Haben Sie als Kind jemals ein Haus als Quadrat mit einem Dreieck oben gezeichnet?? Wussten Sie, dass Sie neben den Hauswänden tatsächlich auch zwei Sparrenbalken gezeichnet haben, die zu den wichtigsten Balken in einem Dachstuhlsystem für Wohngebäude gehören?! Dachstühle für Wohngebäude bestehen aus zwei gekoppelten Sparren, die die traditionelle dreieckige Dachform bilden, die Kinder gerne zeichnen.

Ein Sparren ist eines der Schlüsselelemente im Dachrahmen und dient als Hauptelement zur Unterstützung der Dachlatten (oder Pfetten) die wiederum die Dachbahn tragen. Ein Sparren ist ein geneigter Balken, der vom Dachfirst herabläuft (oder Höhepunkt) bis zur Traufe entlang der Gebäudeseite.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, mit SkyCiv einen Sparren zu entwerfen.

Die einfachste Methode besteht darin, die Sparrenentwurfsmaßnahmen auf die anzuwenden Schnelldesign-Modul für den jeweiligen Designstandard. Diese Methode erfordert nur wenige Eingaben in den Sparrenrechner, sodass Sie in weniger als einer Minute einen Sparrenträger entwerfen können. Da das Modul in die SkyCiv-Abschnittsdatenbank und die SkyCiv-Materialdatenbank integriert ist, können Sie leicht verfügbare Abschnittsgrößen und Materialien auswählen, ohne sich externe Referenzen ansehen zu müssen.

Wenn Sie jedoch mehr als einen einzelnen Sparren entwerfen müssen, und müssen auch den Firstbalken des Dachstuhls entwerfen, Deckenbalken, Die Verwendung von Dachlatten oder anderen Elementen in einem Holzwohnhaus könnte eine robustere Lösung sein SkyCiv S3D. Der Vorteil der Konstruktion eines Modells mit S3D besteht darin, dass Sie nur einmal Lasten auf die Struktur aufbringen müssen und SkyCiv automatisch die Entwurfskräfte für jedes Element in der Struktur berechnet. Mithilfe der SkyCiv-Integration für die Konstruktion von Holzbauteilen können Sie schnell und einfach für alle Bauteile im Holzrahmen gleichzeitig entwerfen. Weitere Informationen finden Sie unter diesen Leitfaden wie man mit SkyCiv mit dieser Methode eine Holzkonstruktion entwirft.

Da das Quick Design-Modul vom Benutzer die Eingabe der Entwurfsaktionen erfordert, sind möglicherweise einige vorläufige Berechnungen erforderlich, die im folgenden Abschnitt erläutert werden.

Tote Lasten

Zu den Eigenlasten zählen das Eigengewicht der Sparren, aber auch das Gewicht der unterstützten Elemente wie Dachlatten, die Dachbahnen/Dachziegel und jegliche Isolierung oder andere Materialien, die möglicherweise von den Sparren getragen werden. Das Material der Dachbahn kann einen erheblichen Einfluss auf die Bemessungslasten der Sparren haben - Fliesen können sein 5 mal schwerer als Dachbahnen!

Tabelle A2 der AS 1170.1:2002 hat die folgenden Materialgewichte für gängige Dachmaterialien:

• 0.80 mm dick Standardverzinktes Wellblech : 0.10 kPa
• Terrakottafliesen (Französisches Muster) - 0.57 kPa
• Betonfliesen - 0.53 kPa

Nutzlasten

Bei Ereignissen wie dem Klettern eines Arbeiters auf ein Dach für Wartungsarbeiten sind Verkehrslasten erforderlich. Die bei der Konstruktion verwendete Nutzlast hängt von der Konstruktionsnorm ab, die für die Konstruktion des Sparrens verwendet wird.

Für Australien das AS/NZS 1170.1:2002 legt fest, dass für Strukturelemente in Hausdächern gleichmäßig verteilte Einwirkungen gelten müssen 0.25 kPa und die konzentrierten Aktionen (separat geprüft) muss 1.1 kN (an der schlechtesten möglichen Position).

Die ASCE 7-22 hat ein typisches 20 psf (0.96 kPa) Nutzlast für Dächer. Die Nutzlast kann von diesem Wert auf bis zu reduziert werden 12 psf abhängig von den Berechnungen im Abschnitt 4.8.2 des Standards.

Schneelasten

Schneelasten können erhebliche vertikale Kräfte auf die Sparren ausüben und hängen von der Dachneigung ab.

Mit dem können Schneelasten erzeugt werden SkyCiv-Schneelastgenerator. Wenn der Sparrenentwurf in SkyCiv S3D abgeschlossen wird, dann Integrierter Schneelastgenerator kann verwendet werden.

Windlasten

Windlasten können seitliche Kräfte auf eine Struktur ausüben, denen die Sparrenbalken teilweise standhalten. Wind auf der Leeseite des Gebäudes kann auch dazu führen, dass die Sparren nach oben gezogen werden, was bedeutet, dass die Sparren auch den Auftriebskräften standhalten müssen.

Windlasten können mit berechnet werden SkyCiv Windlastgenerator. Wenn der Sparrenentwurf in SkyCiv S3D abgeschlossen wird, dann Integrierter Windlastgenerator kann verwendet werden.

Sparren unterliegen den gleichen Lastkombinationen wie andere Bauteile in Gebäudestrukturen. Zum Beispiel die ASCE 7-22 Grundlastkombinationen für die Festigkeitsbemessung sind:

1. 1.4D.
2. 1.2D. + 1.6L. + (0.5Lr oder 0,3S oder 0,5R)
3. 1.2D. + (1.6Lr oder 1.0S oder 1.6R) + (L oder 0,5 W.)
4. 1.2D. + 1.0 W. + L. + (0.5Lr oder 0,3S oder 0,5R)
5. 0.9D. + 1.0 W.

wo:

• D. = Totlast
• L. = Nutzlast
• Lr = Nutzlast des Daches
• S. = Schneelast
• R. = Regenlast
• W. = Windlast

Sparren sollten darauf überprüft werden, dass sie die erforderlichen Durchbiegungsgrenzen nicht überschreiten. Übliche Durchbiegungsgrenzen sind L/240 für Nutzlasten und L/180 für Gesamtlasten (tot + Leben) in der IBC referenziert.

Das NDS 2018 gibt die Gesamtsparrendurchbiegung nach der Gleichung an.

ΔT = Kcr * ΔLT + ΔST

wo:

• ΔT =Gesamtsparrendurchbiegung
• ΔLT= unmittelbare Sparrendurchbiegung aufgrund der Langzeitkomponente der Bemessungslast
• ΔST= Sparrendurchbiegung aufgrund der kurzfristigen Komponente der Bemessungslast
• Kcr = zeitabhängiger Kriechfaktor, typischerweise 1.5 oder 2.0.

Sparrenbalken werden traditionell aus starken, langlebigen Materialien hergestellt, die die erforderliche Dachlast tragen und Umwelteinflüssen standhalten können. Leichte Materialien werden bevorzugt, da der Sparren sein Eigengewicht tragen muss und auch einfacher zu installieren ist, da Arbeiter die Sparren in Position heben müssen.

Die gebräuchlichsten Materialien für Dachsparren sind:

• Holz: Holzsparren sind am gebräuchlichsten, da sie eine kostengünstige und leichte Lösung darstellen und seit Jahrzehnten in Wohndachstühlen verwendet werden.
• Holzwerkstoffprodukte: Wenn in einem Wohndachstuhl zusätzliche Festigkeit erforderlich ist, Sparren aus Holzwerkstoff (LVL-Sparren oder Brettschichtholzsparren) bieten eine einfache Möglichkeit, die Festigkeit zu erhöhen und gleichzeitig die Verwendung standardmäßiger Holz-Holz-Verbindungen im gesamten Dachstuhl zu ermöglichen.
• Kaltgeformter Stahl: Kaltgeformte Stahlsparren bieten eine leichte Alternative zu Holz mit guter Korrosionsbeständigkeit und Feuerbeständigkeit.
• Stahl : Stahlsparren bieten eine schwerere, aber stärkere Lösung als die alternativen Optionen. In gewerblichen Anwendungen könnte Stahl die kostengünstigste Lösung für Sparren sein und kann auch erforderlich sein, um größere Spannweiten als die anderen Sparrentypen zu erreichen.

Die SkyCiv-Holzbalkenrechner können für Holz- und Holzwerkstoffsparrenkonstruktionen verwendet werden, die die gängigsten Materialarten für Sparren darstellen. Für die Bemessung von Stahlsparren und kaltgeformten Stahlsparren können die folgenden Werkzeuge als Sparrenrechner verwendet werden:

• Entwurfsrechner für kaltgeformten Stahl:
• AISI S100-16 Pfettendesign
• AS 4600:2018 Kombiniertes Biegen/Axial
• IM 1993-1-3 Pfettendesign
• Rechner für die Stahlkonstruktion
  • AS 4100 Stahlkonstruktionsrechner
  • AISC 360 Stahlkonstruktionsrechner
  • CSA S16-14 Stahlträger-Rechner

Typischerweise besteht ein Dach aus gemeinsame Sparren die vom Firstbalken bis zur Dachtraufe verlaufen. Allerdings sind in der Regel mehrere andere Arten von Sparren erforderlich, um die gesamte Dachstuhlstruktur zu bilden, und Sie können auf der Baustelle oder bei der Planung einige dieser Schlüsselbegriffe beachten.

Gemeinsamer Sparren

Übliche Sparrenelemente haben eine einheitliche Länge, die vom Dachfirst bis hinunter zur Dachtraufe reicht.

Hüftsparren

Diagonale Elemente, die von der Ecke eines Daches bis zum Ende eines Firsts verlaufen.

Jack Rafter

Jack Sparren (auch Kriechsparren genannt) Laufen Sie nicht über die gesamte Länge der Piste. Es gibt verschiedene Arten von Dachsparren:

• Valley Jack Rafter: Sparrenbalken, der vom First bis zum Kehlsparren verläuft
• Hip Jack Rafter: Sparrenbalken, der vom Gratsparren bis zur Traufe verläuft
• Verkrüppel Jack Rafter: Sparrenbalken, der vom First bis zum Kehlsparren verläuft

Deckenbalken

Obwohl ein weiterer integraler Bestandteil des Dachstuhls, Deckenbalken gehören nicht zu den Sparren, da sie im Inneren des Gebäudes sitzen und die Decke stützen (intern) statt der Dachfolie (extern). Sie sind besser vor Umwelteinflüssen wie Wind und Schnee geschützt, die durch Sparrenbalken abgewehrt werden.

Ein Firstbrett ist ein nicht tragendes Element, das zur Unterstützung der Sparrenenden dient. Wenn im Dach ein Dachträger mithilfe von Sparren- oder Kragenbindern gebildet wird, muss der First keinen Konstruktionskräften standhalten und muss lediglich Steifigkeit und eine Oberfläche zum Festnageln der Sparren bieten, damit diese Kräfte auf die gegenüberliegenden Sparren übertragen können.

Für den Fall, dass ein offenes Dach im Kathedralenstil gewünscht wird und keine horizontalen Anker vorhanden sind, funktioniert die Struktur nicht mehr als Fachwerk. In diesem Fall erfordert der First einen Strukturbalken (ein Firstbalken) das an beiden Enden abgestützt ist und eine Endunterstützung für die Sparren bietet.

• I-Träger-Lastkapazitätsrechner
• Aluminium-Design-Rechner
• Gerüstbau-Design-Rechner

SkyCiv bietet eine breite Palette von 3D Strukturanalyse-Software für Ingenieure. Als ein sich ständig weiterentwickelndes Technologieunternehmen sind wir bestrebt, bestehende Arbeitsabläufe zu erneuern und zu hinterfragen, um Ingenieuren bei ihren Arbeitsprozessen und Entwürfen Zeit zu sparen.