Von Stephen Knight, technischer Leiter, McElroy Metal
Das Konzept der Produktprüfung geht auf das Jahr 1894 zurück, als William Henry Merrill mit der Bewertung des Risikos auf der Weltausstellung Palace of Electricity beauftragt wurde. Um das Risiko zu bestimmen und zu mindern, hielt Merrill es für notwendig, Tests an verschiedenen Baumaterialien durchzuführen.
Als aufgeweckter Gentleman, der er war, entschied er sich, nachdem er seine Bemühungen bei der Weltausstellung abgeschlossen hatte, in Chicago zu bleiben und gründete Underwriters Laboratories, oft einfach als UL bezeichnet. Über 125 Jahre später ist die Prüfung von Baumaterialien zur Standardpraxis in der Bauindustrie geworden.
Während die Grundlagen des Testens, die Merrill vor über einem Jahrhundert verwendet hat, erhalten geblieben sind, haben sich die Techniken und Produkte auf dem Gebiet des Testens stark weiterentwickelt. Dank Design- und Produktverbesserungen werden jetzt Prüfwerte erreicht, die früher undenkbar waren.
Auch die Akteure in der Landschaft haben sich verändert. Während UL vielleicht der Gründer im Testbereich war, haben sie jetzt mehrere Konkurrenten. Und manchmal gleicht das Testfeld dem Wilden Westen.
Testübersicht
Wie bereits erwähnt, gibt es mehrere verschiedene Stellen, die Produkttests durchführen. Jede Gruppe kann ihre eigenen Standards, Testverfahren und Berichtsmethoden erstellen. Folglich scheinen sich viele Prüfnormen auf den ersten Blick zu duplizieren; sie können jedoch sehr unterschiedlich sein.
Beispielsweise sind die American Society for Testing & Materials (ASTM), Underwriter Laboratories und Factory Mutual drei beliebte Testeinrichtungen. Während sie jeweils ihre eigene Form von Uplift-Tests anbieten, variieren die Testansätze stark, daher der frühere Verweis auf den Wilden Westen.
Aus diesen Gründen ist es für Verbraucher, Planer oder Laien oft schwierig zu wissen, welche Prüfnormen für ihr spezielles Projekt gelten. Ähnlich schwierig (und teuer) kann es für einen Hersteller sein, Prüfergebnisse für alle Prüfnormen der verschiedenen Prüfstellen bereitzustellen.
Folglich tendieren Hersteller dazu, nur die gängigsten Tests durchzuführen. Wenn ein Hersteller einen spezifizierten oder angeforderten Test nicht anbietet, bedeutet das nicht, dass sein Produkt die Erwartungen nicht erfüllen kann. Vielmehr bedeutet es einfach, dass sie nicht mit dieser bestimmten Entität und der vorgesehenen Konstruktionsmethode getestet haben.
Darüber hinaus ist es wichtig zu wissen, dass es Dutzende von Testnormen gibt, die für Metalldächer gelten und Themen wie strukturelle Leistung, Farbe, Reflexionsvermögen, Witterungs- und Feuerbeständigkeit abdecken. Im luftleeren Raum betrachtet sind sie vielleicht alle gleich wichtig. Angesichts der Tatsache, dass alle anderen Tests ein strittiger Punkt sind, wenn eine schlechte strukturelle Leistung dazu führt, dass extreme Winddrücke Paneele von einem Dach blasen, ist die strukturelle Leistung tendenziell die wichtigste aller Testarten.
Es gibt buchstäblich Hunderte von verschiedenen Metalldachprodukten und jedes bietet eine andere Testleistung. Einige Panels bieten mittlere Ergebnisse, während andere einen fantastischen Auftriebsdruck bieten. Ein weit verbreiteter Irrglaube ist, dass Testwerte die einzige Information sind, die notwendig ist, um die Feldleistung eines Produkts zu bestimmen.
Die Realität ist, dass Testergebnisse lediglich eine Vorstellung davon vermitteln, wo das Produkt versagen wird. Um die Testergebnisse anwendbar zu machen, müssen Sie auch wissen, bis zu welcher Grenze das Produkt beansprucht wird oder welche Lasten angewendet werden. Dazu ist es zwingend erforderlich, dass Sie mit einem qualifizierten Designprofi zusammenarbeiten, der Winddrücke genau bestimmen und anwenden und Testergebnisse für das Projekt interpretieren kann.
Zusammenfassend ist es wichtig, bei der Erwägung von Panel-Tests daran zu denken, dass eine Überkonstruktion eines Systems zur Bewältigung von Lasten, die größer als erwartet sind, nicht erforderlich ist. Tatsächlich ist es wenig sinnvoll, ein Paneel mit hoher Windleistung in Gebieten zu spezifizieren, die keinen hohen Winddrücken ausgesetzt sind. In ähnlicher Weise ist es unerlässlich, in Gebieten mit hohem Winddruck ein überlegenes Windleistungsmodul auszuwählen oder zu spezifizieren.
Die Leistung von Dachsystemen wird in Abschnitt 1504 des International Building Code (Version 2021) geregelt. Abschnitt 1504 beschreibt vier Teststandards für Metalldächer: ASTM E1592, FM 4474, UL 580 und UL 1897. Sehen wir uns jeden dieser Tests genauer an.
Gemeinsame Panel-Tests
ASTM E1592
Die Prüfstelle für diesen Test ist die American Society for Testing and Materials (ASTM). ASTM veröffentlicht und pflegt über 12,000 freiwillige Standards für Materialien. Sie sind nicht befugt, die Verwendung ihrer Tests vorzuschreiben; Ihre Standards werden jedoch häufig von Einrichtungen übernommen, die die Befugnis haben, ihre Verwendung vorzuschreiben.
Für Metalldächer ist der International Building Code (IBC) ein Beispiel für eine Gruppe, die ASTM-Tests als ihren Standard ausgewählt hat und die Einhaltung ihrer veröffentlichten Standards verlangt.
E1592 ist wahrscheinlich der am meisten akzeptierte Windsog-Standard in der Metalldachindustrie. Der Test wird normalerweise unter der Aufsicht eines professionellen Ingenieurs durchgeführt. Und obwohl dies nicht allgemein vorgeschrieben ist, verlangen einige Einrichtungen wie Miami-Dade und ICC, dass die Tests von einem akkreditierten Drittlabor durchgeführt werden.
ASTM E1592-Tests verwenden ein Testmuster mit unterschiedlichen Spannweiten und Bedingungen und wenden dann Winddruck an, um den maximalen Druck festzulegen, dem das Paneelsystem standhalten kann, bevor es zu einem katastrophalen Ausfall kommt. Dieser Test wird im Allgemeinen über offenem Rahmen und typischerweise mit Spannweiten zwischen 1 Fuß und 5 Fuß durchgeführt, obwohl einige Tests mit Spannweiten von bis zu 8 Fuß gefunden werden können.
FM 4474
Factory Mutual oder FM Global ist eine auf Verlustmanagement spezialisierte Versicherungsorganisation. Folglich konzentriert sich ihr Geschäftsmodell darauf, ihren Kunden beim Entwurf und Bau von Strukturen zu helfen, die den meisten Katastrophen standhalten. Während dieser Ansatz die anfänglichen Baukosten in die Höhe treibt, ermöglicht er es FM Global, sturmbedingte Schadensansprüche erheblich zu reduzieren. FM Global hat zusätzlich zu anderen Fehlerpunkten proprietäre Testprotokolle für Wind-, Feuer- und Stoßfestigkeit erstellt.
Während die zuvor angesprochene ASTM-Organisation die Anwesenheit eines lizenzierten Ingenieurs während des Testprozesses verlangt, erlauben sie die Durchführung der Tests in jeder Einrichtung, solange ihre spezifischen Testbedingungen erfüllt sind.
Umgekehrt verlangt FM Global, dass alle Tests von Mitarbeitern von FM Global in einem Labor von FM Global durchgeführt werden. Wie Sie vielleicht erwarten, führt dieser Ansatz zu längeren Vorlaufzeiten für Testaktivitäten und zu viel höheren Testkosten.
Da außerdem alle Tests in FM-Einrichtungen durchgeführt werden müssen, ist der direkte Wettbewerb so gut wie eliminiert. Folglich ist die Durchführung von FM Global-Tests für Hersteller viel teurer als andere Testeinrichtungen. Infolgedessen haben sich viele Hersteller dafür entschieden, nur sehr begrenzte oder in einigen Fällen keine FM Global-Tests durchzuführen.
FM 4474 ist ASTM E1592 weitgehend ähnlich. Während beide Tests bis zum Versagen durchgeführt werden, verwendet FM 4474 zunehmende 15-psf-Inkremente für jeden nachfolgenden Test. Wenn also eine Metallplatte bei 135 psf bestanden hat, würde der Test erneut mit einem Druck von 150 psf durchgeführt. Wenn das Material vor dem Wert von 150 psf versagt, erhält das Produkt eine Bewertung von 1-135. Theoretisch gibt es keine Begrenzung für FM Global Ratings; die meisten Metalldachaufbauten versagen jedoch zwischen einer Bewertung von 1-75 und einer Bewertung von 1-270.
UL 580
Underwriters Laboratories (allgemein als UL bezeichnet) ist eine private Prüforganisation. Obwohl, wie bereits erwähnt, ihr ursprüngliches Standbein bei Prüfdienstleistungen für elektrische Systeme lag, haben sie ihren Anwendungsbereich im Laufe der Jahre erweitert und bieten nun Prüfdienstleistungen für zahlreiche Materialien und Produkte an.
Wo ASTM-Tests an jedem Ort durchgeführt werden können, solange ein Ingenieur anwesend ist und FM Global verlangt, dass die Tests in seinem Labor durchgeführt werden, bietet UL zwei Optionen für den Standort des Teststandorts an. UL lässt zu, dass Tests entweder von UL in seinem eigenen Labor oder von einem unabhängigen Labor in Anwesenheit eines UL-Vertreters durchgeführt werden.
Der UL 580-Test unterscheidet sich auch von den E1592- und FM 4474-Tests darin, dass er eine geschlossene 10' x 10'-Kammer mit einer Dachanordnung im Inneren verwendet. Der Test umfasst das Aufbringen von Druck auf die Unterseite der Plattenanordnung, während gleichzeitig ein Sog auf die Oberseite der Plattenanordnung ausgeübt wird, um den Windsog zu simulieren.
UL 580-Tests werden in Schritten von 30 psf, 60 psf und 90 psf durchgeführt. Es ist auch wichtig zu beachten, dass der Druck während des 90-psf-Stufentests zwischen 90 psf und 105 psf schwankt. Tests, die jede Phase bestehen, werden in Klasse 15, Klasse 30, Klasse 60 oder Klasse 90 eingestuft. Der UL 580-Test stoppt bei 90 psf mit 105 psf oszillierendem Druck, selbst wenn der Prüfling bei diesem Druck nicht versagt.
Der UL 580-Test verwendet auch routinemäßig einen Sicherheitsfaktor von 2.0 für den Testwert. Dies bedeutet, dass ein Panel, das bei 90 psf nicht ausgefallen ist (denken Sie daran, dass oszillierende Drücke von 105 psf enthalten sind), mit einem zulässigen Wert von 52.5 psf endet. Um einen Sicherheitsfaktor von 2.0 zu verwenden, teilen Sie einfach das endgültige Testergebnis durch 2. Es ist wichtig zu beachten, dass ein Druck von 52.5 psf für viele Dachanwendungen ein unzureichender Druck ist.
UL 1897
Um die zulässige Grenze von 52.5 psf des oben diskutierten UL 580-Tests zu beheben, hat UL den Test UL 1897 eingeführt. UL 1897 wird im Allgemeinen unmittelbar nach UL 580 durchgeführt und kann an demselben Testmuster durchgeführt werden. Der Testprozess ist UL 580 unglaublich ähnlich, wobei der größte Unterschied in der Tatsache liegt, dass die Testdrücke über 90 psf bis zum Versagenspunkt erhöht werden. Durch die Feststellung, wo das Dachsystem versagt, können Ingenieure die höheren Obergrenzen in ihren Konstruktionsberechnungen nutzen.
Was tun, wenn der Hersteller die erforderlichen Tests nicht anbietet
Wie bereits erwähnt, ist die Testlandschaft ein bisschen wie der Wilde Westen, und die IBC ist der Sheriff, der alles überwacht. Wenn Sie also an einer Spezifikation oder mit einem Besitzer arbeiten, der bestimmte Tests erfordert und der Hersteller, mit dem Sie zusammenarbeiten möchten, diese nicht anbietet, haben Sie einige Möglichkeiten:
Erkundigen Sie sich beim Hersteller, ob er bereit ist, den erforderlichen Test durchzuführen. Während das unglaublich einfach erscheint, ist es in manchen Fällen so einfach. Beispielsweise führen wir bei McElroy Metal häufig ASTM-Tests in unserem hauseigenen Testlabor für einzigartige Bedingungen wie Pfettenabstände oder Plattenbreiten durch, die wir noch nicht getestet haben.
Bieten Sie anstelle des erforderlichen Tests einen anderen Test an. In einigen Fällen kann ein Architekt einen bestimmten Test wie Factory Mutual spezifizieren, ohne zu erkennen, dass der Test für Hersteller unerschwinglich sein kann. Sobald dies erklärt ist, wird ein Test wie ASTM E1592, der ähnliche Werte liefert, oft als akzeptabel angesehen. Der einzige Knackpunkt hier tritt auf, wenn das Gebäude von Factory Mutual versichert ist. In diesem Fall verlangt FM fast ausschließlich, dass ihr Prüfprotokoll verwendet wird, damit der Gebäudeeigentümer Versicherungsschutz erhält. Wenn das passiert, lässt es dem Besitzer wenig Wahl. Sie sind einfach gezwungen, einen Hersteller zu finden, der das Produkt bereits getestet hat, oder einen, der bereit ist, die Kosten von 50,000 USD pro Panel zu investieren, um den Test abzuschließen.
Arbeiten Sie mit einem Designprofi zusammen, um die abgeschlossenen Tests zu interpretieren und bestimmen Sie die Produktkonformität basierend auf der maximalen Tragfähigkeit mit Formeln und Gleichungen. Freiliegende befestigte Paneele sind ein gutes Beispiel für diesen Ansatz, da Abschnitt 1504 des International Building Code (IBC) eine Ausnahme für kaltgeformte Metalldächer vorsieht. Diese Ausnahme besagt, dass freiliegende Befestigungselemente keiner Prüfung bedürfen und stattdessen gemäß AISI S-100 konstruiert werden müssen. Wenn Sie sich in dieser Situation befinden, suchen Sie einfach in der Belastungstabelle Ihres Herstellers nach einem Hinweis auf AISI S-100 oder wenden Sie sich an die technische Abteilung, um zu erfragen, wie die Tragfähigkeit ihres Systems ermittelt wurde.
Zusammenfassung
Im reifen Alter von 25 Jahren begründete William Henry Merrill das Konzept der Produkttests. Seitdem haben sich Produkte, Prüfverfahren und Prüfstellen weiterentwickelt. Und es ist wahrscheinlich, dass sie dies auch im Laufe der Zeit tun werden. Um die Testergebnisse richtig interpretieren und anwenden zu können, ist es wichtig, mit einem lizenzierten Designprofi zusammenzuarbeiten. Rf
Über McElroy Metal
Seit 1963 beliefert McElroy Metal [www.mcelroymetal.com] die Bauindustrie mit Qualitätsprodukten und exzellentem Kundenservice. Der Komponentenhersteller in Familienbesitz hat seinen Hauptsitz in Bossier City, Louisiana, und verfügt über 13 Produktionsstätten in den Vereinigten Staaten. Rf
