エンジニアードビームとヘッダーのサイズ設定

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構造梁に作用する荷重が計算されたら、次のステップは適切な梁のサイズと選択です。

Paul Fisette –©2003

パート1「ヘッダーと梁の荷重の計算」では、荷重経路をトレースし、屋根、壁、床の荷重をポンドに変換する方法を学びました。支持梁の直線フィートあたり。梁に作用する力を測定する方法を知っているので、この情報を使用して、荷重に抵抗する適切な構造材料を選択します。いくつかの異なるアプリケーションで、製材、LVL、ティンバーストランド、パララム、アンソニーパワービームの性能とコストを比較します。

テーブルを使用した簡略化されたサイジング

指定する材料に関係なく、梁は、適切な強度、剛性、およびせん断抵抗を提供する必要があります。製材および集成材の梁の構造能力は、数学的計算によって予測されます。ビームの許容スパンとサイズを決定する式は、種、グレード、サイズ、たわみ限界、荷重のタイプなどの多くの変数に依存します。これらの計算は自分で行うことも、スパンテーブルを使用することもできます。技術専門家は、これらの変数の多くの組み合わせを計算し、スパンテーブルの形式でさまざまなソリューションを提示しています。

製材所スパンテーブルは便利なツールです。スパンする必要のある距離を探すだけです。梁の1フィートあたりの荷重を、リストされている適切なFb（強度）およびE（剛性）の値に一致させます。そして強打：あなたには勝者がいます！スパンテーブルは使いやすいですが、制限があります。微調整された結果は得られません。ほとんどのビームテーブルには、11’0”、12’0”などの全足スパンの値のみがリストされます。スパンテーブルは限られたデータしか提供しませんが、非常に長くなります。 American Forest & PaperAssociationのWoodStructural Design Dataは、最大32フィートの無垢材の梁のスパンに関する推奨事項を提供していますが、テーブルの長さは140ページに上ります。 WSDDは非常に便利な本です（WSDDの価格は20ドルです。800-890-7732に電話してください）。参照ライブラリ用に入手してください。 WSDDテーブルには、たわみ限界がL / 360の無垢材の梁の値のみがリストされています。ただし、WSDDテーブルをだまして、他のたわみ制限のあるダブルまたはトリプル2バイビームの値を与えることができます。次の手順を実行するだけです。

集成材メーカーはすぐにそれを指摘します彼らの製品は優れた強度と剛性を提供します。主張は基本的に真実ですが、あなたはパフォーマンスの向上に対してお金を払っています。結び目、木目のグレード、傾斜などの強度低下特性は、製造プロセス中に制御されるため、最終製品は木質繊維をより効率的に使用できます。集成材は、各部分がほぼ同じに作られているため、1つの部分から次の部分まで一貫しています。どの製品を指定しても、構造性能は強度（Fb）と剛性（E）によって制御されます。 Fbが3100のLVL製品は、Fbが2400のLVL製品よりも多くの負荷を運びます。したがって、製品を比較するときは注意してください。これらの高性能製品はすべて、一部のアプリケーションで費用効果があります。また、デザインを作成したり壊したりすることもあります。

集成材用のスパンテーブルは、製材用のスパンテーブルと非常によく似た方法で使用されます。建築基準法により、負荷の持続時間に基づいて活荷重を減らすことができます。たとえば、屋根が1年の間に全雪荷重を受ける時間はごくわずかであるため、これは屋根の荷重計算に考慮されます。通常、各メーカーはこれらの削減を自動的に適用し、床や屋根の状態に応じてさまざまな表に適切なアプリケーションを明確にラベル付けします。注意：一部のメーカーでは、屋根の荷重を傾斜調整する必要があります。言い換えると、一部のメーカーは、屋根の荷重を水平投影に基づいていないのではなく、垂木の実際の長さに基づいています。棟梁またはヘッダーの1フィートあたりの屋根荷重を割り当てる前に、文献を注意深く調べてください。通常、せん断値が表に組み込まれ、梁の端で必要なベアリングの長さも示されます。テーブルは足全体のスパンに制限されていますが、値は小数の長さで補間できます。集成材のサイズを決定するために使用されるテーブルは、メーカーから無料で提供されています。

集成材の梁とヘッダーのサイズを決定するには、梁の1フィートあたりの荷重から始めます。集成材では、活荷重と死荷重の両方の値を使用します。活荷重は剛性を決定し、総荷重は強度を決定するために使用されます。サイズ設定の手順は次のとおりです。

ケースハウス

考慮すべきオプションの非常に長いリストがあります製材および設計された梁またはヘッダーを指定する場合。私はいくつかの人気のある材料を選び、ケースハウス用にそれらのサイズを決めることによってプロセスを単純化しようとしました。選択されるアプリケーションとスパンは任意ですが、一般的です。確かに、示されているものとは異なる多くのロードシナリオがあります。ビームとヘッダーのサイズを決定する前に、各アプリケーションの荷重条件を確認する必要があります。ただし、この演習では、製材、LVL、パララム、ティンバーストランド、およびアンソニーパワービームがさまざまなアプリケーションでどのように比較されるかを実感できます。

スパンテーブルを使用して、2つの気候条件に合わせていくつかの構造要素のサイズを設定しました。要素の1つのセットは、50ポンドの積雪気候にあり、もう1つの要素は20ポンドの非雪気候にあります。両方の荷重は活荷重として扱われます。アプリケーションは次のとおりです。（各条件の図と計算を参照）

荷重を決定したら、荷重を運ぶために必要な梁のサイズと価格を設定しました。オプションを相互に比較するために、5つの異なる条件を検討しました。

考慮事項

製材所には制限があります。その曲げ強度は、多くの場合、集成材製品のわずか1/2です。その結果、長距離をクリアすることはできず、サイズは2×12までしかなく、一部の構造グレードが常に利用できるとは限りません。一部の構造グレードは、多くの場所で特別注文されています。また、すべての種がすぐに利用できるわけではありません。たとえば、一部の東部市場ではダグラスファーを購入するのが困難です。しかし、全体として、短スパンの場合、製材は打ち負かすのが困難です。

単板積層材（LVL）は丈夫で、硬く、用途が広いです。それは長距離にまたがっています。ケースハウス内のすべてのアプリケーションにLVLを使用することができました。通常、LVLの厚さは1 3/4インチで、深さは7¼インチから18インチまでの範囲です。 LVLビームの耐荷重ポテンシャルを微調整するには、ビームの側面に別のプライを追加するだけです。労働力が要因です。 LVLの複数の層をラミネートするには時間がかかります。しかし、利点は、通常、2人の作業者が組み立て時に各ラミネーションの重量を処理できることです。 LVLは、ほとんどの土場でストックアイテムとして運ばれ、ほとんどの建築基準法の関係者や設計者によく知られています。

Anthony Power Beam（APB）は、LVLと競合する立場にある構造梁市場の比較的新しい企業です。とパララム。 APBは、標準の2×4および2×6の壁の厚さに一致する31 /2öおよび51 /2öの幅の積層ビーム製品です。深さは7¼ “から18″の範囲で、標準のI-ジョイストの深さに一致します。最大287/8インチの深さで利用可能なより広い7öバージョンもあります。 APBは「完全に組み立てられた」状態であるため、労力はほとんど必要ありませんが、かなり重いです。私たちの家の18フィートのガレージヘッダーの重量は380ポンドです。APBは新製品であり、浸透がやや制限されているため、必要になる場合があります。地元のサプライヤーを探してください。AnthonyForestProductsに直接電話して、ディストリビューターを見つけてください。

Trus Joist MacMillan（TJM）によって製造されたParallamは、実質的に用語を定義します：平行ストランド材（PSL）。 PSLは、連続した長さの梁を形成するために接着された、長くて細い木製のベニヤのストランドのアセンブリです。使用されている木質繊維は丈夫で硬いです。 1¾” – 7”のいくつかの幅は、9¼” – 18”の深さで利用できます。パララムの寸法は、I-ジョイストやLVLなどの他の集成材製品と互換性があります。パララムはしばらく前から存在していますが、それでも、すべての地域ですべてのサイズが利用できるわけではありません。スケジュールよりもかなり早く設計を計画するのが最善です。 APBと同様に、パララムは完全に組み立てられており、比較的重いです。製材が実用的でない長いクリアスパンに適しています。

TJM製の積層ストランド材（LSL）であるTimberStrand FrameWorksヘッダーは、構造ヘッダーと梁の競争への最新のエントリーです。 LSLは、価値の低いアスペンとポプラの繊維を高品質の構造材料にアップグレードすることによって作られています。 FbとEの値は、APB、LVL、PSLとは確かに一致しませんが、TimberStrandのパフォーマンスは印象的です。それは私たちのケースハウスのほとんどのアプリケーションで機能しました。 18フィートのガレージドアヘッダーアプリケーションがTimberStrandをその構造上の限界を超えて押し上げたことは注目に値します。 TimberStrandヘッダーは、43/8インチから18インチの範囲の深さで3½インチの幅でのみ提供されます。この製品は新品であり、流通業者は在庫を備蓄したくありません。これは多くのアプリケーションにとって費用効果の高いオプションですが、見つけるのが非常に難しい場合があります。

製品の比較

表1は、すべての負荷、サイズ、およびコストデータをまとめたものです。アプリケーション。ヘッダースパンは、窓やパティオドアによく見られます。構造的な尾根のスパンは、大きなファミリールームのサイズを表しています。桁のスパンは、平均的なサイズのゲームルームのサイズに基づいています。また、ガレージドアヘッダーは2台のガレージドア開口部に基づいています。

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すべての図は、Journal of LightConstructionの厚意により提供されています。