Uwaga: ten starszy artykuł naszego byłego członka wydziału jest nadal dostępny w naszej witrynie do celów archiwalnych. Niektóre zawarte w nim informacje mogą być nieaktualne.
Po obliczeniu obciążeń działających na belki konstrukcyjne następnym krokiem jest wymiarowanie i wybór odpowiedniej belki.
autor: Paul Fisette – © 2003
W części 1, „Obliczanie obciążeń na nadprożach i belkach”, nauczyliśmy się, jak śledzić ścieżki obciążenia i przeliczać obciążenia dachu, ścian i podłogi na funty na stopę liniową belki nośnej. Wiemy, jak mierzyć siły działające na belkę, teraz użyjemy tych informacji, aby wybrać odpowiedni materiał konstrukcyjny odporny na obciążenia. Porównamy wydajność i koszt tarcicy, LVL, Timberstrand, Parallam i Anthony Power Beam w kilku różnych zastosowaniach.
Uproszczone wymiarowanie za pomocą tabel
Bez względu na to, jaki materiał określimy belki muszą zapewniać odpowiednią wytrzymałość, sztywność i odporność na ścinanie. Zdolności konstrukcyjne belek ciętych i belek z drewna konstrukcyjnego są prognozowane za pomocą obliczeń matematycznych. Formuły określające dopuszczalną rozpiętość i rozmiar belki opierają się na wielu zmiennych, takich jak gatunek, klasa, rozmiar, granica ugięcia i rodzaj obciążenia. Możesz wykonać te obliczenia samodzielnie lub możesz użyć tabel rozpiętości. Eksperci techniczni obliczyli wiele kombinacji tych zmiennych i przedstawili różnorodne rozwiązania w postaci tabel rozpiętości.
Tabele rozpiętości tarcicy to wygodne narzędzia. Po prostu szukasz odległości, którą musisz pokonać; dopasować obciążenie na stopę belki do odpowiednich wymienionych wartości Fb (wytrzymałość) i E (sztywność); i bang: masz zwycięzcę! Tabele rozpiętości są łatwe w użyciu, ale mają ograniczenia. Nie zapewniają precyzyjnych wyników. Większość tabel belek zawiera tylko wartości dla rozpiętości obejmujących całe stopy, takie jak 11’0 ″, 12’0 ″ itd. I chociaż tabele przęseł zawierają ograniczone dane, są one bardzo długie. American Forest & Paper Associations Wood Structural Design Data zawiera zalecenia dotyczące rozpiętości dla belek z litego drewna o długości do 32 stóp, ale tabela zajmuje aż 140 stron. WSDD to niezwykle przydatna książka (WSDD kosztuje 20 dolarów. Zadzwoń pod numer 800-890-7732). Pobierz go do swojej biblioteki referencyjnej. Tabele WSDD podają wartości tylko dla belek z litego drewna przy granicy ugięcia L / 360. Ale możesz oszukać tabele WSDD, aby podały wartości dla podwójnych lub potrójnych belek 2-by z innymi granicami ugięcia. Po prostu wykonaj następujące czynności:
-
określ całkowite obciążenie na stopę belki
-
wybierz żądaną rozpiętość (wybierz Na przykład 40 ″)
-
wybierz kolumnę Fb tarcicy, której zamierzasz użyć
(w AF & Wartości projektowe PA dla legarów i krokwi # 2 hem-fir = Fb @ 1104 psi & E @ 1300 000 psi – więc użyj kolumny tabeli rozpiętości Fb 1100) -
wybierz wiersz odpowiadający rozmiarowi tarcicy używanej w podwójnym nagłówku: w tym przykładzie użyj 2 × 6. Uwaga: pojedynczy 2 × 6 wytrzyma 347 funtów na prostą stopę belki. Dlatego podwójne 2 × 6 niesie 2 x 347 = 694 funtów na stopę liniową.
-
Wymagana wartość E nie zmienia się, gdy podwoisz 2 × 6, ponieważ podwoić dopuszczalne obciążenie, podwoisz grubość belki.
-
W tabeli wymieniono przęsła o granicy ugięcia L / 360, normalnej dla obciążenia podłogi. W przypadku wymiarowania belki dachowej, takiej jak kalenica konstrukcyjna, która ma ograniczenie L / 240, należy pomnożyć minimalną wartość E przez 0,666 (w tym przypadku 785 000 x 0,666 = 522 810). Dla L / 180 pomnóż przez 0,5.
-
Upewnij się, że wartość ścinania (Fv) dla gatunku i gatunku, którego używasz, przekracza Fv podaną w tabeli rozpiętości. Fv nie zmienia się po podwojeniu grubości.
Producenci drewna inżynieryjnego szybko wskazują, że ich produkty zapewniają doskonałą wytrzymałość i sztywność. Twierdzenia są w zasadzie prawdziwe, ale płacisz za lepszą wydajność. Cechy zmniejszające wytrzymałość, takie jak sęki, stopień i nachylenie słojów, są kontrolowane podczas procesu produkcyjnego, dzięki czemu produkt końcowy zapewnia bardziej wydajne wykorzystanie włókna drzewnego. Drewno konstrukcyjne jest spójne w kolejnych kawałkach, ponieważ każdy element jest mniej więcej taki sam. Bez względu na to, jaki produkt wybierzesz, parametry konstrukcyjne są kontrolowane przez wytrzymałość (Fb) i sztywność (E). Produkt LVL o Fb równym 3100 będzie przenosił większe obciążenie niż produkt LVL z Fb równym 2400. Dlatego należy zachować ostrożność podczas porównywania produktów. Wszystkie te wysokowydajne produkty są opłacalne w niektórych zastosowaniach. Czasami tworzą lub psują projekt.
Tabele rozpiętości do drewna konstrukcyjnego są używane w bardzo podobny sposób, jak w przypadku tarcicy. Przepisy budowlane umożliwiają zmniejszenie obciążeń czynnych w oparciu o czas trwania obciążenia.Na przykład dach jest narażony na pełne obciążenie śniegiem tylko przez niewielki procent czasu w ciągu roku, więc jest to uwzględniane w obliczeniach obciążenia dachu. Zwykle każdy producent automatycznie stosuje te redukcje i wyraźnie określa odpowiednie zastosowanie w różnych tabelach dla podłóg i warunków dachowych. Uważaj: niektórzy producenci wymagają dostosowania nachylenia dachu. Innymi słowy, niektórzy producenci nie opierają obciążenia dachu na rzucie poziomym, ale raczej bazują na rzeczywistej długości krokwi. Przed przypisaniem obciążeń dachu na stopę belki kalenicowej lub nadproża dokładnie zapoznaj się z literaturą. Zwykle wartości ścinania są zawarte w tabelach, a także wymagana długość nośna na końcach belek. Tabele są ograniczone do rozpiętości obejmujących całe stopy, ale wartości można interpolować dla długości ułamkowych. Tabele używane do wymiarowania belek technicznych są dostarczane przez producentów bezpłatnie.
Aby wymiarować belki techniczne i nadproża, należy rozpocząć od obciążenia na stopę belki. W przypadku drewna konstrukcyjnego stosuje się zarówno wartości obciążenia rzeczywistego, jak i własnego. Obciążenie ruchome określa sztywność, a obciążenie całkowite służy do określenia wytrzymałości. Kroki wymiarowania są następujące:
-
Określ całkowite obciążenie i obciążenie na stopę belki
-
zidentyfikuj typ obciążenie, które utrzymujesz (śnieg na dachu, bez śniegu lub podłoga)
-
wybierz rozpiętość, której potrzebujesz
-
dopasuj całkowite obciążenie i wartości obciążenia na żywo do wartości podanych w tabelach. Zostanie wyświetlona grubość i głębokość wymaganego pręta.
Case House
Istnieje niezwykle długa lista opcji do rozważenia podczas określania przetartych i zaprojektowanych belek lub nadproży. Próbowałem uprościć ten proces, wybierając kilka popularnych materiałów i dostosowując je do potrzeb. Wybrane zastosowania i zakresy są dowolne, ale powszechne. Z pewnością istnieje wiele różnych scenariuszy ładowania niż te przedstawione. Przed wymiarowaniem belek i nadproży należy zweryfikować warunki obciążenia dla każdej aplikacji. Jednak to ćwiczenie pozwoli Ci zorientować się, jak porównuje się tarcica, LVL, Parallam, Timberstrand i Anthony Power Beam w różnych zastosowaniach.
Korzystając z tabel rozpiętości, zwymiarowałem kilka elementów konstrukcyjnych dla 2 warunków klimatycznych. Jeden zestaw elementów występuje w klimacie obciążonym śniegiem 50 funtów, a drugi w klimacie bez śniegu 20 funtów. Oba obciążenia są traktowane jako obciążenia ruchome. Zastosowania: (zobacz diagramy i obliczenia dla każdego warunku)
1) belka kalenicowa o rozpiętości 20 stóp
2) 2. piętro nadproża o rozpiętości 4 stóp
3) Nadproża pierwszego piętra o rozpiętości 8 stóp
4) dźwigar piwniczny o rozpiętości 16 stóp
5) nadproże bramy garażowej o rozpiętości 18 stóp
Po określeniu obciążeń zwymiarowałem i wyceniłem belki, które są wymagane do przenoszenia obciążeń. Rozważyłem pięć różnych warunków, aby zobaczyć, jak opcje różnią się między sobą.
Uwagi
Tarcica ma swoje ograniczenia. Jego wytrzymałość na zginanie jest często równa tylko 1/2 wytrzymałości produktów z drewna konstrukcyjnego. W rezultacie nie pokonuje dużych odległości, występuje w rozmiarach do 2 × 12, a wybrane gatunki konstrukcyjne nie zawsze są dostępne. Wybrane gatunki konstrukcyjne są zamawiane na specjalne zamówienie w wielu lokalizacjach. Ponadto nie wszystkie gatunki są łatwo dostępne. Na przykład jodła Douglas jest trudna do kupienia na niektórych rynkach wschodnich. Ale ogólnie rzecz biorąc, w przypadku krótkich rozpiętości tarcica jest trudna do pokonania.
Laminowana Fornir Laminowany (LVL) jest mocna, sztywna i wszechstronna. Obejmuje duże odległości. Udało mi się wykorzystać LVL do każdej aplikacji w domu spraw. Zwykle LVL ma grubość 1 ¾ ”i ma głębokość od 7 ¼” do 18 ″. Aby precyzyjnie wyregulować nośność belki LVL, wystarczy dodać kolejną warstwę z boku belki. Praca jest czynnikiem. Laminowanie wielu warstw LVL zajmuje trochę czasu. Ale zaletą jest to, że 2 pracowników zwykle może poradzić sobie z ciężarem każdego laminatu podczas montażu. LVL jest sprzedawany jako towar w większości składów drewna i jest znany większości urzędników zajmujących się kodowaniem budynków i projektantów.
Anthony Power Beam (APB) jest stosunkowo nowym graczem na rynku belek konstrukcyjnych, który może konkurować z LVL i Parallam. APB to laminowana belka dostępna w szerokościach 3 1 / 2ö i 5 1 / 2ö w celu dopasowania do standardowych grubości ścian 2 × 4 i 2 × 6. Głębokości wahają się od 7 ¼ ”do 18 ″, dopasowując standardowe głębokości belek dwuteowych. Dostępna jest również szersza wersja 7ö, do głębokości 28 7/8 ″. APB wymaga bardzo mało pracy, ponieważ jest dostarczany „w pełni zmontowany”, ale jest dość ciężki. 18-stopowa głowica garażowa do naszego domu waży 380 funtów. APB to nowy produkt, a jego penetracja jest nieco ograniczona, więc może być konieczne poszukaj lokalnego dostawcy Zadzwoń bezpośrednio do Anthony Forest Products, aby znaleźć dystrybutora.
Parallam, wyprodukowany przez Trus Joist MacMillan (TJM), praktycznie definiuje termin: drewno z równoległych splotów (PSL). PSL to zestaw długich, cienkich pasm okleiny drewnianej sklejonych ze sobą w celu utworzenia ciągłych odcinków belki. Zastosowane włókno drzewne jest mocne i sztywne. Dostępnych jest kilka szerokości od 1 ¾ ”- 7 ″ i głębokości od 9 ¼” – 18 ″. Wymiary Parallam są kompatybilne z innymi produktami z drewna inżynieryjnego, takimi jak belki dwuteowe i LVL. Parallam istnieje już od jakiegoś czasu, ale nadal – nie wszystkie rozmiary są dostępne we wszystkich regionach. Najlepiej zaplanować projekt z dużym wyprzedzeniem. Podobnie jak APB, Parallam jest w pełni zmontowany i jest porównywalnie ciężki. Jest to dobry wybór w przypadku długich przęseł, gdzie tarcica jest niepraktyczna.
Nagłówek TimberStrand FrameWorks, drewno z laminowanych pasm (LSL) wyprodukowane przez TJM, jest najnowszym wpisem w konkursie nadproża konstrukcyjnego i belek. LSL powstaje poprzez ulepszenie niskowartościowych włókien osiki i topoli w wysokiej jakości materiał konstrukcyjny. Wartości Fb i E z pewnością nie pasują do APB, LVL i PSL, ale wydajność TimberStrand jest imponująca. To działało dla większości aplikacji w naszym przypadku. Warto zauważyć, że 18-stopowe zastosowanie nadproża bramy garażowej wypchnęło TimberStrand poza granice konstrukcyjne. Nagłówek TimberStrand jest dostępny tylko w szerokościach 3 ½ ”i głębokościach w zakresie od 4 3/8 ″ do 18. Ten produkt jest nowy i dystrybutorzy nie chcą gromadzić zapasów. Jest to opłacalna opcja dla wielu aplikacji, ale może być bardzo trudna do znalezienia.
Porównanie produktów
Tabela 1 zawiera zestawienie danych dotyczących obciążenia, rozmiarów i kosztów dla wszystkich Aplikacje. Rozpiętości nadproża są typowe dla okna i drzwi balkonowych. Strukturalna rozpiętość kalenicy odpowiada wielkości dużego pokoju rodzinnego. Rozpiętość dźwigara jest oparta na wielkości średniej wielkości pokoju do gier. Nagłówek drzwi garażowych jest oparty na otworze drzwi garażowych na 2 samochody.
Kliknij, aby wyświetlić tabelę 1
Wszystkie ilustracje zostały udostępnione dzięki uprzejmości Journal of Light Construction.