질 및 신뢰성을 감소시키는 경향이 있으며 건식벽 마감 품질에도 영향을 미칠 수 있습니다. (이러한 문제의 예는 "잘못된 연결"을 참조하십시오.)
연결 시스템 모듈식 연결을 랙에 부착하면 미적인 문제도 발생할 수 있습니다. 모듈형 매니폴드의 탭으로 인한 금속 간 겹침은 벽 마감에 영향을 미칠 수 있습니다. 내부 건식 벽체나 외부 클래딩은 나사 머리가 돌출된 금속 시트 위에 편평하게 놓여 있어서는 안 됩니다. 돌출된 벽면은 눈에 띄게 고르지 않은 마감을 유발할 수 있으며 이를 숨기려면 추가 수정 작업이 필요합니다.
연결 문제에 대한 한 가지 해결책은 기성품 클램프를 사용하여 이를 잼 포스트에 고정하고 조인트를 조정하는 것입니다. 이 접근 방식은 연결을 표준화하고 현장 제작으로 인한 불일치를 제거합니다. 클램프는 벽의 금속 겹침과 돌출된 나사 머리를 제거하여 벽 마감을 개선합니다. 설치 인건비도 절반으로 줄일 수 있습니다. 이전에는 한 명의 작업자가 헤더 높이를 잡고 다른 작업자가 헤더를 제자리에 고정해야 했습니다. 클립 시스템에서는 작업자가 클립을 설치한 다음 커넥터를 클립에 끼웁니다. 이 클램프는 일반적으로 조립식 피팅 시스템의 일부로 제조됩니다.
여러 개의 구부러진 금속 조각으로 매니폴드를 만드는 이유는 개구부 위의 벽을 지지하기 위해 단일 트랙 조각보다 더 강한 것을 제공하기 위한 것입니다. 굽힘은 금속을 단단하게 만들어 뒤틀림을 방지하고 요소의 더 큰 평면에 마이크로빔을 효과적으로 형성하기 때문에 여러 번 구부러진 단일 금속 조각을 사용하여 동일한 결과를 얻을 수 있습니다.
이 원리는 손을 살짝 뻗은 채 종이를 쥐면 이해하기 쉽습니다. 첫째, 종이의 가운데가 접혀서 미끄러집니다. 그러나 길이를 따라 한 번 접은 다음 펼치면(종이가 V자형 채널을 형성하도록) 구부러지거나 떨어질 가능성이 줄어듭니다. 더 많이 접을수록 더 단단해집니다(특정 한도 내에서).
다중 굽힘 기술은 전체 모양에 쌓인 홈, 채널 및 루프를 추가하여 이 효과를 활용합니다. 새로운 실용적인 컴퓨터 지원 분석 방법인 "직접 강도 계산"은 기존의 "유효 폭 계산"을 대체하고 단순한 형상을 적절하고 보다 효율적인 구성으로 변환하여 강철에서 더 나은 결과를 얻을 수 있도록 했습니다. 이러한 경향은 많은 CFSF 시스템에서 볼 수 있습니다. 이러한 형태는 특히 더 강한 강철(이전 산업 표준인 250MPa(36psi) 대신 390MPa(57psi))을 사용할 때 크기, 무게 또는 두께를 저하시키지 않고 요소의 전반적인 성능을 향상시킬 수 있습니다. 이 되다. 변화가 생겼습니다.
냉간성형강의 경우에는 또 다른 요인이 작용합니다. 굽힘과 같은 강철의 냉간 가공은 강철 자체의 특성을 변화시킵니다. 철강 가공부분의 항복강도와 인장강도는 증가하지만 연성은 감소합니다. 가장 많이 작동하는 부분이 가장 많은 효과를 얻습니다. 롤 성형 기술의 발전으로 굽힘이 더욱 단단해졌습니다. 즉, 곡선 가장자리에 가장 가까운 강철은 기존 롤 성형 공정보다 더 많은 작업이 필요합니다. 굴곡이 더 크고 단단할수록 요소의 강철이 냉간 가공으로 강화되어 요소의 전체 강도가 증가합니다.
일반 U자형 트랙에는 두 개의 굽은 부분이 있고, C형 스터드에는 네 개의 굽은 부분이 있습니다. 사전 설계된 수정된 W 매니폴드에는 응력에 적극적으로 저항하는 금속의 양을 최대화하기 위해 배열된 14개의 굴곡이 있습니다. 이 구성의 단일 부품은 도어 프레임의 대략적인 개구부에 있는 전체 도어 프레임일 수 있습니다.
매우 넓은 개구부(예: 2m[7ft] 이상) 또는 높은 하중의 경우 적절한 W 모양 인서트를 사용하여 다각형을 더욱 강화할 수 있습니다. 더 많은 금속과 14개의 굽힘을 추가하여 전체 모양의 총 굽힘 수를 28개로 만듭니다. 삽입물은 두 개의 W가 함께 거친 X 모양을 형성하도록 반전된 W가 있는 다각형 내부에 배치됩니다. W의 다리는 크로스바 역할을 합니다. 그들은 나사로 고정된 RO 위에 누락된 스터드를 설치했습니다. 이는 강화 인서트의 설치 여부에 관계없이 적용됩니다.
이 미리 형성된 헤드/클립 시스템의 주요 이점은 속도, 일관성 및 향상된 마감입니다. ICC-ES(International Code of Practice Committee Evaluation Service)에서 승인한 것과 같은 인증된 조립식 상인방 시스템을 선택함으로써 설계자는 하중 및 벽 유형 방화 요구 사항을 기반으로 구성 요소를 지정할 수 있으며 각 작업을 설계하고 세부화할 필요가 없습니다. , 시간과 자원을 절약합니다. (ICC-ES, 캐나다 표준 위원회[SCC]의 인증을 받은 국제 코드 위원회 평가 서비스). 또한 이 사전 제작을 통해 블라인드 개구부가 현장 절단 및 조립으로 인한 편차 없이 일관된 구조적 건전성과 품질로 설계대로 제작되도록 보장합니다.
클램프에 나사산 구멍이 미리 뚫려 있어 설치 일관성도 향상되어 잼 스터드로 조인트의 번호를 매기고 배치하는 것이 더 쉬워졌습니다. 벽의 금속 겹침을 제거하고 건식벽 표면의 평탄도를 개선하며 불균일을 방지합니다.
또한 이러한 시스템은 환경적인 이점도 있습니다. 복합 부품에 비해 일체형 매니폴드의 강철 소비량은 최대 40%까지 줄일 수 있습니다. 용접이 필요하지 않기 때문에 그에 따른 독성 가스 배출이 제거됩니다.
넓은 플랜지 스터드 전통적인 스터드는 두 개 이상의 스터드를 결합(나사 및/또는 용접)하여 만들어집니다. 비록 강력하기는 하지만 스스로 문제를 일으킬 수도 있습니다. 특히 납땜과 관련하여 설치 전에 조립하기가 훨씬 쉽습니다. 그러나 이는 중공 금속 프레임(HMF) 출입구에 부착된 스터드 섹션에 대한 접근을 차단합니다.
한 가지 해결책은 기둥 중 하나에 구멍을 뚫어 기둥 어셈블리 내부에서 프레임에 부착하는 것입니다. 그러나 이로 인해 검사가 어려워지고 추가 작업이 필요할 수 있습니다. 검사관들은 HMF를 문설주 스터드의 절반에 부착하고 검사한 다음 이중 스터드 어셈블리의 나머지 절반을 제자리에 용접해야 한다고 주장하는 것으로 알려져 있습니다. 이로 인해 출입구 주변의 모든 작업이 중단되고 다른 작업이 지연될 수 있으며 현장 용접으로 인해 화재 예방이 강화되어야 합니다.
조립식 넓은 어깨 스터드(잼 스터드로 특별히 설계됨)를 쌓을 수 있는 스터드 대신 사용할 수 있어 상당한 시간과 재료를 절약할 수 있습니다. HMF 출입구와 관련된 접근 문제도 개방형 C 측면으로 인해 중단 없는 접근과 쉬운 검사가 가능하므로 해결됩니다. 열린 C자 모양은 결합된 상인방과 문설주 기둥이 일반적으로 출입구 주변의 단열재에 102~152mm(4~6인치)의 간격을 만드는 완전한 단열 기능을 제공합니다.
벽 상단의 연결 혁신의 혜택을 받은 또 다른 디자인 영역은 벽 상단과 상부 데크의 연결입니다. 한 층에서 다른 층까지의 거리는 다양한 하중 조건에서 데크 변형의 변화로 인해 시간이 지남에 따라 약간 달라질 수 있습니다. 비내력 벽의 경우 스터드 상단과 패널 사이에 간격이 있어야 합니다. 이렇게 하면 스터드가 부서지지 않고 데크가 아래로 이동할 수 있습니다. 또한 플랫폼은 스터드를 파손하지 않고 위로 이동할 수 있어야 합니다. 간격은 최소 12.5mm(½인치)이며 이는 전체 이동 공차 ±12.5mm의 절반입니다.
두 가지 전통적인 솔루션이 지배적입니다. 하나는 긴 트랙(50 또는 60mm(2 또는 2.5인치))을 데크에 부착하는 것입니다. 이때 스터드 팁은 고정되지 않고 트랙에 간단히 삽입됩니다. 스터드가 비틀려 구조적 가치가 손실되는 것을 방지하기 위해 냉간 압연 채널 조각이 벽 상단에서 150mm(6인치) 떨어진 스터드의 구멍을 통해 삽입됩니다. 소비 프로세스 이 프로세스는 계약자에게 인기가 없습니다. 모서리를 자르기 위한 노력의 일환으로 일부 계약업체에서는 스터드를 제자리에 고정하거나 수평을 맞출 방법 없이 레일에 스터드를 배치하여 냉간 압연 채널을 생략할 수도 있습니다. 이는 스터드를 나사로 레일에 부착해야 한다는 ASTM C 754 나사형 건식벽 제품 생산을 위한 강철 프레임 부재 설치 표준 관행을 위반합니다. 이러한 설계 편차가 감지되지 않으면 완성된 벽의 품질에 영향을 미칩니다.
널리 사용되는 또 다른 솔루션은 복선 설계입니다. 표준 트랙은 스터드 상단에 배치되고 각 스터드는 볼트로 고정됩니다. 두 번째 맞춤 제작된 더 넓은 트랙은 첫 번째 트랙 위에 배치되고 상단 데크에 연결됩니다. 표준 트랙은 사용자 정의 트랙 내에서 위아래로 슬라이드할 수 있습니다.
이 작업을 위해 여러 솔루션이 개발되었으며, 모두 슬롯형 연결을 제공하는 특수 구성 요소를 포함합니다. 변형에는 슬롯형 트랙 유형이나 트랙을 데크에 연결하는 데 사용되는 슬롯형 클립 유형이 포함됩니다. 예를 들어, 특정 데크 재질에 적합한 고정 방법을 사용하여 데크 아래쪽에 슬롯형 레일을 고정합니다. 슬롯형 나사는 스터드 상단에 부착되어(ASTM C 754에 따름) 연결부가 약 25mm(1인치) 내에서 위아래로 움직일 수 있습니다.
방화벽에서는 이러한 부동 연결을 화재로부터 보호해야 합니다. 콘크리트로 충진된 홈이 있는 철골 데크 아래에는 난연재가 홈 아래의 고르지 못한 공간을 메울 수 있어야 하며, 벽체 상단과 데크 사이의 거리가 변화함에 따라 소방 기능을 유지할 수 있어야 합니다. 이 조인트에 사용되는 구성 요소는 새로운 ASTM E 2837-11(정격 벽 구성 요소와 비등급 수평 구성 요소 사이에 설치된 견고한 벽 헤드 조인트 시스템의 내화성을 결정하기 위한 표준 테스트 방법)에 따라 테스트되었습니다. 이 표준은 Underwriters Laboratories(UL) 2079, "건물 연결 시스템에 대한 화재 테스트"를 기반으로 합니다.
벽 상단에 전용 연결을 사용하면 표준화되고 코드 승인을 받은 내화 조립품을 포함할 수 있다는 장점이 있습니다. 일반적인 건축은 내화재를 데크 위에 놓고 양쪽 벽 상단에서 몇 인치 위에 걸어 두는 것입니다. 벽이 장붓구멍 고정 장치에서 자유롭게 위아래로 미끄러질 수 있는 것처럼 화재 조인트에서도 위아래로 미끄러질 수 있습니다. 이 구성 요소의 재료에는 단독으로 또는 조합하여 사용되는 미네랄 울, 시멘트 구조 강철 내화물 또는 건식벽이 포함될 수 있습니다. 이러한 시스템은 테스트, 승인을 거쳐 캐나다 Underwriters Laboratories of Canada(ULC)와 같은 카탈로그에 등재되어야 합니다.
결론 표준화는 모든 현대 아키텍처의 기초입니다. 아이러니하게도 냉간 성형 강철 프레임의 경우 "표준 관행"에 대한 표준화가 거의 없으며 이러한 전통을 깨는 혁신도 표준을 만드는 역할을 합니다.
이러한 표준화된 시스템을 사용하면 설계자와 소유자를 보호하고 상당한 시간과 비용을 절약하며 현장 안전을 향상시킬 수 있습니다. 이는 건설에 일관성을 부여하고 구축된 시스템보다 의도한 대로 작동할 가능성이 더 높습니다. 가벼움, 지속 가능성 및 경제성이 결합된 CFSF는 의심할 여지없이 추가적인 혁신을 촉진하여 건설 시장 점유율을 높일 가능성이 높습니다.
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, CDT는 수상 경력이 있는 건설 산업 전문 작가이자 사진작가입니다. 그는 건축 제품 제조업체에 마케팅 및 기술 서비스를 제공하는 컨설팅 회사인 Chusid Associates의 크리에이티브 디렉터입니다. Miller는 www.chusid.com에서 연락할 수 있습니다.
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게시 시간: 2023년 7월 7일