Von SmartBuild Systems
Abstrakt
Sie verwendeten eine neue Automatisierungstechnik von SmartBuild-Systeme™ (SBS), mit dem sie jedes Stück Rahmenmaterial von einer einzigen Rollformmaschine rollen konnten. Dies waren keine "dummen" Teile, wie sie von einem typischen Stahlbolzenhersteller gekauft werden konnten; Jedes Teil wurde auf Länge vorgeschnitten, an Verbindungsstellen vorgestanzt und eindeutig beschriftet. Teile wurden zusammengebündelt und das gesamte Rahmenpaket passte auf einen einzigen LKW. Auf der Baustelle wurden die Teile zu Wand- und Fachwerkkomponenten zusammengebaut. Sie passen zusammen wie 'Bastelspielzeug'. Für den Zusammenbau war kein Messen oder Markieren erforderlich; nur um die Abmessungen zu überprüfen.
Im Herbst 2017 hat ein kleines Startup-Unternehmen in Sundance, Wyoming, etwas Neues gewagt. Das Unternehmen heißt Straight Cold Rolling, LLC und wollte ein 60 x 140 Fuß großes Gebäude im Stil einer Stangenscheune aus kaltgeformtem Stahl bauen.
Auf der Baustelle gab es keine Säge (kein Schneiden), nur mehrere Schrauber. Eine Crew von vier ungeschulten Arbeitern war sofort produktiv, weil die Teile perfekt gefertigt waren.
Wie haben sie das gemacht? Mit der leistungsstarken Software SmartBuild wurden die Tragwerkspläne in der 3D-Konstruktionssoftware erstellt. Wandsäulen und Giebel wurden zu Tafeln geformt. Traversen wurden für eine freie Spannweite von 60 Fuß ausgelegt. Jede Wandplatte und Traverse wurde in der Software auf Geometrie und Passgenauigkeit geprüft. Dann wurde jedes Materialstück in eine Datei geladen, die in eine spezielle Rollformmaschine eingespeist wurde. Die Maschine nahm rohe Stahlspulen und formte sie zu den durch die Datendatei spezifizierten Teilen.
Die Ergebnisse waren verblüffend. Die Kosten für Rohmaterialien plus Fertigungsarbeit zum Walzformen und Bündeln der Teile waren mit den Kosten eines gleichwertigen Holzgebäudes konkurrenzfähig. Dies war unerwartet, da die Kosten für kaltgeformte Baumaterialien aus Stahl in anderen Marktsegmenten normalerweise die Kosten für Holzmaterialien übersteigen. Eine noch größere Überraschung ergab sich bei den Lohnkosten im Außendienst. Da die Teile so hergestellt wurden, dass sie ohne Messen, Markieren oder Schneiden vor Ort zusammenpassten, errichtete eine ungeschulte Mannschaft das Gebäude so schnell oder schneller, als eine geschulte Mannschaft eine Scheune aus Holzstangen bauen konnte.
Rahmendesign
Das Gebäude wurde entworfen, um bis zu vier unabhängige Gewerbeflächen zu unterstützen. Die Gebäudeabmessungen betrugen 60 Fuß mal 140 Fuß und die Südwand umfasste (4) 12-Fuß-Überkopftüren mit jeweils einer angrenzenden Eingangstür. Die Wandhöhe betrug 16 Fuß und die Dachneigung 4:12. Es gab keine Dachüberstände.
Die Rahmenlösung umfasste mehrere Funktionen, um den Bauprozess zu vereinfachen. Wandpaneele wurden in 4-Fuß-Abschnitten entworfen. An einem Ende der Platte endete der vertikale Bolzen (14 Gauge) in der oberen Schiene; Am anderen Ende erstreckte sich der vertikale Bolzen (ebenfalls 14 Gauge) um zusätzliche 18 Zoll durch die obere Schiene. Da zwei Paneele nebeneinander platziert wurden, wurden die 14-Gauge-Endbolzen im Feld befestigt und bildeten eine I-Form. Der kurze Bolzen wurde zum Lagerpunkt für das darüber liegende Fachwerk (ebenfalls in einem Abstand von 4 Fuß in der Mitte), und der lange Bolzen stellte eine Verbindung für das Fachwerk bereit (Absatzhöhe 18 Zoll), die auch eine momentfeste Verbindung für den Gebäuderahmen bildete.
Dachpfetten wurden in Längen von 12 Fuß hergestellt. Die Systeme verwendeten Cee-Formen für Pfetten, die mit der Vorderseite nach unten ausgerichtet waren, und jede Pfette hatte alle 4 Fuß eine spezielle Kerbe, um die Traversen aufzunehmen. Dadurch wurde ein automatischer Abstandshalter zum schnellen und genauen Setzen der Traversen geschaffen, wodurch die Geschwindigkeit der Feldmontage erhöht wurde.
Engineering
Die Tragwerksplanung wurde von Krivonen Associates in Billings, MT, durchgeführt. Das Gebäude wurde unter IBC2012 mit einer Bodenschneelast von 30 psf und einer maximalen Windgeschwindigkeit von 120 mph entworfen. Eine innere Scherwand war erforderlich, um die 140-Fuß-Zwischenwand in Querrichtung zu stützen, und Details zur Verbindung der Zwischenwand waren enthalten.
Der Erbauer wünschte einen Betonboden, also bestand dieses Fundament aus einer 4″-Platte mit 18″ breiten x 24″ tiefen, verdickten Randfundamenten unter Verwendung von (3) Nr. 4-Bewehrungsstäben oben und unten. Wandplatten wurden mit 5/8″ x 8″ Ankern bei 32 ioc am Fundament befestigt, und an den Ecken wurden Niederhalter installiert. Da nicht alle Gebäude einen Betonboden benötigen, werden derzeit zusätzliche Gründungsoptionen geprüft, wie etwa ein Streifenfundament oder vielleicht ein Betonpfeilersystem, auf dem die Wandsäulen stehen würden, verankert mit stählernen Niederhaltern.
Traversen wurden mit einer leistungsstarken Traversendesign-Software und einem proprietären Traversensystem namens KeyTruss entworfen, das Standard-CEE-Formen mit speziellen Kerben und Stückmarkierungen verwendet, um die Fertigung zu erleichtern. Die Traversen waren in der Mitte in einem Abstand von 4 Fuß angeordnet, und unter jeder Traverse befand sich eine Säule, die aus einem Rücken-an-Rücken-Cee-Bolzen gebaut wurde. Traversen wurden mit einer freien Spannweite von 60 Fuß und einer Absatzhöhe von 18 Zoll entworfen, um die Verbindung mit der Wandplatte herzustellen. Traversen wurden mit 2-Zoll-Flanschen konstruiert, wodurch die Notwendigkeit von Gurtverstrebungen eliminiert wurde. Fachwerkgurte waren 6″ 14 Gauge Cee-Formen (600S200-68) mit speziellen Einkerbungen der Flansche, um die Stege an jedem Gelenk aufzunehmen. Fachwerkstege hatten 3 5/8″ cee-Formen und variierten zwischen 18 Gauge und 16 Gauge (362S200-54 und 362S200-43). Fachwerkpfetten wurden aus 3 5/8 Zoll 16-Gauge-CEE-Formen (362S200-54) hergestellt, die mit der Vorderseite nach unten mit Kerben zur Aufnahme der Fachwerkträger ausgerichtet waren. Pfetten wurden bei 36 Zoll in der Mitte beabstandet.
Säulen wurden gebildet, indem zwei 6″ 14-Gauge-CEE-Formen (600S200-68) verbunden wurden, um ein I-Profil zu bilden. Die Säulen wurden 4 Fuß in der Mitte beabstandet, um sie mit den darüber liegenden Fachwerken auszurichten. Auch breitere Wandpaneele mit größeren Binderabständen sind möglich. Die oberen und unteren Schienen der Wandpaneele bestanden aus 6″ 16-Gauge-Formen (600T150-54) mit Vertiefungen, die zu den vertikalen Säulen passten. Die Vertiefungen ermöglichten das Einrasten der Schienen und Säulen, noch bevor die Verbindung abgeschraubt wurde. Wandgurte wurden aus 6″ 18 Gauge Cee-Formen (600S200-43) hergestellt und hatten spezielle Kerben, um den Steg und die Lippen zu entfernen, wo die Säulen durchgingen. Dieses Detail ermöglichte ein starkes Material, das sowohl die Außenverkleidung als auch die Innenverkleidung aufnehmen konnte. Wandgürtel wurden bei 24 Zoll in der Mitte beabstandet.
Materialliste
Die Materialien wurden in Marion, Kansas hergestellt. Spezielle Rollformmaschinen wurden verwendet, um rohe Stahlrollen in die intelligenten Teile umzuwandeln, die das Gebäude bildeten. Jeder Stock für jede Wand und Traverse war ein hochverarbeitetes Stück mit kundenspezifischer Markierung und Kerbe.
Das Gewicht aller Materialien einschließlich Wänden, Gurten, Fachwerkgurten und -stegen, Dachpfetten und permanenten Verstrebungen summierte sich auf 42,000 lbs. Da die Teile kompakt gebündelt werden können, passte der gesamte Auftrag auf einen LKW, und der LKW wurde gewogen und dann zur Baustelle in Wyoming transportiert.
Konstruktion
Materialbündel wurden zur Baustelle geliefert, wo die Platte bereits gegossen und vorbereitet worden war. Alle Wandpaneele und Traversen wurden vor Ort montiert.
Da alle Teile auf Länge geschnitten, mit Führungslöchern und Vertiefungen vorgestanzt und mit individuellen Markierungen versehen waren, passten die Wand- und Traversenkomponenten wie „Bastelspielzeug“ zusammen. Ein Team von vier Arbeitern, die zuvor keine Bauerfahrung hatten, sowie ein erfahrener Supervisor, montierten schnell alle Wände und Traversen und errichteten das Gebäude.
Es war nicht erforderlich, die Einzelteile vor Ort zuzuschneiden, da jedes Teil auf die exakte Länge vorgeschnitten von der Maschine kam. Feldschnitt war nur für provisorische Wandstreben usw. erforderlich.
Für den Bau von Traversen war kein Rütteln erforderlich. Die Traversen waren selbstspannend, wobei Ausrichtungslöcher und Kerben in den Akkorden verwendet wurden, um jede Traverse richtig zu bauen. Die Besatzungsmitglieder bauten das erste Fachwerk unter Verwendung der Pilotlöcher und überprüften die Messungen anhand der Konstruktionszeichnungen. Die Crew richtete ein Ende des Fachwerks aus und schraubte dann die restlichen erforderlichen Befestigungselemente ab. Nachdem die erste Traverse bestätigt war, wurde sie als Vorlage für weitere Traversen verwendet, die ihrerseits zunächst mithilfe der Vorbohrungen zusammengefügt und dann abgeschraubt wurden.
Kostenvergleich
Materialkosten und Außendienstkosten wurden während des gesamten Prozesses verfolgt. Zwei wettbewerbsfähige Angebote wurden von führenden Stangenscheunenherstellern unter Verwendung von Holzrahmen beschafft. Beim Vergleich der Kosten für die Rahmung sehen Sie hier, wie sich die Zahlen stapeln. Die Stahlrahmenlösung erzeugte eine Kombination aus Arbeit und Material, die geringer ist als die Holzlösung.
Fazit
Ein 60 x 140 Fuß großes Gebäude im Stil einer Stangenscheune wurde unter Verwendung einer neuen Baumethodik entworfen und konstruiert. Fortschrittliche Automatisierungssoftware für Gebäudedesign und Fachwerktechnik, kombiniert mit speziellen Rollformmaschinen, schuf ein neues Bausystem, das perfekt in den Einsatzbereich passte, wie ein Ikea-Produkt. Die kombinierten Kosten für Material und Feldarbeit waren geringer als bei einer ähnlichen Stangenscheune mit Holzrahmen.
[Anmerkung des Herausgebers: Weitere Informationen über die aufstrebende kaltgeformte Stahlrahmenindustrie finden Sie in unserer Titelgeschichte Ausgabe Oktober/November 2021 Rollforming-Magazin.]
