Dimensionnement des poutres et des en-têtes dingénierie

Remarque: cet article plus ancien rédigé par notre ancien professeur reste disponible sur notre site à des fins darchivage. Certaines informations quil contient peuvent être obsolètes.

Une fois que les charges agissant sur les poutres structurelles sont calculées, létape suivante consiste à dimensionner et sélectionner la poutre appropriée.

par Paul Fisette – © 2003

Dans la partie 1, « Calcul des charges sur les en-têtes et les poutres », nous avons appris à tracer les chemins de charge et à traduire les charges sur le toit, les murs et le sol en livres par pied linéaire de poutre de support. Nous savons comment mesurer les forces agissant sur une poutre, nous allons maintenant utiliser ces informations pour choisir le matériau de structure approprié pour résister aux charges. Nous comparerons les performances et le coût des sciages, LVL, Timberstrand, Parallam et Anthony Power Beam dans plusieurs applications différentes.

Dimensionnement simplifié à laide de tableaux

Quel que soit le matériau que nous spécifions , les poutres doivent offrir une résistance, une rigidité et une résistance au cisaillement adéquates. La capacité structurelle des poutres en bois scié et en bois dingénierie est prédite par calcul mathématique. Les formules qui déterminent la portée et la taille admissibles dune poutre reposent sur une multitude de variables telles que lespèce, la qualité, la taille, la limite de déflexion et le type de charge. Vous pouvez effectuer ces calculs vous-même ou utiliser des tables de travées. Les experts techniques ont calculé de nombreuses combinaisons de ces variables et présentent une variété de solutions sous la forme de tables de travées.

Les tables de travées scié-bois sont des outils pratiques. Vous recherchez simplement la distance que vous devez parcourir; faire correspondre la charge par pied de poutre aux valeurs Fb (résistance) et E (rigidité) appropriées répertoriées; et bang: vous avez un gagnant! Les tables de portée sont faciles à utiliser, mais elles ont des limites. Ils ne fournissent pas de résultats précis. La plupart des tableaux de poutres ne répertorient que les valeurs des portées dun pied entier telles que 11 « 0 », 12 « 0 », etc. American Forest & Les données de conception des structures en bois de la Paper Association fournissent des recommandations de portée pour les poutres en bois massif scié jusquà 32 pieds, mais le tableau fait 140 pages. Le WSDD est un livre extrêmement utile (WSDD coûte 20 $. Appelez le 800-890-7732). Obtenez-le pour votre bibliothèque de référence. Les tableaux WSDD répertorient uniquement les valeurs des poutres en bois massif aux limites de déflexion L / 360. Mais vous pouvez tromper les tables WSDD en vous donnant des valeurs pour les poutres doubles ou triples 2-by avec dautres limites de déflexion. Procédez simplement comme suit:

Les fabricants de bois dingénierie sont prompts à souligner que leurs produits offrent une résistance et une rigidité supérieures. Les affirmations sont fondamentalement vraies, mais vous payez pour lamélioration des performances. Les caractéristiques de réduction de la résistance telles que les nœuds, la qualité et la pente du grain sont contrôlées pendant le processus de fabrication afin que le produit final représente une utilisation plus efficace de la fibre de bois. Le bois dingénierie est cohérent dune pièce à lautre car chaque pièce est plus ou moins fabriquée de la même manière. Quel que soit le produit que vous spécifiez, la performance structurelle est contrôlée par la résistance (Fb) et la rigidité (E). Un produit LVL qui a un Fb de 3100 supportera plus de charge quun produit LVL avec un Fb de 2400. Soyez donc prudent lorsque vous comparez des produits. Tous ces produits hautes performances sont rentables dans certaines applications. Et parfois, ils font ou défont un design.

Les tables de travée pour le bois dingénierie sont utilisées dune manière très similaire à celles du bois scié. Les codes du bâtiment permettent des réductions des charges actives en fonction de la durée de la charge.Par exemple, un toit nest soumis à une charge de neige complète que pendant un petit pourcentage du temps au cours dune année, ce qui est donc pris en compte dans le calcul de la charge du toit. Habituellement, chaque fabricant applique automatiquement ces réductions et identifie clairement lapplication appropriée dans les différents tableaux pour les sols et létat du toit. Attention: certains fabricants exigent que vous ajustiez la pente de vos charges de toit. En dautres termes, certains fabricants ne basent pas les charges sur le toit sur une projection horizontale, mais plutôt sur la longueur réelle du chevron. Lisez attentivement la documentation avant dattribuer des charges de toit par pied de poutre faîtière ou de linteau. En général, les valeurs de cisaillement sont incorporées dans les tableaux, et la longueur portante requise aux extrémités des poutres est également indiquée. Les tableaux sont limités aux portées dun pied entier, mais les valeurs peuvent être interpolées pour les longueurs fractionnaires. Les tableaux utilisés pour dimensionner le bois dingénierie sont fournis gratuitement par les fabricants.

Pour dimensionner les poutres et les en-têtes dingénierie, vous commencez avec une charge par pied de poutre. Avec le bois dingénierie, vous utilisez à la fois des valeurs de charge vive et de charge permanente. La charge dynamique détermine la rigidité et la charge totale est utilisée pour déterminer la résistance. Les étapes de dimensionnement sont:

Case House

Il y a une liste incroyablement longue doptions à considérer lorsque vous spécifiez des poutres ou des en-têtes sciés et ouvragés. Jai essayé de simplifier le processus en choisissant plusieurs matériaux populaires et en les dimensionnant pour une maison de cas. Les applications et les étendues sélectionnées sont arbitraires, mais courantes. Il existe certainement de nombreux scénarios de chargement différents de ceux présentés. Vous devez vérifier les conditions de chargement pour chaque application avant de dimensionner les poutres et les en-têtes. Cependant, cet exercice vous donnera une idée de la comparaison entre les sciages, LVL, Parallam, Timberstrand et Anthony Power Beam dans diverses applications.

En utilisant des tables de travées, jai dimensionné plusieurs éléments structurels pour 2 conditions climatiques. Un ensemble déléments est dans un climat de charge de neige de 50 livres et lautre dans un climat de 20 livres sans neige. Les deux charges sont traitées comme des charges actives. Les applications sont: (voir schémas et calculs pour chaque condition)

Une fois que jai déterminé les charges, jai dimensionné et évalué les poutres nécessaires pour porter les charges. Jai considéré cinq conditions différentes, pour voir comment les options se comparent les unes aux autres.

Considérations

Sawn Lumber a ses limites. Sa résistance à la flexion nest souvent que la moitié de celle des produits en bois dingénierie. En conséquence, il ne couvre pas de longues distances, nest disponible que dans des tailles allant jusquà 2 × 12 et certaines qualités structurelles ne sont pas toujours disponibles. Certaines qualités structurelles sont commandées spécialement dans de nombreux endroits. De plus, toutes les espèces ne sont pas facilement disponibles. Par exemple, le Douglas taxifolié est difficile à acheter sur certains marchés de lEst. Mais dans lensemble, pour les courtes portées, le bois de sciage est difficile à battre.

Le bois de placage stratifié (LVL) est solide, rigide et polyvalent. Il couvre de longues distances. Jai pu utiliser LVL pour chaque application dans la case-house. En règle générale, LVL a une épaisseur de 1 ¾ ”et une profondeur de 7 ¼” à 18 ”. Pour affiner le potentiel de charge dun faisceau LVL, ajoutez simplement un autre pli sur le côté dun faisceau. Le travail est un facteur. Il faut du temps pour stratifier plusieurs couches de LVL. Mais lavantage est que 2 ouvriers peuvent généralement gérer le poids de chaque stratification au fur et à mesure de son assemblage. LVL est un article en stock dans la plupart des chantiers forestiers et il est familier à la plupart des responsables et concepteurs du code du bâtiment.

Anthony Power Beam (APB) est un nouveau venu sur le marché des poutres structurelles positionné pour concurrencer LVL et Parallam. APB est un produit de poutre stratifiée qui est disponible en 3 1 / 2ö et 5 1 / 2ö largeurs pour correspondre aux épaisseurs de paroi standard 2 × 4 et 2 × 6. Les profondeurs vont de 7 ¼ « à 18 », correspondant aux profondeurs standard des poutrelles en I. Il existe également une version 7ö plus large disponible dans des profondeurs allant jusquà 28 7/8 ″. APB nécessite très peu de travail car il est livré «entièrement assemblé», mais il est assez lourd. La tête de garage de 18 pieds pour notre maison pèse 380 livres. APB est un nouveau produit et sa pénétration est quelque peu limitée, vous devrez peut-être recherchez un fournisseur local Appelez directement Anthony Forest Products pour trouver un distributeur.

Parallam, fabriqué par Trus Joist MacMillan (TJM), définit pratiquement le terme: bois à torons parallèles (PSL). PSL est un assemblage de brins longs et minces de placage de bois collés ensemble pour former des longueurs continues de poutre. La fibre de bois utilisée est solide et rigide. Plusieurs largeurs de 1 ¾ « à 7 » sont disponibles dans des profondeurs de 9 ¼ « à 18 ». Les dimensions de Parallam sont compatibles avec les autres produits de bois dingénierie comme les poutrelles en I et LVL. Parallam existe depuis un certain temps, mais toutes les tailles ne sont pas disponibles dans toutes les régions. Il est préférable de planifier votre conception bien avant le calendrier. Comme APB, Parallam est entièrement assemblé et est comparativement lourd. Cest un bon choix pour les longues portées libres où le bois scié nest pas pratique.

TimberStrand FrameWorks Header, un bois lamellé-collé (LSL) fabriqué par TJM, est la dernière entrée dans la compétition des poutres et poutres structurelles. Le LSL est fabriqué en transformant des fibres de tremble et de peuplier de faible valeur en un matériau de structure de haute qualité. Les valeurs Fb et E ne correspondent certainement pas à APB, LVL et PSL, mais les performances de TimberStrand sont impressionnantes. Cela a fonctionné pour la plupart des applications dans notre maison de cas. Il convient de noter que lapplication de linteau de porte de garage de 18 pieds a poussé TimberStrand au-delà de sa limite structurelle. TimberStrand Header est disponible uniquement en 3 ½ « largeurs dans des profondeurs allant de 4 3/8 » à 18 « . Ce produit est nouveau et les distributeurs ne souhaitent pas stocker de stocks. Cest une option rentable pour de nombreuses applications, mais elle peut être très difficile à trouver.

Comparaison des produits

Le tableau 1 regroupe les données de chargement, de taille et de coût pour tous les applications. Les portées den-tête sont typiques pour une fenêtre et une porte-fenêtre. La travée structurelle du faîtage représente la taille dune grande salle familiale. La portée de la poutre est basée sur la taille dune salle de jeux de taille moyenne. Et len-tête de porte de garage est basé sur une ouverture de porte de garage pour 2 voitures.

Cliquez pour voir le tableau 1

Toutes les illustrations sont fournies par le biais du Journal of Light Construction.