Størrelsesudviklede bjælker og headere

Bemærk: Denne ældre artikel af vores tidligere fakultetsmedlem forbliver tilgængelig på vores side til arkiveringsformål. Nogle oplysninger indeholdt i den kan være forældede.

Når belastningerne, der virker på strukturelle bjælker, er beregnet, er det næste trin at dimensionere og vælge den passende stråle.

af Paul Fisette – © 2003

I del 1, “Beregning af belastninger på overskrifter og bjælker”, lærte vi at spore belastningsveje og oversætte tag-, væg- og gulvbelastninger til pund pr. lineær fod af støttebjælken. Vi ved, hvordan vi måler kræfterne, der virker på en bjælke, nu bruger vi denne information til at vælge det passende strukturelle materiale til at modstå belastningerne. Vi sammenligner ydeevnen og omkostningerne ved savet tømmer, LVL, Timberstrand, Parallam og Anthony Power Beam i flere forskellige applikationer.

Forenklet størrelse ved hjælp af tabeller

Uanset hvilket materiale vi specificerer , bjælker skal give tilstrækkelig styrke, stivhed og forskydningsmodstand. Strukturel evne til savede og konstruerede træbjælker forudsiges gennem matematisk beregning. Formler, der bestemmer det tilladte spændvidde og størrelse af en stråle, er afhængige af en række variabler som arter, kvalitet, størrelse, afbøjningsgrænse og belastningstype. Du kan selv foretage disse beregninger eller bruge span-tabeller. Tekniske eksperter har beregnet mange kombinationer af disse variabler og præsenterer en række løsninger i form af spændtabeller.

Spaltabeller med savet tømmer er praktiske værktøjer. Du kigger blot efter den afstand, du har brug for at spænde; matche belastningen pr. fod stråle til de relevante Fb (styrke) og E (stivhed) værdier, der er anført og bang: du har en vinder! Span-tabeller er nemme at bruge, men de har begrænsninger. De giver ikke finjusterede resultater. De fleste bjælketabeller viser kun værdier for hele fodspænd som 110 ″, 120 ″ osv. Og selvom spændingstabeller giver begrænsede data, er de meget lange. American Forest & Paper Associations Wood Structural Design Data, giver span-anbefalinger til massivt savet træbjælker op til 32 fod, men bordet løber på 140 sider. WSDD er en yderst nyttig bog (WSDD koster $ 20. Ring 800-890-7732). Få det til dit referencebibliotek. WSDD-tabellerne viser kun værdier for bjælker i massivt træ ved afbøjningsgrænser på L / 360. Men du kan narre WSDD-tabeller til at give dig værdier for dobbelt eller tredobbelt 2-by-bjælker med andre afbøjningsgrænser. Gør bare følgende:

Producenter af producenter af træ er hurtige til at påpege, at deres produkter giver overlegen styrke og stivhed. Påstandene er dybest set rigtige, men du betaler for den forbedrede ydeevne. Styrkereducerende egenskaber som knuder, kvalitet og hældning af korn styres under fremstillingsprocessen, så slutproduktet repræsenterer en mere effektiv anvendelse af træfibre. Konstrueret træ er konsistent fra det ene stykke til det andet, fordi hvert stykke er lavet mere eller mindre det samme. Uanset hvilket produkt du specificerer, styres strukturel ydelse af styrke (Fb) og stivhed (E). Et LVL-produkt, der har en Fb på 3100, bærer mere belastning end og LVL-produktet med en Fb på 2400. Så vær forsigtig, når du sammenligner produkter. Alle disse højtydende produkter er omkostningseffektive i nogle applikationer. Og til tider laver eller bryder de et design.

Spændborde til konstrueret træ bruges på en meget lignende måde som dem til savet tømmer. Bygningskoder tillader reduktion af levende belastninger baseret på varigheden af belastningen.For eksempel udsættes et tag for en fuld snebelastning kun en lille procentdel af tiden i løbet af et år, så dette er medregnet i tagets belastningsberegning. Normalt anvender hver producent automatisk disse reduktioner og mærker tydeligt den passende anvendelse i de forskellige tabeller til gulve og tagforhold. Vær forsigtig: nogle producenter kræver, at du justerer dine tagbelastninger i skråning. Med andre ord baserer nogle producenter ikke tagbelastninger på vandret fremspring, men snarere basisbelastninger på bjælkens faktiske længde. Se nøje på litteraturen, før du tildeler tagbelastninger pr. Fod af bjælkebjælke eller skærebord. Typisk er forskydningsværdier inkorporeret i tabellerne, og den krævede bærelængde i enderne af bjælkerne er også angivet. Tabeller er begrænset til hele fodspænd, men værdierne kan interpoleres for brøklængder. Tabellerne, der bruges til at dimensionere konstrueret tømmer, leveres gratis af producenter.

For at dimensionere konstruerede bjælker og overskrifter begynder du med belastning pr. Fod bjælke. Med konstrueret træ bruger du både levende belastning og dødbelastningsværdier. Levende belastning bestemmer stivhed, og total belastning bruges til at bestemme styrken. Dimensioneringstrinene er:

Case House

Der er en utrolig lang liste med muligheder at overveje ved specificering af savede og konstruerede bjælker eller overskrifter. Jeg har forsøgt at forenkle processen ved at vælge flere populære materialer og dimensionere dem til et sagshus. De valgte applikationer og spændvidder er vilkårlige, men almindelige. Der er bestemt mange forskellige belastningsscenarier end dem, der er demonstreret. Du skal kontrollere belastningsbetingelserne for hver applikation inden dimensionering af bjælker og overskrifter. Denne øvelse giver dig en fornemmelse for, hvordan savet tømmer, LVL, Parallam, Timberstrand og Anthony Power Beam sammenligner i forskellige applikationer.

Ved hjælp af span-tabeller har jeg dimensioneret flere strukturelle elementer til 2 klimatiske forhold. Et sæt af elementer er i et 50 pund sne-belastningsklima, og det andet er i et 20 pund ikke-sne klima. Begge laster behandles som levende belastninger. Anvendelserne er: (se diagrammer og beregninger for hver betingelse)

Når jeg først har bestemt belastningerne, dimensionerede jeg og prissatte de bjælker, der er nødvendige for at bære belastningerne. Jeg overvejede fem forskellige betingelser for at se, hvordan mulighederne sammenlignede med hinanden.

Overvejelser

Sawn Lumber har begrænsninger. Dens bøjningsstyrke er ofte kun 1/2 af konstruerede træprodukter. Som et resultat rydder det ikke lange afstande, findes kun i størrelser op til 2 × 12, og udvalgte strukturelle kvaliteter er ikke altid tilgængelige. Vælg strukturelle kvaliteter er specielt bestilt mange steder. Også ikke alle arter er let tilgængelige. For eksempel er Douglas-gran vanskeligt at købe på nogle østlige markeder. Men samlet set er savet tømmer svært at slå ved korte spænd.

Lamineret finertømmer (LVL) er stærkt, stift og alsidigt. Det spænder over lange afstande. Jeg var i stand til at bruge LVL til hver applikation i sagshuset. Typisk kommer LVL 1 ¾ ”tyk og varierer i dybden fra 7 ¼” op til 18 ″. For at finjustere det bærende potentiale for en LVL-bjælke skal du blot tilføje endnu et lag på siden af en bjælke. Arbejdskraft er en faktor. Det tager tid at laminere flere lag LVL. Men det positive er, at to arbejdere normalt kan håndtere vægten af hver laminering, når den samles. LVL transporteres som en lagervare i de fleste tømmerværfter, og det er kendt for de fleste bygningsregistreringsembedsmænd og designere.

Anthony Power Beam (APB) er en relativ nykommer på markedet for strukturelle bjælker, der er positioneret til at konkurrere med LVL og Parallam. APB er et lamineret bjælkeprodukt, der leveres i bredderne 3 1 / 2ö og 5 1 / 2ö for at matche standardtykkelser på 2 × 4 og 2 × 6. Dybder spænder fra 7 ¼ ”til 18 ″, der matcher standard dybder med I-bjælke. Der er også en bredere 7ö version tilgængelig i dybder op til 28 7/8 ″. APB kræver meget lidt arbejdskraft, fordi det kommer “fuldt samlet”, men det er ret tungt. Den 18-fods garagehoved til vores hus vejer 380 pund. APB er et nyt produkt, og dets gennemtrængning er noget begrænset, så du bliver muligvis nødt til at Kig efter en lokal leverandør. Ring til Anthony Forest Products direkte for at finde en distributør.

Parallam, fremstillet af Trus Joist MacMillan (TJM), definerer praktisk talt udtrykket: parallel strand tømmer (PSL). PSL er en samling af lange, tynde træfiner, limet sammen for at danne kontinuerlige længder af bjælken. Den anvendte træfiber er stærk og stiv. Flere bredder fra 1 ¾ ”- 7 ″ fås i dybder på 9 ¼” – 18 ″. Parallelle dimensioner er kompatible med de andre konstruerede træprodukter som I-bjælker og LVL. Parallam har eksisteret i et stykke tid, men stadig – ikke alle størrelser er tilgængelige i alle regioner. Det er bedst at planlægge dit design langt før planen. Ligesom APB kommer Parallam fuldt samlet og er sammenligneligt tung. Det er et godt valg til lange klare spændvidder, hvor savet tømmer er upraktisk.

TimberStrand FrameWorks Header, et lamineret strandtømmer (LSL) fremstillet af TJM, er den seneste indgang i den strukturelle header- og bjælkekonkurrence. LSL er lavet ved at opgradere lavværdig asp og poppelfiber til højkvalitets strukturelt materiale. Fb- og E-værdierne er bestemt ikke matchende for APB, LVL og PSL, men TimberStrands ydeevne er imponerende. Det fungerede for de fleste applikationer i vores sagshus. Det er værd at bemærke, at applikationen til garageporte på 18 fod skubbede TimberStrand ud over dens strukturelle grænse. TimberStrand Header kommer kun i 3 ½ ”bredder i dybder, der spænder fra 4 3/8 ″ til 18 ″. Dette produkt er nyt, og distributører ønsker ikke at oplagre lager. Det er en omkostningseffektiv mulighed for mange applikationer, men det kan være meget svært at finde.

Sammenligning af produkter

Tabel 1 konsoliderer indlæsnings-, størrelses- og omkostningsdata for alle applikationer. Skæreborde er typiske for et vindue og en terrassedør. Den strukturelle højderyg repræsenterer størrelsen på et stort familieværelse. Spændvidde for bjælken er baseret på størrelsen på et mellemstor spilrum. Og garageportens overskrift er baseret på en 2-bils garageportåbning.

Klik for at se tabel 1

Alle illustrationer leveres med tilladelse til Journal of Light Construction.