Kaltgeformter Pfettenentwurf aus Stahl mit der SkyCiv-Software
Was ist eine Stahlpfette??
Kaltgeformte Stahlpfetten sind Längsträger, die zur Aussteifung von Fachwerken oder Sparren eingesetzt werden. Seine Hauptfunktion besteht darin, äußere Lasten, die auf das Dach wirken, auf den Obergurt des Dachstuhls zu übertragen. Das Design von Pfetten basiert idealisiert auf einer stiftverbundenen Struktur, bei der der Abstand der Träger als Spannweite und ihre Enden als Verbindungen betrachtet werden. Auf die Pfette wirken häufig Schwerkraft- und Windlasten ein, die zum Durchhängen des Elements führen. Zur seitlichen Abstützung der Pfetten, Durchhangstangen werden an einzelnen Punkten angebracht.
Abgesehen von der Verwendung in Dachsystemen, Pfetten können auch als Träger für Wandverkleidungen verwendet werden. Das Bild unten zeigt einen typischen Stahlrahmen mit Pfetten.
Abbildung 1: Typische Gebäuderahmen aus Metall (Abgerufen aus AISI Design Guide D111-09)
Gängige Arten kaltgeformter Dachpfetten
C- und Z-Profile sind die gängigsten Formen für kaltgeformte Stahlpfetten. Wie ihre Namen andeuten, Diese Abschnitte sind entsprechend dem Buchstaben im Alphabet gebogen (während das Biegemoment berechnet wird, indem diese Kräfte um die neutrale Achse aufgelöst werden 2). Von Pfetten sind punktsymmetrisch, und manchmal sind ihre Flansche leicht ungleichmäßig gefertigt, um eine Überlappung zu ermöglichen. In der Zwischenzeit, C Pfetten haben einen etwas geringeren vertikalen Widerstandsmoment, Dadurch sind sie für Dächer mit geringerer Neigung vorteilhafter. Jede Form hat ihre eigenen Vor- und Nachteile; Es ist Sache des Ingenieurs, die geeignete Pfette auf der Grundlage der Projektanforderungen zu beurteilen.
Abbildung 2: Gemeinsame C- und Z-förmige Pfetten
Bei Montage auf dem Dach, Pfetten werden im Allgemeinen miteinander überlappt, sorgt für Kontinuität in der Sektion. Die Verbindung erfolgt üblicherweise mit Maschinenschrauben durch die Stege überlappter Pfetten.
Wenn es um sein Design geht, Lasten werden auf die Normal- und Tangentialachsen des Querschnittsschwerpunkts ausgeübt. So, Hauptsächlich wird die biaxiale Biegung geprüft. Es wird davon ausgegangen, dass Torsionseinwirkungen auf das Bauteil aufgrund der teilweisen seitlichen und Torsionseinschränkungen durch die Dachschalung vernachlässigt werden.
Vorteile von kaltgeformtem Stahl gegenüber anderen Materialien
Dieser Artikel konzentriert sich auf die Verwendung von kaltgeformtem Stahl (CFS). Diese Art von Stahl wird aus dünnen Blechen hergestellt, aus dem Wort selbst, wird durch Kaltumformverfahren wie Pressen und Walzen hergestellt, Dadurch ist es im Vergleich zu warmgewalzten Blechen haltbarer. Im Gegensatz zu Holz, Kaltgeformter Stahl bietet eine längere Lebensdauer, da er resistent gegen Schimmel und Ungeziefer ist.
Da es leicht ist, CFS ist einfacher zu installieren und kann sogar recycelt werden, wenn das Dachsystem entfernt oder geändert wird. Bei richtiger Konstruktion und Gestaltung, CFS-Strukturen können extremen Umweltbelastungen standhalten und sind damit eines der widerstandsfähigsten Materialien auf dem Markt.
Verwendung des SkyCiv Purlin-Kapazitätsrechners
Mit dem SkyCiv Pfetten-Lastkapazitätsrechner. Die Berechnungen basieren hauptsächlich auf AISI, ASCE, und AISC-Codes. Im Gegensatz zu den typischen Kapazitätstabellen der Hersteller für Pfetten, Dieser Rechner bietet einen vereinfachten Ansatz zur Überprüfung der Kapazität des Abschnitts unter Berücksichtigung seiner geometrischen und Materialeigenschaften, Dachkonfiguration, und Lasten.
Mit diesem Rechner kann der Benutzer standardmäßige und kundenspezifische C- und Z-Pfetten eingeben. Außerdem ist die Eingabe der Feldlänge erforderlich, Welches ist das Pfettenspannweite, bleibt die Pfettenabstand, Dachwinkel, und die Position der Durchhangstange, Das ist entweder der Mittelpunkt oder der dritte Punkt. Zur Vervollständigung der Analyse werden auch Lastfälle verwendet, die den ASD-Entwurfsansatz anpassen.
Die folgende Abbildung zeigt die Beispielausgabe des Rechners:
Abbildung 3: Ausgabe des Pfettenkapazitätsrechners
Hier werden die Pfetteneigenschaften zusammen mit dem vom Benutzer angegebenen Pfettenabstand angezeigt. Außerdem werden die maßgebenden Lasten angezeigt, die aus der kritischsten Lastkombination berechnet wurden. Die Pfettenkapazität wird durch die Kombination der Nutzverhältnisse aus der Dimensionsgrenze charakterisiert, kombinierte Biegebeanspruchung, Scherbeanspruchung, und Durchbiegung ausgesetzt sein.
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Verweise:
- Konstruktionsleitfaden für Pfettendachrahmensysteme aus kaltgeformtem Stahl (AISI-Designhandbuch D111-09) . Amerikanisches Eisen- und Stahlinstitut, 2009.
- folgen, William T. Steel Design 6. Auflage. Cengage-Lernen, 2018.
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BSc (Bürgerlich)
