Sizing Engineered Beams and Headers (Português)

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Uma vez que as cargas que atuam nas vigas estruturais são calculadas, a próxima etapa é dimensionar e selecionar a viga apropriada.

por Paul Fisette – © 2003

Na Parte 1, “Calculando Cargas em Cabeçalhos e Vigas”, aprendemos como traçar caminhos de carga e converter cargas de telhado, parede e piso em libras por pé linear da viga de suporte. Sabemos como medir as forças que atuam em uma viga, agora usaremos essas informações para escolher o material estrutural adequado para resistir às cargas. Compararemos o desempenho e o custo de madeira serrada, LVL, Timberstrand, Parallam e Anthony Power Beam em várias aplicações diferentes.

Dimensionamento simplificado usando tabelas

Não importa o material que especificarmos , as vigas devem fornecer resistência, rigidez e resistência ao cisalhamento adequadas. A capacidade estrutural de vigas de madeira serrada e projetada é prevista por meio de cálculos matemáticos. As fórmulas que determinam a extensão permitida e o tamanho de uma viga dependem de uma série de variáveis como espécie, grau, tamanho, limite de deflexão e tipo de carga. Você mesmo pode fazer esses cálculos ou usar tabelas de expansão. Os especialistas técnicos calcularam muitas combinações dessas variáveis e apresentam uma variedade de soluções na forma de tabelas de expansão.

As tabelas de expansão de madeira serrada são ferramentas convenientes. Você apenas procura a distância que precisa percorrer; combinar a carga por pé de viga com os valores apropriados de Fb (resistência) e E (rigidez) listados; e bang: você tem um vencedor! As tabelas de expansão são fáceis de usar, mas têm limitações. Eles não fornecem resultados ajustados. A maioria das tabelas de vigas lista apenas valores para vãos de pés inteiros como 110 ″, 120 ″, etc. E, embora as tabelas de amplitude forneçam dados limitados, são muito longas. American Forest & Dados de projeto estrutural de madeira da Paper Association fornecem recomendações de extensão para vigas de madeira serrada de até 32 pés, mas a tabela tem 140 páginas pesadas. O WSDD é um livro extremamente útil (WSDD custa US $ 20. Ligue para 800-890-7732). Obtenha-o para sua biblioteca de referência. As tabelas WSDD listam apenas valores para vigas de madeira sólida com limites de deflexão de L / 360. Mas você pode enganar as tabelas WSDD para que forneçam valores para vigas 2-by duplas ou triplas com outros limites de deflexão. Basta fazer o seguinte:

Os fabricantes de madeira projetada são rápidos em apontar que seus produtos oferecem resistência e rigidez superiores. As afirmações são basicamente verdadeiras, mas você paga pelo desempenho aprimorado. Características de redução de resistência como nós, grau e inclinação do grão são controladas durante o processo de fabricação para que o produto final represente um uso mais eficiente da fibra de madeira. A madeira trabalhada é consistente de uma peça para a outra porque cada peça é feita mais ou menos da mesma forma. Não importa o produto que você especificar, o desempenho estrutural é controlado pela resistência (Fb) e rigidez (E). Um produto LVL com Fb de 3100 carregará mais carga do que um produto LVL com Fb de 2400. Portanto, tome cuidado ao comparar produtos. Todos esses produtos de alto desempenho são econômicos em algumas aplicações. E, às vezes, eles fazem ou quebram um design.

As mesas de expansão para madeira projetada são usadas de uma maneira muito semelhante àquelas para madeira serrada. Os códigos de construção permitem reduções nas cargas vivas com base na duração da carga.Por exemplo, um telhado é submetido a uma carga total de neve apenas uma pequena porcentagem do tempo durante o curso de um ano, então isso é levado em consideração no cálculo de carga do telhado. Normalmente, cada fabricante aplica automaticamente essas reduções e identifica claramente a aplicação apropriada nas várias tabelas para as condições do piso e do telhado. Tenha cuidado: alguns fabricantes exigem que você ajuste a inclinação das cargas do telhado. Em outras palavras, alguns fabricantes não baseiam as cargas do telhado na projeção horizontal, mas sim no comprimento real da viga. Leia atentamente a literatura antes de atribuir cargas de telhado por pé de viga de cumeeira ou plataforma. Normalmente, os valores de cisalhamento são incorporados às tabelas e o comprimento do rolamento necessário nas extremidades das vigas também é fornecido. As tabelas são limitadas a extensões de pés inteiros, mas os valores podem ser interpolados para comprimentos fracionários. As tabelas usadas para dimensionar a madeira serrada projetada são fornecidas gratuitamente pelos fabricantes.

Para dimensionar vigas projetadas e coletores, você começa com carga por pé de viga. Com madeira projetada, você usa valores de carga viva e carga morta. A carga ativa determina a rigidez e a carga total é usada para determinar a resistência. As etapas de dimensionamento são:

Case House

Há uma lista incrivelmente longa de opções a serem consideradas ao especificar vigas ou cabeçotes serrados e projetados. Tentei simplificar o processo escolhendo vários materiais populares e dimensionando-os para um gabinete. Os aplicativos e extensões selecionados são arbitrários, mas comuns. Certamente existem muitos cenários de carregamento diferentes dos demonstrados. Você deve verificar as condições de carregamento para cada aplicativo antes de dimensionar vigas e cabeçalhos. No entanto, este exercício lhe dará uma ideia de como madeira serrada, LVL, Parallam, Timberstrand e Anthony Power Beam se comparam em várias aplicações.

Usando tabelas de span, dimensionei vários elementos estruturais para 2 condições climáticas. Um conjunto de elementos está em um clima com carga de neve de 50 libras e o outro em um clima sem neve de 20 libras. Ambas as cargas são tratadas como cargas vivas. As aplicações são: (ver diagramas e cálculos para cada condição)

Depois de determinar as cargas, dimensionei e calculei o preço das vigas necessárias para transportar as cargas. Considerei cinco condições diferentes, para ver como as opções eram comparadas umas às outras.

Considerações

A madeira serrada tem suas limitações. Sua resistência à flexão costuma ser apenas 1/2 da dos produtos de madeira artificial. Como resultado, ele não cobre grandes distâncias, vem em tamanhos de apenas 2 × 12 e alguns tipos estruturais nem sempre estão disponíveis. Classes estruturais selecionadas são encomendadas de forma especial em muitos locais. Além disso, nem todas as espécies estão prontamente disponíveis. Por exemplo, Douglas-fir é difícil de comprar em alguns mercados orientais. Mas no geral, para vãos curtos, a madeira serrada é difícil de bater.

A madeira laminada laminada (LVL) é forte, rígida e versátil. Ele abrange longas distâncias. Consegui usar o LVL para todas as aplicações do case. Normalmente, o LVL vem com 1 ¾ ”de espessura e varia em profundidade de 7 ¼” a 18 ″. Para ajustar o potencial de carga de uma viga LVL, basta adicionar outra camada na lateral da viga. O trabalho é um fator. Leva tempo para laminar várias camadas de LVL. Mas a vantagem é que 2 trabalhadores geralmente podem lidar com o peso de cada laminação conforme ela é montada. O LVL é um item de estoque na maioria dos depósitos de madeira e é familiar para a maioria dos responsáveis pelo código de construção e projetistas.

Anthony Power Beam (APB) é relativamente novo no mercado de vigas estruturais, posicionado para competir com o LVL e Parallam. APB é um produto de viga laminada que vem nas larguras de 3 1 / 2ö e 5 1 / 2ö para corresponder às espessuras de parede padrão 2 × 4 e 2 × 6. As profundidades variam de 7 ¼ ”a 18 ″, combinando com as profundidades padrão da viga I. Há também uma versão 7ö mais ampla disponível em profundidades de até 28 7/8 ″. O APB requer muito pouco trabalho porque vem “totalmente montado”, mas é bastante pesado. O coletor de garagem de 18 pés para nossa casa pesa 380 libras. O APB é um produto novo e sua penetração é um tanto limitada, então você pode ter que procure um fornecedor local. Ligue diretamente para a Anthony Forest Products para encontrar um distribuidor.

Parallam, fabricado por Trus Joist MacMillan (TJM), virtualmente define o termo: madeira serrada paralela (PSL). PSL é um conjunto de fios longos e finos de folheado de madeira colados para formar comprimentos contínuos de viga. A fibra de madeira utilizada é forte e rígida. Diversas larguras de 1 ¾ ”- 7 ″ estão disponíveis em profundidades de 9 ¼” – 18 ″. As dimensões do Parallam são compatíveis com outros produtos de madeira de engenharia, como vigas em I e LVL. O Parallam existe há algum tempo, mas ainda – nem todos os tamanhos estão disponíveis em todas as regiões. É melhor planejar seu projeto bem antes do previsto. Como o APB, o Parallam vem totalmente montado e é comparativamente pesado. É uma boa escolha para longos vãos livres onde madeira serrada é impraticável.

TimberStrand FrameWorks Header, uma madeira laminada (LSL) feita pela TJM, é a última entrada na competição de vigas e cabeçalhos estruturais. O LSL é feito com o aprimoramento da fibra de álamo e álamo de baixo valor em material estrutural de alto grau. Os valores Fb e E certamente não são páreo para APB, LVL e PSL, mas o desempenho do TimberStrand é impressionante. Funcionou para a maioria das aplicações em nosso case house. É importante notar que a aplicação do coletor de porta de garagem de 18 pés empurrou TimberStrand além de seu limite estrutural. O Cabeçalho TimberStrand vem apenas em larguras de 3 ½ ”em profundidades que variam de 4 3/8 ″ a 18 ″. Este produto é novo e os distribuidores não querem estocar estoque. É uma opção econômica para muitas aplicações, mas pode ser muito difícil de encontrar.

Comparação de produtos

A Tabela 1 consolida carga, tamanhos e dados de custo para todos os formulários. Os vãos do cabeçalho são típicos para uma janela e uma porta de pátio. A extensão da crista estrutural representa o tamanho de uma grande sala de família. A extensão da viga é baseada no tamanho de uma sala de jogos de tamanho médio. E o cabeçalho da porta da garagem é baseado em uma abertura de porta de garagem para 2 carros.

Clique para ver a Tabela 1

Todas as ilustrações são fornecidas por cortesia do Journal of Light Construction.