Dimensionamento di travi e intestazioni ingegnerizzate

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Una volta calcolati i carichi agenti sulle travi strutturali, il passo successivo è dimensionare e selezionare la trave appropriata.

di Paul Fisette – © 2003

Nella Parte 1, “Calcolo dei carichi su testate e travi”, abbiamo imparato a tracciare i percorsi dei carichi e tradurre i carichi di tetto, muro e pavimento in libbre per piede lineare della trave portante. Sappiamo come misurare le forze che agiscono su una trave, ora useremo queste informazioni per scegliere il materiale strutturale appropriato per resistere ai carichi. Confronteremo le prestazioni e il costo di legname segato, LVL, Timberstrand, Parallam e Anthony Power Beam in diverse applicazioni.

Dimensionamento semplificato mediante tabelle

Indipendentemente dal materiale specificato , le travi devono fornire unadeguata resistenza, rigidità e resistenza al taglio. La capacità strutturale delle travi in legno segato e ingegnerizzato è prevista attraverso calcoli matematici. Le formule che determinano la luce e le dimensioni consentite di una trave si basano su una serie di variabili come specie, grado, dimensioni, limite di deflessione e tipo di carico. Puoi eseguire questi calcoli da solo o puoi utilizzare le tabelle di intervallo. Gli esperti tecnici hanno calcolato molte combinazioni di queste variabili e presentano una varietà di soluzioni sotto forma di tabelle span.

Le tabelle span segate sono strumenti convenienti. Cerchi semplicemente la distanza di cui hai bisogno per coprire; abbinare il carico per piede di trave ai valori Fb (resistenza) ed E (rigidità) appropriati elencati; e botto: hai un vincitore! Le tabelle Span sono facili da usare, ma hanno dei limiti. Non forniscono risultati ottimizzati. La maggior parte delle tabelle di travi elenca solo i valori per campate intere come 11’0 “, 12’0”, ecc. E anche se le tabelle di span forniscono dati limitati, sono molto lunghe. American Forest & Wood Structural Design Data della Paper Association, fornisce consigli sullestensione per travi in legno massello segato fino a 32 piedi, ma la tabella contiene ben 140 pagine. Il WSDD è un libro estremamente utile (WSDD costa $ 20. Chiama il numero 800-890-7732). Scaricalo per la tua libreria di riferimento. Le tabelle WSDD elencano solo i valori per travi in legno massiccio con limiti di deflessione di L / 360. Ma puoi indurre le tabelle WSDD a fornire valori per raggi doppi o tripli 2-by con altri limiti di deflessione. Basta fare quanto segue:

I produttori di Engineered Wood si affrettano a sottolineare che i loro prodotti forniscono resistenza e rigidità superiori. Le affermazioni sono fondamentalmente vere, ma paghi per le prestazioni migliorate. Le caratteristiche di riduzione della resistenza come nodi, qualità e pendenza del grano sono controllate durante il processo di produzione in modo che il prodotto finale rappresenti un uso più efficiente della fibra di legno. Il legno ingegnerizzato è coerente da un pezzo allaltro perché ogni pezzo è fatto più o meno lo stesso. Indipendentemente dal prodotto specificato, le prestazioni strutturali sono controllate dalla forza (Fb) e dalla rigidità (E). Un prodotto LVL con un Fb di 3100 trasporterà un carico maggiore di un prodotto LVL con un Fb di 2400. Quindi fate attenzione quando confrontate i prodotti. Tutti questi prodotti ad alte prestazioni sono convenienti in alcune applicazioni. E a volte creano o distruggono un design.

I tavoli a campata per il legno ingegnerizzato sono usati in modo molto simile a quelli per il legname segato. I regolamenti edilizi consentono riduzioni dei carichi attivi in base alla durata del carico.Ad esempio, un tetto è soggetto a un carico di neve completo solo per una piccola percentuale di tempo nel corso di un anno, quindi questo viene preso in considerazione nel calcolo del carico del tetto. Di solito, ogni produttore applica automaticamente queste riduzioni e identifica chiaramente lapplicazione appropriata nelle varie tabelle per i pavimenti e le condizioni del tetto. Attenzione: alcuni produttori richiedono la regolazione dellinclinazione dei carichi sul tetto. In altre parole, alcuni produttori non basano i carichi del tetto sulla proiezione orizzontale, ma piuttosto basano i carichi sulla lunghezza effettiva della trave. Esaminare attentamente la documentazione prima di assegnare i carichi del tetto per piede di trave di colmo o testata. Tipicamente, i valori di taglio sono incorporati nelle tabelle e viene fornita anche la lunghezza del cuscinetto richiesta alle estremità delle travi. Le tabelle sono limitate alle campate dellintero piede, ma i valori possono essere interpolati per lunghezze frazionarie. Le tabelle utilizzate per dimensionare legname ingegnerizzato sono fornite dai produttori gratuitamente.

Per dimensionare travi e testate ingegnerizzate si inizia con il carico per piede di trave. Con il legno ingegnerizzato, si utilizzano sia i valori di carico dinamico che di carico morto. Il carico dinamico determina la rigidità e il carico totale viene utilizzato per determinare la resistenza. I passaggi di dimensionamento sono:

Case House

Cè un elenco incredibilmente lungo di opzioni da considerare quando si specificano travi o testate segate e ingegnerizzate. Ho cercato di semplificare il processo scegliendo diversi materiali popolari e dimensionandoli per una case-house. Le applicazioni e gli intervalli selezionati sono arbitrari, ma comuni. Esistono certamente molti scenari di caricamento diversi da quelli dimostrati. È necessario verificare le condizioni di carico per ciascuna applicazione prima di dimensionare travi e testate. Tuttavia, questo esercizio ti darà unidea di come si confrontano legname segato, LVL, Parallam, Timberstrand e Anthony Power Beam in varie applicazioni.

Utilizzando le tabelle di campata, ho dimensionato diversi elementi strutturali per 2 condizioni climatiche. Un insieme di elementi è in un clima di carico di neve di 50 libbre e laltro è in un clima di 20 libbre senza neve. Entrambi i carichi vengono trattati come carichi in tempo reale. Le applicazioni sono: (vedere schemi e calcoli per ciascuna condizione)

Una volta determinati i carichi, ho dimensionato e prezzato le travi necessarie per trasportare i carichi. Ho considerato cinque diverse condizioni, per vedere come le opzioni si confrontano tra loro.

Considerazioni

Sawn Lumber ha dei limiti. La sua resistenza alla flessione è spesso solo la metà di quella dei prodotti in legno ingegnerizzato. Di conseguenza, non copre lunghe distanze, è disponibile solo in dimensioni fino a 2 × 12 e alcuni gradi strutturali non sono sempre disponibili. I gradi strutturali selezionati sono ordinati in modo speciale in molte località. Inoltre, non tutte le specie sono prontamente disponibili. Ad esempio, labete Douglas è difficile da acquistare in alcuni mercati orientali. Ma nel complesso, per le brevi portate, il legname segato è difficile da battere.

Il legname laminato impiallacciato (LVL) è forte, rigido e versatile. Si estende su lunghe distanze. Sono stato in grado di utilizzare LVL per ogni applicazione nel case-house. Tipicamente, LVL ha uno spessore di 1 ¾ “e varia in profondità da 7 ¼” fino a 18 “. Per mettere a punto il potenziale di carico di una trave LVL, è sufficiente aggiungere un altro strato sul lato di una trave. Il lavoro è un fattore. Ci vuole tempo per laminare più strati di LVL. Ma il vantaggio è che di solito 2 lavoratori possono sopportare il peso di ogni laminazione mentre viene assemblata. LVL viene trasportato come articolo di magazzino nella maggior parte dei cantieri di legname ed è familiare alla maggior parte dei funzionari e progettisti del codice edilizio.

Anthony Power Beam (APB) è relativamente nuovo nel mercato delle travi strutturali posizionato per competere con LVL e Parallam. APB è un prodotto a trave lamellare disponibile nelle larghezze di 3 1 / 2ö e 5 1 / 2ö per adattarsi agli spessori di parete standard 2 × 4 e 2 × 6. Le profondità variano da 7 ¼ “a 18”, abbinando le profondità standard del I-travetto. Esiste anche una versione 7ö più ampia disponibile in profondità fino a 28 7/8 ″. APB richiede pochissima manodopera perché viene fornito “completamente assemblato”, ma è abbastanza pesante. Lintestazione del garage di 18 piedi per la nostra casa pesa 380 libbre. APB è un nuovo prodotto e la sua penetrazione è piuttosto limitata, quindi potrebbe cercare un fornitore locale. Chiama direttamente Anthony Forest Products per trovare un distributore.

Parallam, prodotto da Trus Joist MacMillan (TJM), definisce virtualmente il termine: parallel strand legname (PSL). PSL è un insieme di fili lunghi e sottili di impiallacciatura di legno incollati insieme per formare tratti continui di trave. La fibra di legno utilizzata è forte e rigida. Diverse larghezze da 1 ¾ “- 7” sono disponibili in profondità di 9 ¼ “- 18”. Le dimensioni di Parallam sono compatibili con gli altri prodotti in legno ingegnerizzato come I-travetti e LVL. Parallam esiste da un po di tempo, ma non tutte le taglie sono disponibili in tutte le regioni. È meglio pianificare il progetto con largo anticipo rispetto alla pianificazione. Come APB, Parallam viene fornito completamente assemblato ed è relativamente pesante. È una buona scelta per lunghe campate nette in cui il legname segato non è pratico.

TimberStrand FrameWorks Header, un legname a trefoli laminati (LSL) prodotto da TJM, è lultima entrata nella competizione di travi e travi strutturali. LSL è realizzato aggiornando la fibra di pioppo e pioppo di basso valore in materiale strutturale di alta qualità. I valori Fb ed E non corrispondono certamente a APB, LVL e PSL, ma le prestazioni di TimberStrand sono impressionanti. Ha funzionato per la maggior parte delle applicazioni nel nostro caso. Vale la pena notare che lapplicazione della testata per porte da garage di 18 piedi ha spinto TimberStrand oltre il suo limite strutturale. Lintestazione di TimberStrand è disponibile solo in 3 ½ “larghezze in profondità che vanno da 4 3/8” a 18 “. Questo prodotto è nuovo e i distributori non vogliono accumulare scorte. È unopzione conveniente per molte applicazioni, ma può essere molto difficile da trovare.

Confronto dei prodotti

La tabella 1 consolida i dati di caricamento, dimensioni e costi per tutti i applicazioni. Le campate di intestazione sono tipiche di una finestra e di una porta del patio. La campata del colmo strutturale rappresenta le dimensioni di una grande camera familiare. La campata per la trave si basa sulle dimensioni di una sala giochi di medie dimensioni. E lintestazione della porta del garage si basa sullapertura della porta del garage per 2 auto.

Fare clic per visualizzare la Tabella 1

Tutte le illustrazioni sono fornite per gentile concessione del Journal of Light Construction.