Multi-Unit Residential Construction
Pre-fabricated, structural cold-formed metal framing (CFMF) bearing walls are the trending construction system and an economical alternative to structural steel or reinforced concrete systems for mid-rise construction.は、中層の建築において、構造用鋼や鉄筋コンクリートシステムに代わる経済的な建築システムです。 CFMF耐力壁は、6階から12階建ての集合住宅やコンドミニアム、学生寮、高齢者向け住宅、ホテルなどに特に適しています。 また、住宅の解体壁や間仕切り壁を垂直方向に配置することで、CFMFは木造枠組壁やコンクリートメーソンリーユニット（CMU）耐力壁構造のように積み重ねることができます。 しかし、CFMFの壁式建築物は、スチールの高い強度により木材よりも高さの制約が少なく、プレハブのためCMUほど労働集約的ではありません。 さらに、CFMF システムは、通常、非構造的な棒状の間仕切り壁であるものに、構造システムとして壁パネルを統合します。
CFMF 壁パネル システムの普及には、設計と建設の課題が伴います。 委任された設計統合、伝統的に非構造的な要素における取引調整、および耐火性の詳細設計が、このシステムに関する課題の 1 つです。 この記事では、CFMF システムのレイアウト プロセス、設計と仕様のオプション、および初期の計画と価格設定で見落とされる可能性のある考慮事項についてまとめています。
システムの概要
CFMF システムは、壁パネルが基礎から屋根まで整列、または「積み重なる」場合に最も効率的になります。 集合住宅の建設では、小売店、オフィス、アメニティ、または駐車場のためのプログラミング スペースが、通常、建物の最下層に統合されていることがよくあります。 このような場合、CFMFの耐力壁は、構造用鋼または現場打ちの鉄筋コンクリートで、基壇部に建設されます。 どちらのシステムも、不連続な耐力壁をサポートし、異なる用途の間で必要とされる高い耐火等級分離を実現するために設計することができます。 プロジェクトの初期段階から、設計チームとオーナーとの間で、CFMF システム内の移動を最小化するために壁を積み重ね、理想的には壁の開口部を設けるという対話が行われるべきです。
プレハブの構造用CFMF壁パネル。
CFMF 支承壁は、床構造のスパン能力に応じて、10 ～ 32 フィートの間隔で配置できます。 耐力壁の間のスパンには、床システムのオプションとして、アンショア複合鋼デッキ上の現場打ちコンクリート、ショア付きロングスパン鋼デッキ上の現場打ちコンクリート、またはプレキャスト、プレストレス中空コア プレートが含まれます。 あるいは、床構造は、耐力壁の間に架かる CFMF 床梁に支持されたコンクリート パネルまたはスチール デッキで構成されることもある。
各床システムには利点と欠点がある。 たとえば、アンショア複合スチール デッキ上のコンクリートは、ショアード ロングスパン スチール デッキよりも支柱に関連する労力が少なくて済みます。ただし、アンショア スチール デッキは通常約 15 フィートのスパン長に制限されますが、ロングスパンのデッキでは構造壁間で最大 32 フィートを達成することができます。 プレキャスト、プレストレス中空コア板は、ロングスパン鋼板デッキと同様のスパンを達成できますが、板は床の水平性を確保するために構造的なトッピングが必要な場合があり、より重いシステムなので、壁パネル、基壇、および基礎への荷重が増加します。
スチール・デッキ・オプションと比較すると、CFMF床梁は、支柱を使用しないスパン能力で魅力的かもしれません。しかし、CFMF床梁システムは、一般にスチール・デッキ・システムよりも6～12インチ深く、MEP分配の余地が少なく、低い天井や高い床までの高さを必要とします。 さらに、CFMF床根太システムでは、一般的にコンクリート内で非防火等級を達成できるスチールデッキシステムに対し、防火天井アセンブリが必要となる場合があります。 スチールデッキのオプション（ショアードまたはアンショア）は、ディテールがシンプルで薄型であるため、魅力的なオプションです。 デッキシステム、CFMF根太システムともに、スパンが中央廊下に平行な場合、CFMF壁パネルの端から廊下にまたがるヘッダーが必要となります。 ヘッダーは構造荷重経路の一部であり、1時間または2時間の耐火等級が必要な場合がある。
CFMF ビルの横荷重抵抗システム（LLRS）は、さまざまな構造システムであり得る。 シートまたはCFMFスチールストラップのいずれかに依存し、横方向のシステムとしてCFMF壁を利用することが有益である場合がある。 この場合、壁システムでの転倒モーメントの伝達と、CFMF壁から基壇構造への荷重の伝達が重要な検討事項となります。前者の場合、追加された詳細がシステムの効率性を損なう可能性があります。 また、階段やエレベーター周りの壁は、鉄筋コンクリートせん断壁、CMUせん断壁、またはLLRSのためのスチールブレースフレームを導入するのに適した場所と言えます。 選択したシステムに関係なく、設計補助の役割でプロジェクトの初期に関与する場合でも、プロジェクトの入札に参加する場合でも、見込みのある請負業者と行う重要な議論です。
設計と仕様
伝統的に、CFMF 壁パネル建設は、製作者とその専門構造エンジニア (SSE) が開発したシステムによって支配されてきました。 SSEはこれらのシステムを設計し、請負業者が好む製造と設置技術に合わせて調整されます。 もうひとつの方法は、設計チームの構造エンジニア（SER）がカスタムスタッドフレームシステムを設計するか、カスタムシステムの設計を請負業者に委託することです。 6264>
適切な委任設計は、カスタムシステムであれプロプライエタリシステムであれ、設計チームが図面上で耐荷重CFMF壁の位置と範囲を特定する必要があります。 建築システムの委任設計は、SERが請負業者のSSEに対して、特定された建築システムの設計、製作、および設置のために従うべき一連の設計基準を提供するシナリオを記述している。 CFMF壁の位置と範囲を特定することに加え、設計チームは、CFMF壁と接する、あるいは一体となっている構造および非構造の他の部門を示すことが不可欠である。 床荷重計画は、重畳された死荷重および活荷重、特に大きなまたは不均一な荷重および外壁荷重の大きさおよび範囲を示すために採用されなければならない。 また、外壁荷重や点荷重（移設、廊下移設梁、屋上設備など）の位置と大きさを示すために、具体的な詳細が必要となる場合があります。
外壁被覆は、部分的または完全な委任設計であることがよくあります。 複数の委任された設計コンポーネントが交わることで、施工中の調整がうまくいかないことがあります。 設計チームは、請負業者の入札の基礎として、様々なシステムの統合のための設計の基礎の詳細を明確に文書化する必要があります。 さらに、責任表は、提出書類の審査過程とその後の施工において、記録建築家（AoR）、SER、ゼネコン（GC）、専門下請け業者、CFMF製作者／設置者とそのSSE、外壁製作者／設置者とそのSSEの役割を記録するのに有効なツールである。 このマトリックスは、各構造技術者の設計区分けを定義するために、建設文書とともに公表することができる。
システム（独自設計またはカスタム）に関係なく、SERは、意図したレイアウトの許容性を確立し、建設前の予算と入札のための設計の基礎を提供するために、典型的なCFMF壁のコンポーネントの予備分析を開発する必要があります。 この作業により、アプローチの検証、基壇と基礎の設計荷重の確立、SERによる主要なレイアウトオプションや制約の特定、特別なディテール、最小サイズ、材料ゲージが必要な箇所の特定が可能になる。 これは、SERがより信頼性の高い委任設計を開発するのに役立ちます。
設計および建設の考慮事項
基壇建設
基壇レベルの建設は、石膏壁板（GWB）クラッドCFMF耐壁の敏感さを考慮して、高いたわみ基準で設計する必要があります。 蓄積された変位は、表彰台レベルの剛性が十分でない場合、非構造的な仕上げのひび割れにつながる可能性があります。 初期のプログラミングでは、CFMF 耐力壁の 1 階以下の構造の深さの増加を考慮する必要があります。
Fire Ratings
一次構造荷重支持部材として、CFMF は最大 2 時間の火災格付けを達成するよう要求される場合があります。 2 時間の評価は、壁の両側の GWB の 2 番目の層で達成されます。 これは、スタッドの設計において考慮すべき追加重量であり、SSEへの委任文に明確に示される必要があります。 建築家と請負業者がさらに考慮すべき点は、格付けの連続性です。格付けは、ドアジャム、電気ボックス、および構造用CFMF壁と一体化した同様のものの周囲で継続しなければなりません。 可能な限り、設計チームは、CFMF 構造壁の非構造部分内に発生するように CFMF 壁へのすべての貫通を調整し、建設中の火災格付けの詳細を簡素化する必要があります。 これは、ホテルや寮では受け入れられるかもしれませんが、アパートや、特に所有者が将来的に自分のユニットを変更したり、ユニットを結合したりする機会を望むかもしれないマンションでは、あまり好ましくないかもしれません。 将来の柔軟性を制限しないためには、外壁と廊下の壁を主耐力壁とするか、ユニットのパーティ壁のみを主耐力壁とするか、あるいはそれらを組み合わせたロングスパン床システムを使用することです。
Sored long-span steel deck construction.
Non-stacked Walls
CFMF bearing wallsは住宅などの反復使用プログラムでは効率的なシステムである。 しかし、非定型のプログラムがCFMF耐力壁の中、下、上に移動すると、非効率的なシステムになります。 これは通常、鉄骨スタッド壁内の熱間圧延構造鋼、独立した構造鋼フレーム、または同様のプログラムの形をとります。 6264>
Top Track Details
CFMF 耐力壁内のトップトラックは、床システム（たとえば、スチールデッキの低いフルートやCFMF根太のフランジ）が必ずしも垂直スタッドと一致しない場合の荷重分散要素として機能します。 壁パネルは通常、各階の上部に設置されるため、上部トラックは、床システムと上層階の荷重を隣接する垂直スタッドに伝達するように設計／詳細化する必要があります。 著者の経験では、施工業者が床システムを個々のスタッドに整合させると推定してコスト削減を図るのは誤った経済学です。
Construction Sequencing
垂直架設シーケンス中の各業者の調整に対する熟考は、建設効率の推進となります。 石工、大工、鉄工、コンクリート サプライヤー、およびコンクリート打設作業員などの従来の部門は、各フロアが建設されるたびにステージングする必要があり、CFMF 建設でのシステムの統合について教育される必要があります。 これは、システムの魅力と効率の一部ではありますが、建設現場での混乱を引き起こす可能性があります。 構造図と建築図に構造用CFMFを明確に記載することが重要である。 しかし、請負業者とその下請け業者に対して、CFMF の SSE によるレビューと分析なしに構造 CFMF を変更することができないことを、早い段階で頻繁に教育することがより重要である。 一般的な現場での修正には、配管や電気系統のためのスタッド貫通や、工事用出入り口のためのスタッドの一時的な除去などがあります。
Exterior Cladding and Slab Edges
CFMF 耐力壁建物の外縁は、しばしばスチールデッキ上のコンクリートスラブの薄い縁だけになることがあります。 これは構造的な効率を生み出しますが、材料と取り付けシステムによっては、ファサードに心痛を生じさせる可能性があります。 CFMFの構造システムを検討する際に、ファサードの材料と取り付けシステムを早期に決定することが重要です。特定のファサードシステムに求められる特殊なディテールは、CFMF構造における効率性を急速に損ないかねません。 AoR と SER は、ファサード取り付け部の設計詳細の基礎と、ファサード取り付け部における構造および非構造の両方の CFMF の要件を確立するべきです。
まとめ
CFMF 耐震壁ビルは、低・中層の集合住宅市場でますます費用効果の高い選択肢になってきています。 設計と建設に対する新しいアプローチとして、設計者と請負業者の両方にとって、学習曲線があります。 このシステムのチャンスと課題を理解することが、プロジェクトを成功させる鍵となります。
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