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Tutoriel de treillis 3: Exemple de conception de fermes de toit

Concevoir des fermes de toit à l'aide de SkyCiv

Dans ce tutoriel, nous allons concevoir une ferme de toit pour un garage avec les informations suivantes:

Localisation: 8050 SO Beaverton Hillsdale Highway, Portland, OR 97225, États-Unis
Longueur du bâtiment: 10.0m
Largeur du bâtiment: 7.0m
Hauteur d'avant-toit: 4.0m
Hauteur de la ferme de toit: 2.0m
Angle de toit: 29.745°
Enceinte: Bâtiment ouvert

Nous utiliserons une forme en L (AISC) section pour la ferme de toit, isoler le treillis critique (espacés de 3,33m) et l'analyser comme un assemblage de fermes simplement appuyées.

Visitez nos autres tutoriels pour plus d'informations sur la définition de treillis et types de treillis structuraux classiques. Ou essayez notre Calculateur de fermes en ligne pour tester et calculer les forces axiales pour les fermes, toit et chevrons.

Figure 1. 3D Rendu de la structure.

Figure 2. Localisation du site.

Charges de toit

Lors de la conception des composants, nous évaluerons les charges de toit agissant sur les fermes de toit. Notez que la charge de vent à utiliser ici sera pour les composants et le revêtement pour la conception des éléments de ferme de toit.

Dans la conception des éléments de ferme de toit, ASCE 7-16 Combinaisons de charges LRFD sera utilisé.

Poids mort

Nous supposerons que les charges suivantes seront supportées par les fermes de toit:

Feuilles de toit et accessoires: 0.15 kPa (appliqué à la membrure supérieure)
Plafond: 0.25 kPa (appliqué à la membrure inférieure)

Le poids propre sera vérifié lorsque nous aurons déjà la section initiale et itérera la conception à partir de ces données. Pour les fermes de toit, en utilisant un espacement égal à 3,33 m de centre à centre (membre critique), la charge permanente superposée est:

${W}_{mort,Haut} = 0.15kPa(3.33m) = 0.5 kN / m $
${W}_{mort,bas} = 0.25kPa(3.33m) = 0.833 kN / m $

Charge en direct

De la table 4.3-1 de l'ASCE 7-16, la charge utile pour les toits (appartement ordinaire, hanche, et toits courbes) est égal à 0.96 kPa. Par conséquent, pour les fermes de toit:

${W}_{vivre} = 0,96 kPa(3.33m) = 3.197 kN / m $

Notez que la surcharge agissant sur la ferme de toit, on suppose qu'il agit sur la projection horizontale de la zone. Puisque nous allons l'appliquer sur l'accord supérieur, nous allons simplement multiplier cette charge par la longueur du membre, et appliquez-le aux nœuds supérieurs de l'accord.

Charge de vent

Pour la charge de vent, nous utiliserons le calcul de la pression du vent pour les composants et le revêtement (Chapitre 30 de l'ASCE 7-16). Nous utiliserons le Générateur de charge SkyCiv pour calculer les charges de vent agissant sur les fermes de toit.

Les informations suivantes sont utilisées pour le calcul des pressions du vent:

Localisation	8050 SO Beaverton Hillsdale Highway, Portland, OR 97225, États-Unis
Catégorie de risque	I (Garage)
Longueur du bâtiment	10.0 m
Largeur du bâtiment	7.0 m
Hauteur moyenne du toit	5.0 m
Angle de toit	29.745°

Basé sur l'image satellite de Google Maps, nous pouvons voir que toutes les directions sont classées dans la catégorie d'exposition B.

Figure 3. Emplacement de la structure et catégorie d'exposition pour chaque direction au vent.

Aussi, certaines directions ont des collines mais l'effet de la topographie est négligeable car l'emplacement de la structure se trouve sur la moitié inférieure de la hauteur entre le pied au vent et l'élévation maximale. Par conséquent, Kzt est égal à 1.0 pour toutes les directions.

Figure 4. Carte d'élévation de Google Maps et le facteur topographique correspondant pour le vent venant de la direction sud.

Dans l'onglet Données de structure, nous sélectionnerons Open-Pitched/Duopicth comme profil de toit car le garage n'est pas entouré de murs. Prenez note que la longueur du bâtiment, L, voici la distance perpendiculaire à la pente du toit, et la hauteur moyenne du toit, h, est la moyenne de la hauteur de l'avant-toit et de la hauteur du sommet du toit.

Figure 5. Données structurelles.

Sur le "Calculer la charge de vent" paramètres, nous devons définir le type de structure sur ASCE 7-16 – Bâtiments – Composants et revêtement puisque nous concevrons la ferme de toit en tant que composants. La classification de l'enceinte est définie sur Bâtiments ouverts et le blocage du vent est défini sur "Dégagé ou vide sous" comme, pendant les typhons, les voitures ci-dessous ne bloqueraient pas plus de 50% de la zone de vent ci-dessous. Pour le domaine du revêtement de toiture, nous calculerons la surface de vent effective pour les fermes de toit.

La zone de vent efficace pour la ferme de toit – la longueur est égale à 3,33 m:

${A}_{charpente} $ = espacement x longueur = 3,33 m(7.0m) =$ 23.31 {m}^{2} $

Par contre, dans la section 26.2 de l'ASCE 7-16, par définition de la zone de vent efficace, il n'est pas nécessaire que la largeur efficace soit inférieure à un tiers de la longueur de la portée. Par conséquent:

${A}_{charpente} $ = espacement x longueur ≥ (longueur/3) x longueur = 3,33 m (7m) ≥ (7m/3) (7m) = $ 23.31 {m}^{2} $

L'entrée pour la charge de vent est la suivante:

Figure 6. Paramètres de vent pour bâtiment ouvert – composants et revêtement.

À partir de ces paramètres, les pressions de vent de conception peuvent être calculées:

Figure 7. Pressions du vent pour chaque zone.

Étant donné que les pressions du vent pour les zones 1, 2, et 3 sont tous pareils, le zonage n'aura pas d'importance. Par conséquent, pour la charge du toit sur la ferme, nous aurons deux cas – le positif (ou max) cas et négatif (ou min) Cas:

${W}_{vent +} = 0,651kPa (3.33m) = 2.168 kN / m $
${W}_{vent-} = -0.453kPa (3.33m) = -1.508 kN / m $

Notez que la valeur positive ici signifie que la pression agit vers et perpendiculairement à la surface du toit et la valeur négative signifie que la pression agit à l'opposé et perpendiculairement à la surface du toit.

Charge de neige

Utilisation des mêmes données de site que celles utilisées dans Wind Load:

Localisation	8050 SO Beaverton Hillsdale Highway, Portland, OR 97225, États-Unis
Catégorie de risque	I (Garage)
Longueur du bâtiment	10.0 m
Largeur du bâtiment	7.0 m
Hauteur moyenne du toit	5.0 m
Angle de toit	29.745°

Sur les paramètres "Calculer la charge de neige", nous devons définir la "Catégorie de terrain" sur "B" (identique à la catégorie d'exposition), la "Condition d'exposition du toit" à "Entièrement exposée" et la "Condition thermique" à "Structures non chauffées et à ciel ouvert" puisqu'il s'agira d'un garage dans l'espace ouvert. La « condition de toit en pente » est définie sur « glissant » car le matériau de toiture à utiliser est G.I.. feuille. De plus, nous considérerons le cas déséquilibré pour l'emplacement utilisant le toit à pignon symétrique.

Figure 8. Paramètres de charge de neige.

Génération de la charge de neige, la charge de neige équilibrée sur le toit est égale à 0.23 kPa.

Figure 9. Résultat de charge de neige équilibré.

Pour le cas déséquilibré, nous devons considérer le chargement d'un côté (p1) égale à 0 et l'autre (p2) égale à 0.42 kPa.

Figure 10. Résultat de charge de neige déséquilibré pour le toit à pignon.

Par conséquent, la charge de neige sur les pannes et les fermes de toit est la suivante:

${W}_{charpente,équilibré} = 0.23 kPa (3.33m) = 0.766 kN / m $
${W}_{charpente,p1 déséquilibré} = 0 kN / m $
${W}_{charpente,p2 déséquilibré} = 0.42 kPa (3.33m) = 1.399 kN / m $

Idem avec charge vive, la charge de neige agit sur la projection horizontale de la surface effective et doit être convertie en une charge inclinée agissant sur la membrure supérieure de la ferme de toit. Par conséquent:

${W}_{charpente,équilibré} = 0.766 kN / m / cos(29.745°) = 0.882 kN / m $
${W}_{charpente,p1 déséquilibré} = 0 kN / m $
${W}_{charpente,p2 déséquilibré} = 1.399 kN/m/cos(29.745°) = 1.611 kN / m $

Démarrer le calcul de la ferme de toit avec SkyCiv:

Conception de fermes de toit

Utilisation du SkyCiv S3D, nous pouvons analyser la charpente du toit:

Nous supposerons que la ferme de toit est simplement appuyée et sera analysée en 2D en ajoutant des appuis sur chaque nœud avec le code RRFRRR pour fixer uniquement le déplacement de l'axe Z. La section initiale que nous utiliserons est une forme AISC L – 2.5"x2.5"x3/16". Aussi, les membres sont modélisés en treillis – où la fixité des nœuds est libérée pour le Y local- et axe Z. Appliquer les charges de toit et multiplier chaque charge que nous avons calculée ci-dessus à la longueur de l'élément pour la convertir en charges nodales: