Dimenzování inženýrských paprsků a hlaviček

Poznámka: Tento starší článek našeho bývalého člena fakulty zůstává na našem webu k dispozici pro archivní účely. Některé informace v něm obsažené mohou být zastaralé.

Jakmile se vypočítají zatížení působící na konstrukční nosníky, je dalším krokem velikost a výběr příslušného nosníku.

Paul Fisette – © 2003

V části 1 „Výpočet zatížení na hlavičkách a nosnících“ jsme se naučili sledovat cesty zatížení a přeložit zatížení střechy, stěny a podlahy na libry na přímou nohu nosného nosníku. Víme, jak měřit síly působící na nosník, nyní použijeme tyto informace k výběru vhodného konstrukčního materiálu, který odolá zatížení. Porovnáme výkon a náklady řeziva, LVL, Timberstrand, Parallam a Anthony Power Beam v několika různých aplikacích.

Zjednodušené dimenzování pomocí tabulek

Bez ohledu na to, jaký materiál zadáme musí nosníky poskytovat dostatečnou pevnost, tuhost a odolnost proti smyku. Strukturální schopnost řezaných a konstruovaných dřevěných nosníků se předpovídá matematickým výpočtem. Vzorce, které určují povolené rozpětí a velikost paprsku, závisí na řadě proměnných, jako je druh, sklon, velikost, mez průhybu a typ zatížení. Tyto výpočty můžete provést sami nebo můžete použít tabulky rozpětí. Techničtí experti vypočítali mnoho kombinací těchto proměnných a představují řadu řešení v podobě tabulek rozpětí.

Tabulky rozpětí řezaného dřeva jsou pohodlné nástroje. Hledáte pouze vzdálenost, kterou potřebujete překonat; přizpůsobit zatížení na stopu paprsku příslušným uvedeným hodnotám Fb (pevnost) a E (tuhost); a bang: máte vítěze! Rozpínací tabulky se snadno používají, ale mají svá omezení. Neposkytují doladěné výsledky. Většina tabulek paprsků uvádí pouze hodnoty pro rozpětí celých stop, například 11’0 ″, 12’0 ″ atd. A přestože tabulky rozpětí poskytují omezená data, jsou velmi dlouhé. American Forest & Data asociace Paper Structural Design Data poskytuje doporučení pro rozpětí pro trámy z masivního řezaného dřeva až do výšky 32 stop, ale tabulka má statných 140 stránek. WSDD je velmi užitečná kniha (WSDD stojí 20 $. Volejte 800-890-7732). Získejte pro svou referenční knihovnu. Tabulky WSDD uvádějí pouze hodnoty pro nosníky z masivního dřeva při mezích průhybu L / 360. Tabulky WSDD ale můžete přimět k tomu, aby vám poskytly hodnoty pro dvojité nebo trojité dvojité paprsky s jinými limity průhybu. Postupujte takto:

Výrobci konstruovaného dřeva rychle poukazují na to, že jejich výrobky poskytují vynikající pevnost a tuhost. Tvrzení jsou v zásadě pravdivá, ale za vylepšený výkon platíte. Vlastnosti snižující pevnost, jako jsou uzly, druh a sklon zrna, jsou kontrolovány během výrobního procesu, takže konečný produkt představuje efektivnější využití dřevěných vláken. Inženýrské dřevo je konzistentní od jednoho kusu k druhému, protože každý kus je vyroben víceméně stejně. Bez ohledu na to, jaký produkt zadáte, je konstrukční výkon řízen pevností (Fb) a tuhostí (E). Produkt LVL, který má Fb 3100, unese větší zátěž než a produkt LVL s Fb 2400. Buďte opatrní při porovnávání produktů. Všechny tyto vysoce výkonné produkty jsou v některých aplikacích nákladově efektivní. Občas vytvoří nebo rozbijí design.

Rozpěrné stoly pro konstrukční dřevo se používají velmi podobným způsobem jako stoly pro řezivo. Stavební kódy umožňují snížení živého zatížení na základě doby trvání zatížení.Například střecha je v průběhu roku vystavena plnému sněhovému zatížení jen malé procento času, takže se to zohlední při výpočtu zatížení střechy. Obvykle každý výrobce automaticky použije tyto redukce a jasně označí příslušnou aplikaci v různých tabulkách pro podmínky podlah a střech. Buďte opatrní: někteří výrobci vyžadují, abyste sklon střechy upravili podle sklonu. Jinými slovy, někteří výrobci nezakládají zatížení střechy na vodorovném průmětu, ale spíše zakládají zatížení na skutečné délce krokve. Než přiřadíte zatížení střechy na stopu hřebenového nosníku nebo hlavičky, pečlivě si prohlédněte literaturu. Hodnoty smyku jsou obvykle začleněny do tabulek a je uvedena také požadovaná délka uložení na koncích nosníků. Tabulky jsou omezeny na rozpětí celých stop, ale hodnoty lze pro zlomkové délky interpolovat. Tabulky používané k dimenzování vytvořeného řeziva poskytují výrobci bezplatně.

Chcete-li dimenzovat vytvořené nosníky a záhlaví, začnete se zátěží na stopu nosníku. U konstruovaného dřeva používáte hodnoty živého i mrtvého zatížení. Živé zatížení určuje tuhost a celkové zatížení se používá ke stanovení pevnosti. Kroky pro dimenzování jsou:

Case House

Existuje neuvěřitelně dlouhý seznam možností, které je třeba zvážit při určování řezaných a zkonstruovaných nosníků nebo záhlaví. Snažil jsem se zjednodušit postup výběrem několika populárních materiálů a jejich dimenzováním pro případový dům. Vybrané aplikace a rozpětí jsou libovolné, ale běžné. Určitě existuje mnoho různých scénářů načítání, než které byly předvedeny. Před dimenzováním nosníků a záhlaví musíte ověřit podmínky zatížení pro každou aplikaci. Toto cvičení vám však dá představu o tom, jak se řezivo, LVL, Parallam, Timberstrand a Anthony Power Beam porovnávají v různých aplikacích.

Pomocí tabulek rozpětí jsem dimenzoval několik konstrukčních prvků pro 2 klimatické podmínky. Jedna sada prvků je v klimatu se sněhovou zátěží 50 liber a druhá v klimatu bez sněhu 20 liber. Obě zatížení se považují za živá zatížení. Jedná se o tyto aplikace: (viz diagramy a výpočty pro každou podmínku)

Jakmile jsem určil zatížení, určil jsem velikost a cenu nosníků, které jsou potřebné k přepravě nákladu. Zvažoval jsem pět různých podmínek, abych zjistil, jaké jsou možnosti ve srovnání s ostatními.

Úvahy

Řezivo má svá omezení. Jeho pevnost v ohybu je často jen poloviční v porovnání s konstrukčními dřevěnými výrobky. Výsledkem je, že nerozptyluje dlouhé vzdálenosti, je dodáván ve velikostech pouze do 2 × 12 a vybrané konstrukční stupně nejsou vždy k dispozici. Vybrané konstrukční třídy jsou na mnoha místech speciálně uspořádány. Také ne každý druh je snadno dostupný. Například douglasku je obtížné koupit na některých východních trzích. Celkově je ale řezané dřevo na krátké rozpětí obtížné porazit.

Laminované dýhové dřevo (LVL) je silné, tuhé a univerzální. Překlenuje dlouhé vzdálenosti. Byl jsem schopen použít LVL pro každou aplikaci v case-house. Typicky má LVL tloušťku 1 ¾ ”a hloubku od 7 ¼” do 18 ″. Chcete-li doladit nosný potenciál nosníku LVL, stačí přidat další vrstvu na stranu nosníku. Práce je faktor. Laminování více vrstev LVL vyžaduje čas. Ale výhodou je, že 2 pracovníci obvykle zvládnou hmotnost každé laminace, jak je sestavena. LVL se provádí jako skladová položka ve většině dřevařských dvorů a je známá všem úředníkům a návrhářům stavebního řádu.

Anthony Power Beam (APB) je na trhu strukturálních trámů relativním nováčkem, který je schopen konkurovat LVL a Parallam. APB je produkt z laminovaného nosníku, který se dodává v šířkách 3 1 / 2ö a 5 1 / 2ö, aby odpovídal standardní tloušťce stěny 2 × 4 a 2 × 6. Hloubky se pohybují od 7 „do 18“, což odpovídá standardním hloubkám I-nosníku. K dispozici je také širší verze 7ö v hloubkách až 28 7/8 ″. APB vyžaduje velmi málo práce, protože je dodáván „kompletně smontovaný“, ale je poměrně těžký. 18-stopová garážová hlavice pro náš dům váží 380 liber. APB je nový produkt a jeho penetrace je poněkud omezená, takže možná budete muset hledejte místního dodavatele. Zavolejte přímo společnosti Anthony Forest Products a najděte distributora.

Parallam, vyráběný společností Trus Joist MacMillan (TJM), prakticky definuje pojem: paralelní vlákno (PSL). PSL je sestava dlouhých tenkých pramenů dřevěné dýhy slepených dohromady za vzniku souvislých délek nosníku. Použité dřevěné vlákno je pevné a tuhé. Několik šířek od 1 ¾ ”- 7 ″ je k dispozici v hloubkách 9 ¼” – 18 ″. Rozměry Parallam jsou kompatibilní s ostatními konstrukčními dřevěnými výrobky, jako jsou I-nosníky a LVL. Parallam je tu už nějakou dobu, ale přesto – ne všechny velikosti jsou k dispozici ve všech regionech. Nejlepší je naplánovat svůj návrh s dostatečným předstihem. Stejně jako APB je i Parallam kompletně sestavený a je srovnatelně těžký. Je to dobrá volba pro dlouhé jasné rozpětí, kde je řezivo nepraktické.

Záhlaví TimberStrand FrameWorks, laminované vlákno (LSL) od TJM, je nejnovějším příspěvkem do soutěže o strukturální záhlaví a trámy. LSL se vyrábí upgradováním nízkohodnotného osikového a topolového vlákna na vysoce kvalitní konstrukční materiál. Hodnoty Fb a E rozhodně neodpovídají APB, LVL a PSL, ale výkon TimberStrand je působivý. Fungovalo to pro většinu aplikací v našem případě domu. Stojí za zmínku, že 18-stopová aplikace záhlaví garážových vrat posunula TimberStrand za svůj konstrukční limit. Záhlaví TimberStrand se dodává pouze v šířkách 3 ½ ”v hloubkách od 4 3/8 ″ do 18 ″. Tento produkt je nový a distributoři nechtějí hromadit zásoby. Je to nákladově efektivní volba pro mnoho aplikací, ale může být velmi těžké ji najít.

Porovnání produktů

Tabulka 1 shrnuje údaje o načítání, velikostech a nákladech pro všechny aplikace. Rozpětí záhlaví jsou typické pro okno a terasové dveře. Strukturální rozpětí hřebene představuje velikost velkého rodinného pokoje. Rozpětí nosníku je založeno na velikosti průměrně velké herny. A záhlaví garážových vrat je založeno na otevírání garážových vrat pro dvě auta.

Kliknutím zobrazíte tabulku 1

Všechny ilustrace jsou poskytnuty s laskavým svolením Journal of Light Construction.