Vícepodlažní obytné stavby
Předem vyrobené nosné stěny z kovových konstrukcí tvarovaných za studena (CFMF) jsou trendovým konstrukčním systémem a ekonomickou alternativou ke konstrukční oceli nebo železobetonovým systémům pro středně vysoké stavby. Systémy stěn CFMF jsou zvláště žádoucí pro 6 až 12podlažní vícepodlažní byty nebo kondominia, studentské bydlení, bydlení pro seniory a hotely. Vertikálně vyrovnané obytné dělící a příčkové stěny umožňují skládat CFMF stejně jako dřevěné rámové konstrukce nebo konstrukce nosných stěn z betonových zdicích prvků (CMU). Stěnové budovy CFMF jsou však díky vyšší pevnosti oceli méně výškově omezené než dřevěné a díky prefabrikaci nejsou tak pracné jako CMU. Systémy CFMF navíc integrují stěnové panely jako konstrukční systém do typicky nekonstrukčních, tyčových příček.
Převaha stěnových panelových systémů CFMF s sebou nese konstrukční a stavební problémy. Integrace delegovaného návrhu, koordinace řemesel v tradičně nekonstrukčním prvku a požárně odolné detaily patří k výzvám tohoto systému. Tento článek shrnuje proces uspořádání systému CFMF, možnosti návrhu a specifikace a úvahy, které mohou být přehlédnuty při počátečním plánování a stanovení ceny.
Přehled systému
Systémy CFMF jsou nejefektivnější, když se stěnové panely vyrovnají neboli „naskládají“ od základů po střechu. Vícepodlažní bytová výstavba často integruje programové prostory pro obchody, kanceláře, občanskou vybavenost nebo parkování obvykle v nejnižších úrovních budovy. V těchto případech jsou nosné stěny CFMF konstruovány na úrovni pódia, obvykle z konstrukční oceli nebo litého železobetonu. Oba systémy mohou být navrženy tak, aby podporovaly přerušované nosné stěny a zajišťovaly zvýšené požární oddělení, které může být požadováno mezi různými prostory. Od počátku projektu by měl probíhat dialog mezi projekčním týmem a vlastníkem o skládání stěn a v ideálním případě i otvorů ve stěnách, aby se minimalizovaly přenosy v rámci systému CFMF.
Předpřipravené, konstrukční stěnové panely CFMF. S laskavým svolením společnosti Bear Construction Co.
Nosné stěny FMF mohou být od sebe vzdáleny od 10 do 32 stop v závislosti na rozpětí konstrukce podlahy. Pro rozpětí mezi nosnými stěnami jsou na výběr podlahové systémy z litého betonu na nepodepřené složené ocelové desce, litého betonu na podepřené ocelové desce s dlouhým rozpětím nebo prefabrikovaných, předpjatých dutinových prken. Alternativně může podlahová konstrukce sestávat z betonových panelů nebo ocelové paluby podepřené na podlahových nosnících CFMF, které se rozpínají mezi nosnými stěnami.
Každý podlahový systém má své výhody a nevýhody. Například beton na nepodepřené složené ocelové podlaze vyžaduje méně práce spojené s podepřením než podepřená ocelová podlaha s dlouhým rozpětím; nepodepřená ocelová podlaha je však obvykle omezena na délku rozpětí přibližně 15 stop, kdežto podlaha s dlouhým rozpětím může dosáhnout až 32 stop mezi nosnými stěnami. Prefabrikované, předpjaté prkna s dutým jádrem mohou dosáhnout podobných rozpětí jako ocelová paluba s dlouhým rozpětím; prkna však mohou vyžadovat konstrukční doplnění pro vyrovnání podlahy a jsou těžším systémem, což má za následek zvýšené zatížení stěnových panelů, pódia a základů.
Konstrukce složené ocelové paluby bez podepření.
V porovnání s možnostmi ocelové paluby mohou být podlahové nosníky CFMF atraktivní díky svým možnostem rozpětí bez použití podepření; systém podlahových nosníků CFMF je však obecně o 6 až 12 palců hlubší než systém ocelové paluby, což ponechává méně prostoru pro rozvody MEP, vyžaduje nižší stropy nebo vyžaduje vyšší výšku mezi podlahami. Kromě toho mohou systémy podlahových nosníků CFMF vyžadovat montáž požárně odolného stropu, zatímco ocelové palubové systémy mohou obvykle dosáhnout nechráněné požární odolnosti v betonu. Varianty ocelové paluby (podepřené nebo nepodepřené) jsou atraktivní vzhledem k jejich jednoduchosti v detailech a tenkému profilu. Jak u palubkových, tak u nosníkových systémů CFMF platí, že pokud je rozpětí rovnoběžné s centrální chodbou, je zapotřebí, aby se nad chodbou nacházel nadpraží od konce stěnového panelu CFMF. Záhlaví je součástí konstrukční cesty zatížení a může vyžadovat 1 nebo 2hodinovou požární odolnost.
Systém bočního zatížení (LLRS) pro budovu CFMF může být z různých konstrukčních systémů. Může být výhodné využít stěny CFMF jako boční systém a spoléhat se buď na plechy, nebo na ocelové pásy CFMF. V tomto případě je důležitým hlediskem přenos klopných momentů ve stěnových systémech a přenos zatížení ze stěn CFMF na konstrukci pódia; v prvním případě mohou další detaily snižovat účinnost systému. Alternativně jsou stěny kolem schodiště a výtahů vhodným místem pro zavedení železobetonových smykových stěn, smykových stěn CMU nebo ocelových vyztužených rámů pro LLRS. Bez ohledu na zvolený systém je pořadí řemesel důležitou diskusí s potenciálními dodavateli, ať už jsou zapojeni na počátku projektu v roli asistenta při projektování nebo při podávání nabídek na projekt.
Projektování a specifikace
Tradičně se konstrukce stěnových panelů CFMF řídila systémy, které byly vyvinuty výrobci a jejich specializovaným statikem (SSE). SSE navrhuje tyto systémy, které jsou vyladěny podle preferovaných výrobních a montážních technik dodavatele. Alternativním přístupem je, že statik (Structural Engineer of Record, SER) v projekčním týmu navrhne vlastní systém čepového rámování nebo deleguje návrh vlastního systému na zhotovitele. SER navrhující systém je nejméně obvyklý přístup a není zde diskutován.
Vhodný delegovaný návrh, ať už pro vlastní nebo proprietární systém, vyžaduje, aby projekční tým určil umístění a rozsah nosných stěn CFMF na výkresech. Delegovaný návrh systému budovy popisuje scénář, kdy SER poskytuje soubor návrhových kritérií pro SSE dodavatele, podle kterých se má řídit při návrhu, výrobě a instalaci identifikovaného systému budovy. Kromě určení umístění a rozsahu stěn CFMF je nezbytné, aby projekční tým uvedl další konstrukční i nekonstrukční řemesla, která se stěnami CFMF souvisejí nebo jsou jejich nedílnou součástí.
Klíčovou součástí kritérií delegovaného návrhu je sdělení informací o zatížení stěn a podlah SSE zhotovitele. Měly by být použity plány zatížení podlah, které ukazují velikost a rozsah překrývajících se vlastních a živých zatížení, zejména velkých nebo nerovnoměrných zatížení a zatížení vnějších stěn. Mohou být také vyžadovány specifické detaily pro vyznačení umístění a velikosti zatížení vnějších stěn nebo bodových zatížení, jako jsou přenosy, přenosové nosníky chodeb a střešní zařízení.
Obklady vnějších stěn jsou často částečným nebo úplným delegovaným návrhem. Křížení více delegovaných konstrukčních prvků může mít za následek špatnou koordinaci během výstavby. Projekční tým musí jasně zdokumentovat detaily základu návrhu pro integraci různých systémů jako podklad pro nabídku dodavatele. Kromě toho je matice odpovědnosti užitečným nástrojem pro zdokumentování rolí architekta záznamu (AoR), SER, generálního dodavatele (GC), specializovaných subdodavatelů, výrobce/instalatéra CFMF a jeho SSE a výrobce/instalatéra vnějších stěn a jeho SSE během procesu kontroly předložených dokumentů a následné výstavby. Matice může být zveřejněna spolu se stavební dokumentací, aby se definovalo vymezení návrhu pro každého stavebního inženýra. Projekční tým se může na matici spolehnout během revizí předložených materiálů, aby uvedl potřebnou koordinaci s ostatními řemesly.
Bez ohledu na systém – proprietární nebo vlastní – by měl SER vypracovat předběžnou analýzu typických prvků stěn CFMF jak pro stanovení přijatelnosti pro zamýšlené uspořádání, tak pro poskytnutí základu návrhu pro sestavení rozpočtu před zahájením stavby a pro podání nabídky. Toto úsilí ověřuje přístup, stanovuje návrhová zatížení pro pódium a základy, pomáhá společnosti SER identifikovat klíčové možnosti uspořádání nebo zúžení a naznačuje společnosti SER, kde jsou vyžadovány zvláštní detaily, minimální rozměry nebo rozměry materiálu. To pomůže SER vypracovat spolehlivější delegovaný návrh.
Konstrukce pódia
Konstrukce na úrovni pódia by měla být navržena podle zvýšených kritérií průhybu, aby se zohlednila citlivost nosných stěn CFMF obložených sádrokartonovými deskami (GWB). Pokud není úroveň pódia dostatečně tuhá, může kumulovaný posun vést k nekonstrukčním trhlinám v povrchové úpravě. Včasné programování by mělo zohlednit větší hloubku konstrukce pod prvním podlažím nosných stěn CFMF.
Požární odolnost
Jako primární nosné konstrukční prvky mohou CFMF dosáhnout až dvouhodinové požární odolnosti. Hodnocení 2 hodiny se dosahuje pomocí druhé vrstvy GWB na každé straně stěny. Jedná se o dodatečné zatížení, které je třeba zohlednit při návrhu svorníků a jasně uvést v delegačním jazyce k SSE. Další úvahou pro architekty a dodavatele je návaznost hodnocení – musí pokračovat kolem dveřních zárubní, elektrických krabic a podobných prvků, které jsou nedílnou součástí konstrukční stěny CFMF. V maximální možné míře by měl projekční tým koordinovat všechny prostupy do stěny CFMF tak, aby se vyskytovaly v nekonstrukční části konstrukční stěny CFMF a zjednodušily se tak detaily požární odolnosti během výstavby.
Budoucí flexibilita
Přestože CFMF umožňuje, aby obvykle nekonstrukční dělicí stěna sloužila jako primární konstrukční prvek, obvykle neumožňuje budoucí flexibilitu. Zatímco u hotelů a ubytoven to může být přijatelné, u bytů a zejména kondominií, kde vlastníci mohou chtít mít v budoucnu možnost upravit svou jednotku nebo jednotky spojit, to může být méně žádoucí. Pojistkou proti omezení budoucí flexibility je použití podlahového systému s dlouhým rozpětím, kde jsou primárními nosnými stěnami buď vnější stěny a stěny chodby, nebo jsou primárními nosnými stěnami pouze stěny strany jednotky, případně jejich kombinace.
Podlahová ocelová konstrukce s dlouhým rozpětím.
Neskladné stěny
Nosné stěny CFMF jsou účinným systémem pro programy s opakovaným využitím, jako je bydlení. Pokud však atypické programy migrují do nosných stěn CFMF, pod ně nebo nad ně, zatěžují systém neefektivity. To má obvykle podobu konstrukční oceli válcované za tepla v rámci stěn z ocelových trnů, nezávislého konstrukčního ocelového rámu nebo podobných programů. To má za následek neefektivitu v konstrukci a výrobě stěn CFMF a zvyšuje složitost řazení stavebních prací.
Detaily horních pásnic
Horní pásnice v rámci nosné stěny CFMF fungují jako prvek pro rozdělení zatížení tam, kde podlahový systém (např. nízká drážka ocelové paluby nebo příruba nosníku CFMF) nemusí být nutně v souladu se svislým svorníkem. Stěnové panely se obvykle instalují v horní části každé úrovně podlahy, takže horní kolejnice by měla být navržena/detailována tak, aby přenášela zatížení podlahového systému a podlah horní úrovně na sousední svislý čep. Podle zkušeností autorů je pro dodavatele falešnou ekonomikou, pokud se rozhodne ušetřit náklady tím, že předpokládá, že montážní firmy vyrovnají podlahový systém s jednotlivými čepy.
Posloupnost výstavby
Promyšlená koordinace řemesel během posloupnosti svislé montáže povede k efektivitě výstavby. Tradiční řemesla, jako jsou zedníci, tesaři, železáři, dodavatelé betonu a pracovníci pro ukládání betonu, budou muset být rozfázována při výstavbě jednotlivých podlaží a budou muset být poučeni o integraci svých systémů s konstrukcí CFMF.
Konstrukční svorníky vs. příčkové svorníky
Historicky CFMF není součástí primárního konstrukčního rámu budovy, obvykle slouží jako vnější záložní stěna nebo příčka. To je sice součástí intrik a účinnosti systému, ale na stavbě to může způsobit zmatek. Důležitá je jasná dokumentace konstrukčního systému CFMF ve stavebních i architektonických výkresech. Ještě důležitější je však včas a často poučit zhotovitele a jeho subdodavatele, že konstrukční CFMF nelze měnit bez přezkoumání a analýzy SSE pro CFMF. Mezi běžné úpravy v terénu patří prostupy přes svorníky pro instalatérské a elektrické systémy a dočasné odstranění svorníků pro únik ze stavby.
Vnější obklady a okraje desek
Vnějším okrajem budovy s nosnou stěnou CFMF může být často pouze tenký okraj betonové desky na ocelovém podkladu. To vytváří konstrukční účinnost, ale v závislosti na materiálu a systému upevnění může vytvářet srdcovky na fasádě. Včasné určení materiálů fasády a upevňovacích systémů při zvažování konstrukčního systému CFMF je rozhodující – speciální detaily vyžadované určitými fasádními systémy mohou rychle narušit jakoukoli účinnost konstrukčního systému CFMF. AoR a SER by měly stanovit základ konstrukčních detailů pro připevnění fasády a požadavky na konstrukční i nekonstrukční CFMF u připevnění fasády.
Shrnutí
Budovy s nosnými stěnami CFMF jsou stále častěji nákladově efektivní možností na trhu nízkých a středně vysokých obytných budov s více jednotkami. Vzhledem k tomu, že se jedná o nový přístup k navrhování a výstavbě, je zde pro projektanty i dodavatele křivka učení. Klíčem k úspěšnému projektu je pochopení možností a výzev tohoto systému.■
Napsat komentář