Стивен Найт, технический директор, McElroy Metal
Концепция тестирования продукта восходит к 1894 году, когда Уильяму Генри Мерриллу было поручено оценить риск на Всемирной выставке во Дворце электричества. Чтобы определить и снизить риск, Merrill сочла необходимым провести испытания различных строительных материалов.
Будучи умным джентльменом, которым он был, после того, как он завершил свои усилия на Всемирной выставке, он решил остаться в Чикаго и основал Underwriters Laboratories, часто называемую просто UL. Перенесемся на 125+ лет вперед, и испытания строительных материалов стали стандартной практикой в строительной отрасли.
Хотя основы тестирования, использованные Merrill более века назад, остались прежними, методы и продукты в области тестирования претерпели значительные изменения. Благодаря усовершенствованию дизайна и продукта теперь достигаются результаты тестирования, которые раньше были немыслимы.
Игроки в ландшафте также изменились. Хотя UL, возможно, была основоположником в области тестирования, теперь у них есть несколько конкурентов. И временами поле испытаний может напоминать Дикий Запад.
Обзор тестирования
Как упоминалось ранее, существует несколько различных организаций, которые проводят тестирование продукта. Каждая группа может создавать свои собственные стандарты, процедуры тестирования и методы отчетности. Следовательно, многие стандарты испытаний на первый взгляд кажутся дублирующими друг друга; однако они могут сильно отличаться.
Например, Американское общество по тестированию и материалам (ASTM), Underwriter Laboratories и Factory Mutual являются тремя популярными организациями по тестированию. Хотя каждый из них предлагает свою собственную форму тестирования подъема, подходы к тестированию сильно различаются, отсюда и более ранняя ссылка на Дикий Запад.
По этим причинам потребителю, спецификатору или неспециалисту часто бывает трудно узнать, какие стандарты испытаний применимы к их конкретному проекту. Точно так же производителю может быть сложно (и дорого) предоставлять результаты испытаний для всех стандартов испытаний в различных агентствах по тестированию.
Следовательно, производители, как правило, проводят только самые распространенные тесты. Когда производитель не предлагает указанный или запрошенный тест, это не означает, что его продукт не соответствует ожиданиям. Скорее, это просто означает, что они не тестировали этот конкретный объект и назначенный метод построения.
Кроме того, важно понимать, что существуют десятки стандартов испытаний, применимых к металлическим кровельным покрытиям, таким как структурные характеристики, краска, отражательная способность, погодные условия и огнестойкость. Если рассматривать их в вакууме, возможно, все они одинаково важны. Однако, учитывая, что все остальные тесты являются спорным вопросом, если плохие характеристики конструкции позволяют экстремальному давлению ветра сдувать панели с крыши, характеристики конструкции, как правило, являются наиболее важными из всех типов испытаний.
Существуют буквально сотни различных продуктов для металлических крыш, и каждый из них предлагает различные результаты испытаний. Некоторые панели предлагают средние результаты, в то время как другие предлагают фантастическое давление подъема. Распространенным заблуждением является то, что тестовые значения — это единственная информация, необходимая для определения характеристик продукта в полевых условиях.
Реальность такова, что результаты испытаний просто дают представление о том, где продукт выйдет из строя. Чтобы сделать результаты испытаний применимыми, вы также должны знать, до какого предела будет нагружено изделие или какие нагрузки будут приложены. Для этого необходимо, чтобы вы работали с квалифицированным профессионалом-проектировщиком, который может точно определить и применить давление ветра и интерпретировать результаты испытаний для проекта.
Подводя итог, при рассмотрении панельных испытаний важно помнить, что перепроектирование системы для соответствия нагрузкам, превышающим ожидаемые, не является необходимым. На самом деле, установка панели с высокими ветровыми характеристиками в районах, где нет сильного ветра, не имеет большого смысла. Точно так же крайне важно выбрать или указать панель с превосходными ветровыми характеристиками в районах, где действительно наблюдается высокое давление ветра.
Характеристики кровельной системы регулируются разделом 1504 Международного строительного кодекса (версия 2021 г.). Раздел 1504 описывает четыре стандарта испытаний для металлической кровли: ASTM E1592, FM 4474, UL 580 и UL 1897. Давайте подробнее рассмотрим каждый из этих тестов.
Общие панельные тесты
ASTM E1592
Органом тестирования для этого теста является Американское общество испытаний и материалов (ASTM). ASTM публикует и поддерживает более 12,000 XNUMX добровольных стандартов для материалов. У них нет полномочий предписывать использование своих тестов; однако их стандарты часто принимаются организациями, которые имеют право предписывать их использование.
Для металлической кровли Международный строительный кодекс (IBC) является примером группы, которая выбрала испытания ASTM в качестве своего стандарта и требует соблюдения своих опубликованных стандартов.
E1592, вероятно, является наиболее приемлемым стандартом ветровой нагрузки в индустрии металлических кровель. Тест обычно проводится под наблюдением профессионального инженера. И хотя в целом это не требуется, некоторые организации, такие как Майами-Дейд и ICC, требуют, чтобы тестирование проводилось сторонней аккредитованной лабораторией.
Испытания ASTM E1592 используют испытательный образец с различной длиной пролета и условиями, а затем применяют давление ветра, чтобы установить максимальное давление, при котором панельная система может выдержать до катастрофического отказа. Это испытание обычно проводится на открытом каркасе и, как правило, с длиной пролета от 1 до 5 футов, хотя можно найти некоторые испытания шириной до 8 футов.
FM 4474
Factory Mutual или FM Global — страховая организация, специализирующаяся на управлении убытками. Следовательно, их бизнес-модель направлена на то, чтобы помочь своим клиентам проектировать и строить конструкции, способные противостоять большинству катастроф. Хотя этот подход увеличивает первоначальную стоимость строительства, он позволяет FM Global значительно сократить количество претензий, связанных с ущербом, связанным с ураганом. FM Global разработала собственные протоколы испытаний на устойчивость к ветру, огню и ударам в дополнение к другим точкам отказа.
Хотя организация ASTM, о которой говорилось ранее, требует присутствия лицензированного инженера в процессе тестирования, они позволяют проводить тестирование на любом объекте при условии соблюдения их конкретных условий тестирования.
И наоборот, FM Global требует, чтобы все испытания проводились сотрудниками FM Global в лаборатории FM Global. Как и следовало ожидать, такой подход приводит к увеличению времени выполнения тестов и приводит к гораздо более высокой стоимости тестирования.
Кроме того, поскольку все тесты должны проводиться на объектах FM, прямая конкуренция практически исключена. Следовательно, тестирование FM Global обходится производителям гораздо дороже, чем другим тестирующим организациям. В результате многие производители решили проводить очень ограниченные испытания FM Global, а в некоторых случаях вообще не проводить их.
FM 4474 во многом похож на ASTM E1592. В то время как оба теста выполняются до отказа, FM 4474 использует увеличивающиеся приращения на 15 фунтов на квадратный фут для каждого последующего теста. Таким образом, если металлическая панель прошла испытание при давлении 135 фунтов на квадратный фут, испытание будет проведено снова при давлении 150 фунтов на квадратный фут. Если материал выходит из строя до значения 150 фунтов на квадратный фут, продукту присваивается рейтинг 1-135. Теоретически рейтинги FM Global не ограничены; тем не менее, большинство металлических крыш выходят из строя при баллах от 1-75 до 1-270.
UL 580
Underwriters Laboratories (обычно называемая UL) — это частная испытательная организация. Хотя, как упоминалось ранее, их первоначальная точка опоры в услугах по тестированию была для электрических систем, с годами они расширили сферу своей деятельности и теперь предлагают услуги по тестированию многочисленных материалов и продуктов.
Там, где тесты ASTM могут проводиться в любом месте при условии присутствия инженера, а FM Global требует, чтобы тестирование проводилось в их лаборатории, UL предлагает два варианта расположения испытательного полигона. UL разрешает проводить испытания либо самой UL в своей лаборатории, либо независимой лаборатории в присутствии представителя UL.
Тест UL 580 также отличается от тестов E1592 и FM 4474 тем, что в нем используется закрытая камера размером 10 x 10 футов с узлом крыши внутри. Испытание включает приложение давления к нижней части панели в сборе, в то же время всасывание применяется к верхней части панели в сборе, чтобы имитировать подъем ветром.
Испытания UL 580 проводятся с шагом 30, 60 и 90 фунтов на фут. Также важно отметить, что во время испытания на этапе 90 фунтов на квадратный фут давление колеблется между 90 и 105 фунтами на квадратный фут. Испытаниям, прошедшим каждую фазу, присваивается классификация Класса 15, Класса 30, Класса 60 или Класса 90. Испытание UL 580 останавливается при 90 фунтах на квадратный фут при осциллирующем давлении 105 фунтов на квадратный фут, даже если испытуемый образец не выходит из строя при этом давлении.
Тест UL 580 также обычно использует коэффициент безопасности 2.0 для значения теста. Это означает, что панель, которая не вышла из строя при 90 фунтах на квадратный фут (помните, что это включает колебательное давление 105 фунтов на квадратный фут), в конечном итоге имеет допустимое значение 52.5 фунтов на квадратный фут. Чтобы использовать коэффициент безопасности 2.0, вы просто делите окончательный результат теста на 2. Важно отметить, что давление 52.5 фунтов на квадратный фут является недостаточным для многих кровельных работ.
UL 1897
Чтобы устранить допустимый предел в 52.5 фунта/кв. дюйм для теста UL 580, о котором говорилось выше, UL ввела тест UL 1897. UL 1897 обычно проводится сразу после UL 580 и может проводиться на том же испытательном образце. Процесс испытаний невероятно похож на UL 580, с самым большим отличием, заключающимся в том, что испытательное давление увеличивается за пределы 90 фунтов на квадратный фут до точки отказа. Выяснение того, где кровельная система выходит из строя, позволяет инженерам использовать более высокие верхние пределы в своих проектных расчетах.
Что делать, если производитель не предлагает необходимое тестирование
Как упоминалось ранее, ландшафт тестирования немного похож на Дикий Запад, и IBC — это шериф, наблюдающий за всем этим. Следовательно, если вы работаете над спецификацией или с владельцем, который требует определенного тестирования, а производитель, с которым вы хотите работать, не предлагает его, у вас есть несколько вариантов:
Свяжитесь с производителем, чтобы узнать, готовы ли они пройти требуемый тест. Хотя это кажется невероятно простым, в некоторых случаях это так просто. Например, в McElroy Metal мы часто проводим испытания ASTM в нашей собственной испытательной лаборатории для уникальных условий, таких как расстояние между прогонами или ширина панелей, которые мы еще не тестировали.
Предложите другой тест вместо необходимого теста. В некоторых случаях архитектор может указать определенный тест, такой как Factory Mutual, не понимая, что этот тест может быть непомерно дорогим для производителей. Как только это будет объяснено, такой тест, как ASTM E1592, который предлагает аналогичные значения, часто считается приемлемым. Единственный камень преткновения здесь возникает, если здание застраховано Factory Mutual. В этом случае почти исключительно FM потребует, чтобы их протокол тестирования использовался для того, чтобы владелец здания получил страховое покрытие. Когда это происходит, у владельца не остается выбора. Они просто вынуждены искать производителя, который уже протестировал продукт, или производителя, который готов инвестировать 50,000 XNUMX долларов в каждую панель для завершения теста.
Работайте с профессиональным дизайнером, чтобы интерпретировать завершенное тестирование и определить соответствие продукта на основе максимальной грузоподъемности с помощью формул и уравнений. Открытые скрепленные панели являются хорошим примером такого подхода, потому что раздел 1504 Международного строительного кодекса (IBC) предлагает исключение для кровли из конструкционной металлической кровли холодного формования. Это исключение гласит, что открытые крепежные панели не требуют испытаний, а вместо этого должны быть спроектированы в соответствии с AISI S-100. Если вы оказались в такой ситуации, просто найдите ссылку на AISI S-100 в таблице нагрузок вашего производителя или свяжитесь с их техническим отделом, чтобы узнать, как была установлена несущая способность их системы.
Итоги
В возрасте 25 лет Уильям Генри Меррилл основал концепцию тестирования продукции. С тех пор продукты, методы испытаний и агентства по тестированию претерпели изменения. И вполне вероятно, что они будут продолжать делать это с течением времени. Чтобы правильно интерпретировать и применять результаты тестирования, важно работать с лицензированным профессионалом в области дизайна. РФ
О МакЭлрой Метал
С 1963 года McElroy Metal [www.mcelroymetal.com] обслуживает строительную отрасль, предлагая качественную продукцию и превосходное обслуживание клиентов. Штаб-квартира семейного производителя компонентов находится в Боссье-Сити, штат Луизиана, и имеет 13 производственных предприятий в Соединенных Штатах. РФ
