Acélbakos tartófalak

Multi-Unit Lakóépítés

Az előregyártott, szerkezeti, hidegen alakított fémkeretes (CFMF) tartófalak egy divatos építési rendszer és a szerkezeti acél vagy vasbeton rendszerek gazdaságos alternatívája a középmagas építkezéseknél. A CFMF falrendszerek különösen kívánatosak a 6-12 emeletes többcsaládos lakások vagy társasházak, diáklakások, idősek otthona és szállodák esetében. A függőlegesen igazodó lakóépület- és válaszfalak lehetővé teszik, hogy a CFMF falszerkezetek a favázas vagy beton falazóelemes (CMU) tartófalszerkezetekhez hasonlóan egymásra helyezhetők legyenek. A CFMF falépületek azonban az acél nagyobb szilárdsága miatt kevésbé korlátozzák a magasságot, mint a faanyag, és az előregyártás miatt nem olyan munkaigényesek, mint a CMU. Ezenkívül a CFMF-rendszerek a falpaneleket szerkezeti rendszerként integrálják a jellemzően nem szerkezeti, pálcikaépítésű válaszfalakba.

A CFMF falpanelrendszerek elterjedtsége tervezési és kivitelezési kihívásokkal jár. A delegált tervezési integráció, a szakmák koordinálása egy hagyományosan nem szerkezeti elemben, valamint a tűzálló részletezés a rendszer kihívásai közé tartozik. Ez a cikk összefoglalja a CFMF rendszer elrendezési folyamatát, a tervezési és specifikációs lehetőségeket, valamint a kezdeti tervezés és árképzés során esetleg figyelmen kívül hagyott szempontokat.

A rendszer áttekintése

A CFMF rendszerek akkor a leghatékonyabbak, ha a falpanelek az alapozástól a tetőig egymáshoz igazodnak, vagy “egymásra rakódnak”. A többlakásos lakásépítés gyakran integrál programozási teret kiskereskedelmi, irodai, kényelmi vagy parkolási célokra, jellemzően az épület legalsó szintjein. Ezekben az esetekben a CFMF tartófalakat a pódiumszintre építik, jellemzően szerkezeti acélból vagy helyben öntött vasbetonból. Mindkét rendszer tervezhető úgy, hogy támogassa a megszakított tartófalakat, és hogy fokozott tűzvédelmi osztályú elválasztást biztosítson, amelyre szükség lehet a különböző helyiségek között. A projekt kezdetétől fogva párbeszédet kell folytatni a tervezőcsapat és a tulajdonos között a falak és ideális esetben a falnyílások egymásra helyezéséről, hogy a CFMF rendszeren belüli átviteleket minimalizálják.

Előre gyártott, szerkezeti CFMF falpanelek. Courtesy of Bear Construction Co.

CFMF tartófalak egymástól 10 és 32 láb közötti távolságra lehetnek, a padlószerkezet fesztávolságától függően. A teherhordó falak közötti áthidalásra a födémrendszer lehetőségei közé tartozik a helyben öntött beton a nem támasztott kompozit acélfödémre, a helyben öntött beton a támasztott, hosszú fesztávú acélfödémre, vagy az előregyártott, előfeszített, üreges magvas deszkák. Alternatívaként a padlószerkezet állhat betonelemekből vagy acéllemezből, amelyek CFMF padlógerendákra támaszkodnak, amelyek a tartófalak között húzódnak.

Minden padlórendszernek vannak előnyei és hátrányai. Például a támasz nélküli kompozit acélfödémre helyezett beton kevesebb munkát igényel az alátámasztással kapcsolatban, mint a támasz nélküli, hosszú fesztávú acélfödém; azonban a támasz nélküli acélfödém jellemzően kb. 15 láb fesztávolságra korlátozódik, míg a hosszú fesztávú acélfödém akár 32 láb fesztávolságot is elérhet a szerkezeti falak között. Az előregyártott, előfeszített üreges magvas deszkák hasonló fesztávolságokat érhetnek el, mint a nagy fesztávolságú acélfedélzet; a deszkák azonban a padló szintjéhez szerkezeti alátámasztást igényelhetnek, és nehezebb rendszert jelentenek, ami a falpanelek, a pódium és az alapozás nagyobb terhelését eredményezi.

Szerkezet nélküli kompozit acélfedélzet építése.

Az acélfedélzeti lehetőségekkel összehasonlítva a CFMF padlógerendák vonzóak lehetnek a támaszkodás nélküli fesztávolságuk miatt; azonban a CFMF padlógerendarendszer általában 6-12 hüvelykkel mélyebb, mint az acélfedélzeti rendszer, így kevesebb hely marad a MEP elosztására, alacsonyabb mennyezeteket igényel, vagy nagyobb padlómagasságot tesz szükségessé. Ezenkívül a CFMF födémgerendás rendszerek tűzállósági besorolású mennyezeti szerelvényt igényelhetnek, míg az acélszerkezetes rendszerek általában a betonon belüli védtelen tűzállósági besorolást érhetik el. Az acélfödémek (alátámasztott vagy alátámasztás nélküli) változatai vonzóak, tekintettel a részletek egyszerűségére és a vékony profilra. Mind a deszkázatos, mind a CFMF gerendarendszerek esetében, ha a fesztávolság párhuzamos egy központi folyosóval, akkor a CFMF falpanel végétől a folyosó fölött egy fejlécre van szükség. A fejléc a szerkezeti terhelési útvonal része, és 1 vagy 2 órás tűzállósági besorolást igényelhet.

A CFMF-épület oldalirányú terheknek ellenálló rendszere (LLRS) többféle szerkezeti rendszerből állhat. Előnyös lehet a CFMF falakat oldalirányú rendszerként használni, akár lemezekre, akár CFMF acélpántokra támaszkodva. Ebben az esetben fontos szempont a falrendszerekben a felboruló nyomatékok átadása és a terhek átadása a CFMF falakról a pódiumszerkezetre; az előbbi esetében a további részletek ronthatják a rendszer hatékonyságát. Alternatívaként a lépcsők és liftek körüli falak alkalmasak a vasbeton nyírófalak, CMU nyírófalak vagy acél merevített keretek bevezetésére az LLRS számára. Függetlenül a választott rendszertől, a szakmák sorrendjét kritikusan fontos megbeszélni a leendő vállalkozókkal, akár a projekt korai szakaszában tervezési segítő szerepben vesznek részt, akár ajánlatot tesznek a projektre.

Tervezés és specifikáció

Hagyományosan a CFMF falpanelek építését olyan rendszerek szabályozták, amelyeket a gyártók és a speciális statikus mérnökök (SSE) fejlesztettek ki. Az SSE tervezi ezeket a rendszereket, amelyeket a kivitelező által preferált gyártási és szerelési technikákra hangolnak. Egy másik megközelítés az, hogy a tervezőcsapat statikus mérnöke (SER) tervez egy egyedi szegecskeretezési rendszert, vagy megbízza a vállalkozót egy egyedi rendszer tervezésével. A rendszer tervezését végző SER a legkevésbé gyakori megközelítés, és itt nem tárgyaljuk.

A megfelelő delegált tervezés, akár egyedi, akár saját rendszerről van szó, megköveteli, hogy a tervezőcsoport a rajzokon azonosítsa a teherhordó CFMF falak helyét és kiterjedését. Egy épületrendszer delegált tervezése olyan forgatókönyvet ír le, amelyben a SER egy sor tervezési kritériumot ad meg a vállalkozó SSE-je számára, amelyet követnie kell az azonosított épületrendszer tervezése, gyártása és beépítése során. A CFMF-falak helyének és kiterjedésének azonosítása mellett alapvető fontosságú, hogy a tervezőcsoport jelezze a CFMF-falakhoz kapcsolódó vagy azok szerves részét képező egyéb – szerkezeti és nem szerkezeti – szakmákat.

A delegált tervezési kritériumok fontos része a fal- és padlóterhelési információk közlése a vállalkozó SSE-jének. Födémterhelési terveket kell alkalmazni az egymásra helyezett holt- és élőterhek, különösen a nagy vagy nem egyenletes terhek és a külső falterhek nagyságának és mértékének bemutatására. Speciális részletekre is szükség lehet a külső falterhelések vagy pontszerű terhek, például átmenetek, folyosói átvezető gerendák és tetőtéri berendezések helyének és nagyságának feltüntetésére.

A külső falburkolat gyakran részlegesen vagy teljesen átruházott tervezés. Több delegált tervezési komponens keresztezése rossz koordinációt eredményezhet az építés során. A tervezőcsoportnak egyértelműen dokumentálnia kell a különböző rendszerek integrációjának tervezési alapját képező részleteket a vállalkozói ajánlattétel alapjaként. Ezen túlmenően a felelősségi mátrix hasznos eszköz a nyilvántartó építész (AoR), a SER, a fővállalkozó (GC), a speciális alvállalkozók, a CFMF-gyártó/szerelő és SSE-je, valamint a külső falgyártó/szerelő és SSE-je szerepének dokumentálására a benyújtási felülvizsgálati folyamat és az azt követő építés során. A mátrixot az építési dokumentációval együtt lehet közzétenni, hogy meghatározzák a tervezési elhatárolást az egyes statikusok számára. A tervezőcsoport a mátrixra támaszkodhat a benyújtási felülvizsgálatok során, hogy jelezze a szükséges koordinációt más szakmákkal.

A rendszertől függetlenül – saját vagy egyedi – a SER-nek ki kell dolgoznia a tipikus CFMF falelemek előzetes elemzését mind a tervezett elrendezés elfogadhatóságának megállapítása, mind a tervezés alapjának biztosítása érdekében az építés előtti költségvetés-tervezéshez és ajánlattételhez. Ez az erőfeszítés validálja a megközelítést, meghatározza a pódium és az alapok tervezési terheléseit, segít a SER-nek azonosítani a legfontosabb elrendezési lehetőségeket vagy megszorításokat, és jelzi a SER-nek, ha különleges részletezésre, minimális méretre vagy anyagméretre van szükség. Ez segít a SER-nek egy megbízhatóbb delegált terv kidolgozásában.

Tervezési és kivitelezési megfontolások

Pódiumszerkezet

A pódiumszintű szerkezetet a gipszkartonnal (GWB) burkolt CFMF tartófalak érzékenységének figyelembevétele érdekében megnövelt lehajlási kritériumok szerint kell tervezni. A felhalmozott elmozdulás nem szerkezeti kivitelű repedésekhez vezethet, ha a pódiumszint nem elég merev. A korai programozásnak figyelembe kell vennie a szerkezet megnövekedett mélységét a CFMF tartófalak első emelete alatt.

Tűzvédelmi minősítések

A CFMF-nek mint elsődleges szerkezeti teherhordó elemnek akár 2 órás tűzvédelmi minősítést is el kell érnie. A 2 órás minősítés a fal mindkét oldalán egy második GWB réteggel érhető el. Ez egy plusz súly, amelyet figyelembe kell venni a csapok tervezése során, és egyértelműen fel kell tüntetni az SSE delegációs nyelvezetében. További szempont az építészek és kivitelezők számára a minősítés folytonossága – a minősítésnek folytatódnia kell az ajtókorlátok, elektromos dobozok és hasonló, a szerkezeti CFMF falba integrált elemek körül. A tervezőcsapatnak a lehető legnagyobb mértékben össze kell hangolnia, hogy a CFMF falba történő minden átvezetés a CFMF szerkezeti fal nem szerkezeti részén belül történjen, hogy egyszerűsítse a tűzvédelmi minősítés részleteit az építés során.

Jövőbeni rugalmasság

Míg a CFMF lehetővé teszi, hogy egy jellemzően nem szerkezeti válaszfal elsődleges szerkezeti elemként szolgáljon, ez jellemzően nem teszi lehetővé a jövőbeni rugalmasságot. Míg ez elfogadható lehet szállodák és kollégiumok esetében, kevésbé kívánatos lehet lakásokban és különösen társasházakban, ahol a tulajdonosok lehetőséget szeretnének arra, hogy a jövőben módosítsák egységüket vagy egyesítsék az egységeket. A jövőbeni rugalmasság korlátozása ellen védelmet jelenthet a hosszú fesztávú födémrendszer alkalmazása, amelyben vagy a külső és a folyosófalak az elsődleges tartófalak, vagy csak az egységhez tartozó falak az elsődleges tartófalak, vagy ezek kombinációja.

Hosszú fesztávú acél födémszerkezet.

Nem rakott falak

A CFMF tartófalak hatékony rendszert jelentenek az ismétlődő használati programok, például a lakóépületek esetében. Amikor azonban az atipikus programok a CFMF tartófalak közé, alá vagy fölé vándorolnak, a hatékonysági hiányosságok terhelik a rendszert. Ez jellemzően melegen hengerelt szerkezeti acél formájában jelenik meg az acélcsapos falakon belül, egy független szerkezeti acélkeretben vagy hasonló programokban. Ez a CFMF fal tervezésében és gyártásában eredményez hatástalanságot, és növeli az építési szakmák sorrendjének összetettségét.

Tetőpálya részletek

A CFMF tartófalon belüli felsőpályák olyan teherelosztó elemként működnek, ahol a padlórendszer (pl. az acélfödém alsó sávja vagy a CFMF gerenda karimája) nem feltétlenül igazodik a függőleges oszlophoz. A falpaneleket jellemzően az egyes padlószintek tetején helyezik el, ezért a felső sínt úgy kell megtervezni/részletezni, hogy a padlórendszer és a felsőbb szintek terheit átadja a szomszédos függőleges tartóoszlopnak. A szerzők tapasztalatai szerint hamis gazdaságosság, ha a kivitelező költségmegtakarítást ér el azzal, hogy feltételezi, hogy a szerelők a padlórendszert az egyes csapokhoz igazítják.

Építési sorrend

A függőleges felállítási sorrend során a szakmák összehangolásának átgondolása elősegíti az építés hatékonyságát. Az olyan hagyományos szakmákat, mint a kőművesek, ácsok, vasmunkások, betonszállítók és betonelhelyező munkások, az egyes emeletek építése során szakaszolni kell, és fel kell őket világosítani a rendszereiknek a CFMF-építéssel való integrációjáról.

Szerkezeti csapok vs. válaszfal csapok

A CFMF történelmileg nem része az elsődleges szerkezeti épületváznak, jellemzően külső támfalként vagy válaszfalként szolgál. Bár ez része a rendszer intrikájának és hatékonyságának, az építkezésen zavart okozhat. Fontos a szerkezeti CFMF egyértelmű dokumentálása mind a szerkezeti, mind az építészeti rajzokon. Még fontosabb azonban, hogy a kivitelezőt és alvállalkozóit korán és gyakran tájékoztassuk arról, hogy a szerkezeti CFMF nem módosítható a CFMF SSE általi felülvizsgálat és elemzés nélkül. A gyakori helyszíni módosítások közé tartoznak a vízvezeték- és elektromos rendszereknek a csapokon keresztül történő átvezetései, valamint a csapok ideiglenes eltávolítása az építési kijárat miatt.

Külső burkolatok és födémszélek

A CFMF tartófalú épület külső éle gyakran csak egy acélfödémen lévő betonlap vékony éle lehet. Ez szerkezeti hatékonyságot teremt, de az anyagtól és a rögzítési rendszertől függően szívfájdalmat okozhat a homlokzaton. A homlokzati anyagok és rögzítési rendszerek korai meghatározása a CFMF szerkezeti rendszer mérlegelésekor kritikus fontosságú – az egyes homlokzati rendszerek által megkövetelt különleges részletek gyorsan leronthatják a szerkezeti CFMF hatékonyságát. Az AoR-nek és a SER-nek meg kell határoznia a homlokzati rögzítések tervezési részleteinek alapját és mind a szerkezeti, mind a nem szerkezeti CFMF követelményeit a homlokzati rögzítéseknél.

Összefoglaló

A CFMF tartófalas épületek egyre inkább költséghatékony lehetőséget jelentenek az alacsony és középmagas, többlakásos lakóépületek piacán. A tervezés és az építés új megközelítéseként mind a tervezők, mind a kivitelezők számára tanulási folyamatot jelent. A rendszer lehetőségeinek és kihívásainak megértése a sikeres projekt kulcsa.■