Was sind selbstbohrende Schrauben?

Selbstbohrschrauben sind spezielle Befestigungselemente, die eine Bohrspitze mit einem Gewindeschraubenkörper integrieren, so dass sie ihre eigene Pilotbohrung erstellen können, während sie in Stahl getrieben werden. Die Bohrspitze ähnelt einem Miniatur-Drehbohrer, und die Schraube ist so konzipiert, dass sie Stahl durchtrennt und Gewinde in einem einzigen Arbeitsgang bildet. Diese Befestigungselemente werden typischerweise aus gehäusegehärtetem Stahl hergestellt, um dem hohen Drehmoment zu widerstehen, das für das Bohren erforderlich ist, und sie sind mit verschiedenen Beschichtungen erhältlich, um Korrosion zu widerstehen. Der Hauptunterschied zu selbstbohrenden Schrauben besteht darin, dass selbstbohrende Schrauben kein vorbohrendes Loch erfordern. Die Bohrspitze führt die Schneidwirkung aus, wodurch sie bei Stahlrahmenanwendungen viel effizienter werden.

Die Geometrie der Bohrerspitze bestimmt die maximale Stahldicke, die die Schraube durchdringen kann. Punktstile sind standardisiert, mit gebräuchlichen Bezeichnungen wie # 2 (für dünnen Stahl bis etwa 3/16 oder 4,8 mm), # 3 (mittlerer Stahl bis zu 1/4 oder 6,4 mm) und # 5 (dicker Stahl bis 1/2 & quot; oder 12,7 mm).

Vorteile von selbstbohrenden Schrauben in Stahlrahmen

Die Einführung von selbstbohrenden Schrauben hat die Stahlrahmenanordnung verändert und bietet eine Reihe von Vorteilen, die sowohl die Geschwindigkeit als auch die strukturelle Zuverlässigkeit verbessern.

Anlageneffizienz

Durch den Wegfall der Notwendigkeit für Vorbohrungen reduzieren selbstbohrende Schrauben die Installationszeit drastisch. Ein einzelner Arbeiter kann Hunderte von Schrauben pro Stunde mit einer Standard-Elektroschraubpistole mit einer drehmomentsensitiven Kupplung fahren. Diese Effizienz führt direkt zu niedrigeren Arbeitskosten und schnelleren Projektplänen, insbesondere bei sich wiederholenden Rahmenaufgaben wie dem Befestigen von Bolzen an Schienen oder Verspannpaneelen.

Starke, konsequente Verbindungen

Selbstbohrschrauben erzeugen saubere, gratfreie Löcher und bilden Gewinde, die den Stahl fest greifen. Der Kaltumformprozess des Gewinderollens (nichtschneidens) in den meisten hochwertigen Schrauben verhärtet den umgebenden Stahl und erhöht die Widerstandsfähigkeit des Gelenks gegen Ausziehen und Scheren. Wenn sie für die Stahldicke richtig ausgewählt werden, stellen diese Schrauben Verbindungen bereit, die die Leistung von traditionellen Schraub- oder Schweißverbindungen in vielen nicht seismischen und niedrig bis mittelschweren seismischen Anwendungen erfüllen oder übertreffen.

Reduzierte Qualifikationsanforderungen

Da die Schraube die ganze Arbeit des Bohrens und Einschraubens erledigt, ist weniger Training für Installateure erforderlich. Der Prozess ist einfach: die Schraube positionieren, die Schraubpistole einlegen und fahren, bis der Kopf gemäß den Spezifikationen bündig ist oder sitzt. Dies verringert die Abhängigkeit von hochqualifizierten Schweißern oder Bohrern und macht das System für eine breitere Bauarbeiterschaft zugänglich.

Materialeinsparungen und Vielseitigkeit

Selbstbohrschrauben können in einem breiten Spektrum von Stahlmessstreifen eingesetzt werden, von Leichtspur (25 Gauge, 0,018 in./0,46 mm) bis hin zu schweren Bauteilen (7 Gauge, 0,187 in./4,8 mm). Sie arbeiten mit kaltgeformten Stahlrahmen, Metalldächern und Stahldecks. Da kein Vorbohren erforderlich ist, ist die Layoutflexibilität hoch; Schrauben können genau dort platziert werden, wo sie benötigt werden, ohne die Einschränkungen eines vorgelochten Musters.

Arten von selbstbohrenden Schrauben, die in Stahlrahmen verwendet werden

Es gibt mehrere Klassifizierungen, die auf Punktstil, Kopfkonfiguration, Gewindedesign und Beschichtung basieren.

Punktarten

  • Typ A (oder A-Punkt): Ein scharfer Punkt, der nicht wirklich selbstbohrt und für sehr dünnen Stahl (bis zu 1,2 mm) verwendet wird. Er durchbohrt eher als Bohrer. Nicht empfohlen für die meisten Stahlrahmenverbindungen aufgrund der begrenzten Bohrfähigkeit.
  • Typ B (oder B-Punkt): Ein stumpfer Punkt mit einer kleinen Bohrspitze, der Stahl bis zu etwa 3 mm durchdringen kann (0.125 Zoll).
  • Typ C (oder C-Punkt): Der Standard-Bohrpunkt für strukturelle Stahlverbindungen. Es hat eine eingekerbte Bohrspitze und kann Stahl bis zu etwa 12 mm (0,5 Zoll) verarbeiten. Typ C-Schrauben sind in verschiedenen Bohrlängen (z. B. #2, #3, #5) erhältlich, um die Dicke zu erreichen.

Kopfstile

  • Hex-Waschkopf: Die häufigste für Stahlrahmen, bietet eine große Lagerfläche und hohe Drehmomentkapazität. Die Hex-Form ermöglicht es einem Schraubpistolen-Bit, sich sicher einzurasten, was den Bit-Schlupf reduziert.
  • Versenktkopf: Wird dort verwendet, wo eine bündige Oberfläche benötigt wird, wie in Scherwänden mit struktureller Ummantelung oder in fertigen Metalldecken.
  • Ovaler Kopf: Bietet einen Low-Profile-fertigen Look, während er noch einige Lagerfläche bietet.

Beschichtungen und Korrosionsschutz

  • Zinkplattiert: Standard für trockene Innenräume.
  • Gelbes Dichromat: Bietet eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit gegenüber Zink, geeignet für Bereiche mit gelegentlicher Feuchtigkeitsbelastung.
  • Hot-dip galvanized: Für Außenanwendungen oder Anwendungen mit hoher Luftfeuchtigkeit. Muss sorgfältig ausgewählt werden, da die Heißtauchbeschichtung die Bohrspitzenflöten füllen kann, was die Bohrleistung reduziert.
  • Edelstahl: Am besten für Küsten-, Chemie- oder Lebensmittelverarbeitungsumgebungen. Edelstahlschrauben sind aufgrund der geringeren Duktilität schwieriger zu fahren, daher sind richtige Werkzeuge und Drehmomenteinstellungen unerlässlich.

Anwendungen von selbstbohrenden Schrauben in Stahlrahmenverbindungen

Bohrschrauben werden in unzähligen Verbindungstypen in der Stahlkonstruktion eingesetzt. Die gängigsten Anwendungen sind unten zusammen mit den typischen Schraubenspezifikationen aufgeführt.

Stud-to-Track-Verbindungen

In tragenden und nicht tragenden Wänden befestigen selbstbohrende Schrauben jeden Stahlbolzen an der oberen und unteren Schiene. Schrauben haben typischerweise einen Durchmesser von 10 oder 12 oder Punkte vom Typ B oder C mit Schraubenscheibenköpfen. Eine gemeinsame Regel ist eine Schraube auf jeder Seite des Bolzenflansches oben und unten. Nur für Innentrockenbauwände kann der Schraubenabstand größer sein; für strukturelle Anwendungen beträgt der Abstand typischerweise 6 bis 12 Zoll in der Mitte.

Strecken-zu-Strecken-Verbindungen

Wenn Gleisabschnitte oder Verbindungsschienen an Ecken gespleißt werden, sorgen selbstbohrende Schrauben für eine schnelle Montage. Schrauben werden durch beide Gleisflansche angetrieben, oft mit einer Reihe von Schrauben im Abstand von 2 Zoll für die Festigkeit. Für schwere Gleise (z. B. 12-Gauge oder 10-Gauge) wird eine # 14 oder # 12 Schraube mit einem # 3 oder # 5 Punkt verwendet.

Brace und Strap Verbindungen

Die zur seitlichen Widerstandsfähigkeit verwendete Gurtstrebe aus Stahl ist mit Bolzen und Schienen mit selbstbohrenden Schrauben verbunden. Das Schraubenmuster muss so ausgelegt sein, dass die volle Zugkraft des Gurtbandes ohne Herausreißen erreicht wird. In der Regel werden Schrauben in einem gestaffelten Muster entlang des Gurtbandes mit Kantenabstand und -abstand pro Code platziert. Eine Schraube Nr. 12 oder Nr. 14 mit einem Punkt Nr. 3 ist üblich für Gurtbänder mit einer Dicke von bis zu 2 mm.

Behaarungs- und Substratbefestigungen

Für das Furchen über Mauerwerk kann eine spezielle Schraube verwendet werden, die durch Stahl bohren und in Beton verankern kann, aber für das Furchen von Stahl zu Stahl gelten Standard-Bohrschrauben. Schrauben sollten lang genug sein, um mindestens drei Vollgewinde zu haben, die über das zu befestigende Stahlelement hinausragen.

Scherverbindungen in Verbunddecking

In Stahlrahmenböden mit Verbundwerkstoff-Metalldeck werden Scherbolzen üblicherweise geschweißt, aber selbstbohrende Schrauben können als Alternative in bestimmten Anwendungen verwendet werden. Diese speziellen Schrauben haben einen größeren Kopf und tiefere Gewinde, um die Scher zwischen Deck und Beton zu übertragen. Sie erfordern eine sorgfältige Installation, um den vollen Eingriff zu gewährleisten, und sollten vom Ingenieur genehmigt werden.

Best Practices für die Installation von selbstbohrenden Schrauben

Schlechte Montage ist die Hauptursache für Verbindungsfehler mit selbstbohrenden Schrauben.

Wählen Sie den richtigen Punkt und die Länge

Die Schraubenspitze wird der Gesamtstahldicke der zu verbindenden Materialien angepasst. Beispielsweise ist ein Punkt Nr. 2 geeignet, um zwei Teile 18-Gauge-Stahl (0,048 Zoll) zu verbinden. Bei dickeren Stapeln ist ein Punkt Nr. 3 oder Nr. 5 zu verwenden. Die Schraubenlänge muss ausreichen, um mindestens drei Vollfäden über die entfernteste Stahloberfläche hinaus zu liefern. Eine schnelle Referenztabelle ist von Herstellern wie Simpson Strong-Tie oder Hilti erhältlich.

Verwenden Sie eine drehmomentgesteuerte Schraubenflinte

Durch Überziehen können die Gewinde abisoliert, der Stahl zerkleinert oder die Schraube eingeschnappt werden. Durch Unterziehen entsteht eine lose Verbindung. Eine Schraubpistole mit einer einstellbaren tiefsensiblen Kupplung ist erforderlich. Die Kupplung ist so einzustellen, dass der Schraubenkopf ohne übermäßige Kraft mit der Stahloberfläche bündig ist (oder bei Flachkopfschrauben leicht versenkt ist). Vor der Herstellung wird ein Schrottstück des gleichen Materialstapels getestet.

Persendikularität wahren

Die Schraube muss senkrecht zur Stahloberfläche angetrieben werden. Eine abgewinkelte Schraube verursacht einen ungleichmäßigen Gewindeeingriff, verringert den Auszugswiderstand und kann den Bohrer biegen oder brechen. Verwenden Sie einen Magnetmeißelhalter und halten Sie die Schraubpistole quadratisch für das Werk.

Befolgen Sie die Mindestanforderungen an Kanten und Abstand

Der Abstand zwischen den Kanten ist entscheidend, um einen Stahlausriss zu verhindern. Das American Iron and Steel Institute (AISI) North American Standard for Cold-Formed Steel Framing legt minimale Kantenabstände basierend auf Schraubendurchmesser und Stahldicke fest. In der Regel sollte der Abstand von der Mitte der Schraube zum Rand des Stahls mindestens das 1,5-fache des Schraubendurchmessers betragen. Der Abstand zwischen Schrauben in einer Reihe sollte auch Codedefinitionen entsprechen, um einen Bruch des Nettoquerschnitts zu vermeiden.

Konto für Feuer-Rated Assemblys

Bei Wänden mit Feuerwiderstandsbemessung müssen Schrauben der in der Bauart angegebenen Art und Abstände entsprechen. Die Verwendung einer anderen Schraube kann die Brandschutzbemessung ungültig machen.

Überprüfen Sie die richtige Sitzgelegenheit

Nach dem Fahren ist jede Schraube visuell zu prüfen. Der Kopf sollte bündig sein, nicht in den Stahl eingegraben (was die Klemmkraft verringert) oder sich frei nach oben drehen. Zur Feldprüfung kann ein Drehmomenttest durchgeführt werden, indem ein Drehmomentschlüssel auf die Schraube aufgesetzt und überprüft wird, ob das angegebene Mindestdrehmoment erreicht wird, ohne zu versagen.

Häufige Fehler, die mit selbstbohrenden Schrauben zu vermeiden sind

  • Verwendung des falschen Punkttyps für die Stahldicke. Dies führt zu gebrochenen Spitzen, unvollständigem Bohren oder übermäßiger Kraft, die den Stahl verzerrt.
  • Fahren in einem Winkel. Dies reduziert den Gewindeeingriff und kann dazu führen, dass die Schraube durch die Seite des Stahlelements bricht.
  • Übertreibt die Schraube. Ein versenkter Kopf, der zu tief getrieben wird, kann den Stahl durchschneiden; ein zu tief getriebener Hexkopf kann die Gewinde abstreifen oder die Schraube zum Drehen bringen.
  • Vermischt inkompatible Beschichtungen. Zum Beispiel können verzinkte Schrauben in Kontakt mit Edelstahl in einer Küstenumgebung galvanische Korrosion verursachen.
  • Einen Schlagtreiber ohne Drehmomentregelung verwenden. Schlagtreiber können selbstbohrende Schrauben leicht überziehen oder brechen. Eine Schraubenpistole mit einer tiefsensiblen Kupplung wird bevorzugt.
  • Nicht berücksichtigt Stapel-up-Dicke. Wenn Sie mehrere Schichten befestigen, stellen Sie sicher, dass die Schraubspitze durch die Gesamtdicke plus Spalttoleranz bohren kann.

Code und Performance Überlegungen

Selbstbohrschrauben, die in der Stahlkonstruktion verwendet werden, müssen den geltenden Bauvorschriften und Normen entsprechen. In den Vereinigten Staaten wird der Internationale Baucode (IBC) auf AISI S100, North American Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members verwiesen, der die Konstruktionsbestimmungen für Schraubverbindungen vorsieht. Schrauben sollten nach ASTM C1513, Standard Specification for Steel Tapping Screws for Cold-Formed Steel Framing Connections oder einer gleichwertigen Norm hergestellt werden. Diese Spezifikation umfasst Material, Gewindeabmessungen, Kopfkonfiguration und Beschichtungsanforderungen.

Für Projekte, die seismische oder Windbeständigkeit erfordern, können zusätzliche Prüfungen erforderlich sein. Der International Code Council (ICC) veröffentlicht Akzeptanzkriterien (AC 317) für alternative Schraubentypen. Viele Hersteller stellen ICC-ES-Bewertungsberichte zur Verfügung, in denen die zulässigen Belastungen für ihre Produkte unter bestimmten Bedingungen aufgeführt sind. Ingenieure sollten überprüfen, ob die ausgewählte Schraube über einen Bewertungsbericht für die beabsichtigte Anwendung verfügt.

In seismischen Zonen gelten besondere Anforderungen an die Duktilität. Selbstbohrschrauben in Scherverbindungen müssen einen ausreichenden Gewindeeingriff haben, um ein sprödes Versagen zu vermeiden. Normalerweise muss die Schraube voll am Stahl anliegen und die Gewinde dürfen nicht abisoliert werden. Zur Energieabfuhr müssen Schrauben, die bei seismischen Verspannungen verwendet werden, möglicherweise mit Stützplatten oder in einem Muster installiert werden, das ein Ausreißen verhindert.

Thermische Ausdehnung und Kontraktion sind im Allgemeinen kein Problem bei der Innenstahlgestaltung, da die Stahlelemente und Schrauben ähnliche Koeffizienten haben. In Außenanwendungen oder bei denen unterschiedliche Materialien (z. B. Stahl zu Aluminium) verbunden sind, muss jedoch eine Expansion in Betracht gezogen werden.

Schlussfolgerung

Selbstbohrschrauben sind eine effiziente, kostengünstige und zuverlässige Lösung für Stahlrahmenverbindungen, wenn sie richtig ausgewählt und installiert werden. Ihre Fähigkeit, Bohren und Befestigung in einem Vorgang zu kombinieren, minimiert die Arbeits- und Materialhandhabung, was sie zum Befestigungselement der Wahl für kaltgeformte Stahlkonstruktionen macht. Fortschritte bei Punktgeometrien, Beschichtungen und Antriebswerkzeugen erweitern ihre Anwendungen weiterhin in schwerere strukturelle Rollen. Für eine optimale Leistung sollten Spezifikatoren die Lasttabellen des Herstellers konsultieren, AISI- und ASTM-Standards befolgen und strenge Qualitätskontrollen während der Installation implementieren. Durch das Verständnis der Nuancen von Punkttypen, Drehmomenteinstellungen und Kantenabständen können Bauherren Verbindungen erreichen, die zuverlässig für die Lebensdauer der Struktur funktionieren. Da Stahlrahmen in der Popularität für Mittel- und Wohnbau wächst, wird die Rolle von Selbstbohrschrauben nur zentraler.