Let op: dit oudere artikel van ons voormalig faculteitslid blijft beschikbaar op onze site voor archiveringsdoeleinden. Sommige informatie die erin staat kan verouderd zijn.
Zodra de belastingen die op structurele liggers inwerken, berekend zijn, is de volgende stap het dimensioneren en selecteren van de juiste ligger.
door Paul Fisette – © 2003
In deel 1, “Belastingen op kopbalken en balken berekenen”, hebben we geleerd hoe we belastingspaden kunnen traceren en dak-, wand- en vloerbelastingen in ponden kunnen vertalen per lineaire voet van steunbalk. We weten hoe we de krachten die op een balk inwerken, moeten meten, nu gebruiken we deze informatie om het juiste constructiemateriaal te kiezen om de belastingen te weerstaan. We zullen de prestaties en kosten van gezaagd hout, LVL, Timberstrand, Parallam en Anthony Power Beam in verschillende toepassingen vergelijken.
Vereenvoudigde dimensionering met tabellen
Het maakt niet uit welk materiaal we specificeren , balken moeten voldoende sterkte, stijfheid en afschuifweerstand bieden. Het structurele vermogen van gezaagde en geconstrueerde houten balken wordt voorspeld door middel van wiskundige berekeningen. Formules die de toegestane overspanning en grootte van een balk bepalen, zijn gebaseerd op een groot aantal variabelen, zoals soort, graad, grootte, doorbuigingslimiet en type belasting. U kunt deze berekeningen zelf uitvoeren of u kunt span-tabellen gebruiken. Technische experts hebben veel combinaties van deze variabelen berekend en presenteren een verscheidenheid aan oplossingen in de vorm van span-tabellen.
Sawn-Lumber span-tabellen zijn handige hulpmiddelen. U zoekt alleen naar de afstand die u moet overbruggen; stem de belasting per voet van de balk af op de juiste vermelde waarden voor Fb (sterkte) en E (stijfheid); en knal: je hebt een winnaar! Span-tabellen zijn gemakkelijk te gebruiken, maar ze hebben beperkingen. Ze bieden geen nauwkeurig afgestelde resultaten. De meeste balkentabellen vermelden alleen waarden voor overspanningen van hele voet, zoals 110 ″, 120 ″, enz. En hoewel overspanningstabellen beperkte gegevens bieden, zijn ze erg lang. American Forest & Paper Associations Wood Structural Design Data, geeft spanaanbevelingen voor massief gezaagde houten balken tot 10 meter, maar de tafel heeft een omvang van 140 paginas. De WSDD is een buitengewoon handig boek (WSDD kost $ 20. Bel 800-890-7732). Download het voor uw referentiebibliotheek. De WSDD-tabellen vermelden alleen waarden voor massief houten balken bij doorbuigingsgrenzen van L / 360. Maar je kunt WSDD-tabellen misleiden om je waarden te geven voor dubbele of drievoudige 2-by-stralen met andere doorbuigingslimieten. Doe gewoon het volgende:
-
bepaal de totale belasting per voet balk
-
kies de gewenste overspanning (kies 40 ″ bijvoorbeeld)
-
selecteer de Fb-kolom van het hout dat u wilt gebruiken
(in AF & PA-ontwerpwaarden voor balken en spanten # 2 hem-fir = Fb @ 1104 psi & E @ 1.300.000 psi – dus gebruik de overspanningstabelkolom Fb 1100) -
kies de rij voor de grootte van het hout dat in de dubbele koptekst wordt gebruikt: gebruik 2 × 6 in dit voorbeeld. Opmerking: een enkele 2 × 6 ondersteunt 347 pond per lineaire voet balk. Daarom draagt een dubbele 2 × 6 2 x 347 = 694 pond per lineaire voet.
-
De vereiste E-waarde verandert niet wanneer u de 2 × 6 verdubbelt, omdat u verdubbel de toegestane belasting, u verdubbelt de dikte van de balk.
-
De tabel geeft overspanningen weer met een doorbuigingslimiet van L / 360, normaal voor vloerbelastingen. Als u een dakbalk dimensioneert als een structurele nok met een L / 240-beperking, vermenigvuldigt u de minimale E-waarde met 0,666 (in dit geval 785.000 x 0,666 = 522.810). Voor L / 180 vermenigvuldigt u met 0,5.
-
Zorg ervoor dat de afschuifwaarde (Fv) voor de soort en kwaliteit die u gebruikt hoger is dan de Fv die in de spanentabel wordt vermeld. Fv verandert niet wanneer u de dikte verdubbelt.
Fabrikanten van geconstrueerd hout wijzen er snel op dat hun producten bieden superieure sterkte en stijfheid. De claims zijn in principe waar, maar u betaalt wel voor de verbeterde prestaties. Sterkte-verminderende eigenschappen zoals knoesten, korrelgraad en helling van het graan worden gecontroleerd tijdens het fabricageproces, zodat het eindproduct een efficiënter gebruik van de houtvezel vertegenwoordigt. Bewerkt hout is consistent van het ene stuk naar het andere omdat elk stuk min of meer hetzelfde is gemaakt. Ongeacht welk product u specificeert, structurele prestaties worden bepaald door sterkte (Fb) en stijfheid (E). Een LVL-product met een Fb van 3100 zal meer belasting dragen dan een LVL-product met een Fb van 2400. Wees dus voorzichtig bij het vergelijken van producten. Al deze hoogwaardige producten zijn in sommige toepassingen kosteneffectief. En soms maken of breken ze een ontwerp.
Span-tafels voor bewerkt hout worden op een vergelijkbare manier gebruikt als die voor gezaagd hout. Bouwvoorschriften maken reducties van live belastingen mogelijk op basis van de duur van de belasting.Een dak wordt bijvoorbeeld in de loop van een jaar slechts een klein percentage van de tijd blootgesteld aan een volledige sneeuwbelasting, dus dit wordt meegenomen in de belastingberekening van het dak. Gewoonlijk past elke fabrikant deze reducties automatisch toe en labelt hij duidelijk de juiste toepassing in de verschillende tabellen voor vloeren en dakcondities. Pas op: sommige fabrikanten eisen dat u uw dakbelastingen op hellingen aanpast. Met andere woorden, sommige fabrikanten baseren dakbelastingen niet op horizontale projectie, maar baseren belastingen op de werkelijke lengte van de dakspant. Bekijk de literatuur zorgvuldig voordat u dakbelastingen per voet nokbalk of kop toekent. Typisch zijn afschuifwaarden in de tabellen opgenomen en ook de vereiste draaglengte aan de uiteinden van liggers wordt gegeven. Tabellen zijn beperkt tot overspanningen van hele voet, maar de waarden kunnen worden geïnterpoleerd voor fractionele lengtes. De tabellen die worden gebruikt voor het op maat maken van bewerkt hout worden gratis door de fabrikanten geleverd.
Voor het op maat maken van geconstrueerde balken en kopstukken begint u met de belasting per voet balk. Bij bewerkt hout gebruikt u zowel live load als dead load waarden. Live load bepaalt de stijfheid en de totale belasting wordt gebruikt om de sterkte te bepalen. De dimensioneringsstappen zijn:
-
bepaal de totale belasting en live belasting per voet balk
-
identificeer het type belasting die u ondersteunt (dak sneeuw, niet sneeuw of vloer)
-
kies de overspanning die u nodig heeft
-
stem overeen met de totale belasting en live load-waarden naar de waarden die in de tabellen worden vermeld. De dikte en diepte van het vereiste lid worden vermeld.
Case House
Er is een ongelooflijk lange lijst met opties om te overwegen bij het specificeren van gezaagde en bewerkte balken of kopstukken. Ik heb geprobeerd het proces te vereenvoudigen door verschillende populaire materialen te kiezen en ze te dimensioneren voor een koffer. De geselecteerde toepassingen en bereiken zijn willekeurig, maar gebruikelijk. Er zijn zeker veel verschillende laadscenarios dan de gedemonstreerde. U moet de belastingscondities voor elke toepassing verifiëren voordat u liggers en kopbalken dimensioneert. Deze oefening geeft u echter een idee van hoe gezaagd hout, LVL, Parallam, Timberstrand en Anthony Power Beam zich verhouden in verschillende toepassingen.
Door span-tabellen te gebruiken, heb ik verschillende structurele elementen op maat gemaakt voor 2 klimatologische omstandigheden. De ene set elementen bevindt zich in een sneeuwklimaat van 50 pond en de andere in een niet-sneeuwklimaat van 20 pond. Beide belastingen worden behandeld als levende belastingen. De toepassingen zijn: (zie diagrammen en berekeningen voor elke conditie)
1) structurele nokbalk met een overspanning van 20 voet
2) 2e verdieping kop met een overspanning van 4 voet
3) Kop op de 1e verdieping met een overspanning van 8 voet
4) kelderbalk met een overspanning van 16 voet
5) garagedeurkop met een overspanning van 18 voet
Nadat ik de lasten had bepaald, heb ik de balken die nodig zijn om de lasten te dragen op maat gemaakt en geprijsd. Ik heb vijf verschillende voorwaarden overwogen om te zien hoe de opties zich met elkaar verhouden.
Overwegingen
Sawn Lumber heeft zijn beperkingen. De buigsterkte is vaak slechts de helft van die van bewerkte houtproducten. Het resultaat is dat het geen grote afstanden vrijmaakt, maar in formaten tot 2 × 12 wordt geleverd en dat bepaalde structurele kwaliteiten niet altijd beschikbaar zijn. Bepaalde structurele kwaliteiten worden op veel locaties speciaal besteld. Ook is niet elke soort direct beschikbaar. Douglasspar is bijvoorbeeld moeilijk te kopen op sommige oostelijke markten. Maar over het algemeen is gezaagd timmerhout voor korte overspanningen moeilijk te verslaan.
Gelamineerd fineerhout (LVL) is sterk, stijf en veelzijdig. Het omvat lange afstanden. Ik kon LVL gebruiken voor elke toepassing in de zaak. LVL wordt doorgaans 1 ¾ “dik geleverd en varieert in diepte van 7 ¼” tot 18 ″. Om het draagvermogen van een LVL-balk te verfijnen, voegt u gewoon een andere laag toe aan de zijkant van een balk. Arbeid is een factor. Het kost tijd om meerdere lagen LVL te lamineren. Maar het voordeel is dat 2 werknemers meestal het gewicht van elke laminering aankunnen terwijl deze is gemonteerd. LVL wordt op de meeste houtwerven als voorraadartikel vervoerd en is bekend bij de meeste bouwcode-ambtenaren en ontwerpers.
Anthony Power Beam (APB) is een relatieve nieuwkomer op de markt voor structurele balken die gepositioneerd is om te concurreren met LVL en Parallam. APB is een gelamineerd balkproduct dat wordt geleverd in breedtes van 3 1 / 2ö en 5 1 / 2ö, passend bij standaard wanddiktes van 2 × 4 en 2 × 6. Dieptes variëren van 7 ¼ ”tot 18 ″, passend bij standaard I-balkdieptes. Er is ook een bredere 7ö-versie beschikbaar in dieptes tot 28 7/8 ″. APB vereist heel weinig arbeid omdat het “volledig gemonteerd” wordt geleverd, maar het is vrij zwaar. De 5 meter lange garagekop voor ons huis weegt 380 pond. APB is een nieuw product en de penetratie is enigszins beperkt, dus het kan zijn dat u zoek een lokale leverancier Bel direct Anthony Forest Products om een distributeur te vinden.
Parallam, vervaardigd door Trus Joist MacMillan (TJM), definieert virtueel de term: parallel strand lumber (PSL). PSL is een samenstelling van lange, dunne strengen houtfineer die aan elkaar zijn gelijmd om ononderbroken liggers te vormen. De gebruikte houtvezel is sterk en stijf. Verschillende breedtes van 1 ¼ ”- 7 ″ zijn beschikbaar in dieptes van 9 ¼” – 18 ″. De afmetingen van Parallam zijn compatibel met de andere samengestelde houtproducten zoals I-balken en LVL. Parallam bestaat al een tijdje, maar toch – niet alle maten zijn in alle regios verkrijgbaar. Het is het beste om uw ontwerp ruim voor op schema te plannen. Net als APB wordt Parallam volledig gemonteerd geleverd en is het vergelijkbaar zwaar. Het is een goede keuze voor lange vrije overspanningen waar gezaagd timmerhout onpraktisch is.
TimberStrand FrameWorks Header, een gelamineerd strenghout (LSL) gemaakt door TJM, is de nieuwste introductie in de structurele header en beam-competitie. LSL wordt gemaakt door laagwaardige espen- en populierenvezel te upgraden tot hoogwaardig constructiemateriaal. De Fb- en E-waarden zijn zeker geen partij voor APB, LVL en PSL, maar de prestaties van TimberStrand zijn indrukwekkend. Het werkte voor de meeste toepassingen in ons casushuis. Het is vermeldenswaard dat de 18-voet garagedeurkopapplicatie TimberStrand buiten zijn structurele limiet duwde. TimberStrand-maaiborden zijn alleen verkrijgbaar in breedtes van 3 ½ ”in dieptes van 4 3/8 ″ tot 18 ″. Dit product is nieuw en distributeurs willen geen voorraad opslaan. Het is een kosteneffectieve optie voor veel toepassingen, maar het kan erg moeilijk te vinden zijn.
Vergelijking van producten
Tabel 1 consolideert gegevens over het laden, de afmetingen en de kosten voor alle toepassingen. Headeroverspanningen zijn typisch voor een raam en een patiodeur. De structurele nokoverspanning vertegenwoordigt de grootte van een grote familiekamer. De overspanning voor de ligger is gebaseerd op de grootte van een speelkamer van gemiddelde grootte. En de garagedeurkop is gebaseerd op een garagedeuropening voor 2 wagens.
Klik om tabel 1 te bekijken
Alle illustraties zijn ter beschikking gesteld met dank aan de Journal of Light Construction.