Introduzione alla progettazione di travi in ​​legno con CSA-O86-14

Le travi in ​​legno vengono utilizzate per un gran numero di applicazioni, dalle travi di testata sulle aperture alle travi strutturali per sostenere pavimenti o tetti. Offrono un prezzo economico, Soluzione leggera e facile da installare per l'inquadratura in Canada.

In Canada, IL "CSA-O86: Progettazione ingegneristica in legno” lo standard delinea i mezzi e i metodi per progettare strutture in legno in Canada. Lo standard copre tutto, dalla progettazione dei pannelli CLT alla capacità di una connessione chiodata. Per la costruzione media in Canada, il sesto capitolo intitolato “Segato” è di particolare interesse.

Proprietà dei materiali del legname segato

Legname segato, Come suggerisce il nome, è legname segato da un albero più grande. Questi membri sono disponibili in molte dimensioni, specie e gradi. In Canada, il controllo di qualità, l'identificazione e la classificazione del legname sono supervisionate dalla National Lumber Grades Authority (NGLA).

Contenuto di umidità

Una proprietà importante del legno, rispetto ad altri materiali da costruzione come l’acciaio o il cemento, è il contenuto di umidità interna. I membri del legno si espandono e si contraggono con i cambiamenti nel loro contenuto di umidità, nei processi chiamati rigonfiamento igroscopico e ritiro igroscopico. Il contenuto di umidità nel membro del legno dipende da, tra l'altro, l'umidità relativa dell'ambiente. Il contenuto di umidità iniziale di un albero appena tagliato è nella media 75%. Per stabilizzare la variazione dimensionale e ridurre i rischi di crescita di muffe, i produttori di solito asciugano i membri del legno fino a un contenuto di umidità di 19% prima di venderli. Questa condizione è nota come “S-DRY” ed è spesso stampigliata su ogni singolo membro essiccato.

Categorie

Determinare le proprietà meccaniche degli elementi in legno, lo standard CSA-O86 divide tutti i membri in legno in categorie, specie e gradi. Le categorie si riferiscono alla componente dimensionale e di orientamento degli elementi in legno. Le categorie sono elencate di seguito:

1. Inquadratura leggera strutturale: Elementi strutturali con profondità inferiore a 286 mm.
2. Inquadratura leggera: Piccoli elementi in legno per tecniche di incorniciatura leggera.
3. Trave e cosciale: Elementi strutturali larghi almeno 114 mm e alti almeno 51 mm in più rispetto alla larghezza.
4. Posta e legname: Elementi strutturali larghi almeno 114 mm e un'altezza inferiore a 51 mm in più rispetto alla larghezza.

Gruppi di specie

Mentre in Canada ci sono innumerevoli specie di legno, lo standard CSA-O86 li raggruppa in quattro gruppi di specie distinti:

1. Abete di Douglas Larice, che include: Abete di Douglas e larice occidentale
2. Orlo-Per, che include: Cicuta della costa del Pacifico e abete Amabilis
3. Abete-Pino-Abete, che include: Abete rosso, Jack pino, Pino contorto, Abete Balsamico e Abete Alpino
4. Specie settentrionale, che è un gruppo generico per qualsiasi altra specie canadese classificata dalla NLGA

Grado

Finalmente, ogni singolo membro viene classificato visivamente secondo le regole della NLGA "Regole di classificazione standard per il legname canadese" o classificato a macchina secondo un'agenzia di classificazione accreditata per la classificazione con mezzi meccanici in Canada. Le regole di classificazione visiva considerano molte caratteristiche dell'elemento in legno, compresa la dimensione del nodo, posizionamento del nodo, torsione del membro, campo dei membri e coppa dei membri. La classificazione della sollecitazione meccanica utilizza una macchina specializzata per determinare la rigidità flessionale dell'elemento in legno, che è correlato alla resistenza alla flessione dell’elemento.

Design

Con la categoria del membro del legno, gruppo di specie e grado, possiamo facilmente utilizzare le tabelle dello standard CSA-O86 per determinare le proprietà meccaniche dell'elemento in legno. A fianco delle combinazioni di carico calcolate secondo la National Building Code of Canada (NBCC), queste proprietà possono quindi essere utilizzate per la progettazione completa di qualsiasi elemento di trave in legno.

Vantaggi del legno rispetto ad altri materiali

In Canada, il legno è economico, accessibile, alternativa ecologica e leggera ad altri materiali da costruzione. Non richiede manodopera specializzata ed è facilmente modificabile in cantiere con semplici strumenti. Ecco perché alcune province (British-Colombia e Quebec) hanno recentemente consentito costruzioni in legno fino a 6 storie (il limite era in precedenza 4 storie).

Tuttavia, la progettazione ingegneristica degli elementi in legno non è sempre così semplice come quella dell'acciaio o del cemento, disporre di strumenti come il calcolatore della capacità della trave in legno SkyCiv consente agli ingegneri di iniziare a utilizzare il legno nei loro progetti più velocemente e con maggiore sicurezza.

Utilizzo del calcolatore della capacità della trave in legno SkyCiv CSA-O86-14

Per utilizzare il Calcolatore della capacità della trave in legno SkyCiv CSA-O86-14, tutte le caratteristiche della trave e le informazioni sul carico devono essere inserite nel pannello di input sul lato sinistro dello schermo.

Sezione e proprietà del materiale

Il menu a discesa di selezione consente due modi per inserire le informazioni sulla sezione della trave: Cercare e costume. Nel Cercare modalità di selezione, le sezioni di legno nominali imperiali possono essere selezionate nel Sezione menu a discesa. Nel costume modalità di selezione, la larghezza del fascio (b) e profondità (d) può essere inserito manualmente. In questa modalità, la sottocategoria della trave viene determinata automaticamente.

Determinare le proprietà dei materiali, la categoria, è quindi necessario inserire la specie e il grado. Con questi input, SkyCiv può recuperare tutte le intensità delle travi rilevanti nelle tabelle del database appropriate, come la resistenza alla flessione (fb), resistenza al taglio longitudinale (fv), parallelamente alla resistenza a compressione dei grani (fc), parallelamente alla resistenza alla tensione del grano (ft) e modulo di elasticità (E).

Proprietà della trave

Il prossimo, è necessario inserire le proprietà della trave. Le lunghezze della trave non supportate (Ly e Lz) rappresentano la distanza longitudinale tra i supporti in ciascuna direzione. Le lunghezze non supportate vengono utilizzate per valutare la resistenza all'instabilità della trave sotto carichi di compressione (in entrambe le direzioni), così come la resistenza alla stabilità laterale della trave sotto asse forte (riguardo all'asse Z) carichi di flessione.

I quattro menu a discesa seguenti rappresentano i fattori di modifica del legno CSA-O86-14. Il fattore di durata del carico viene determinato automaticamente quando sono presenti combinazioni di carico (cioè, i membri vengono importati da S3D).

Carichi di progetto fattorizzati

L'ultima sottosezione di input riguarda i carichi di progetto fattorizzati. I carichi qui inseriti devono essere i valori massimi che agiscono sulla trave, e deve essere scomposto in base alle combinazioni di carico del National Building Code of Canada 2015.

Questi possono essere ottenuti in molti modi:

1. Possono essere calcolati manualmente utilizzando la teoria delle travi standard (vedere i seguenti articoli per ulteriori informazioni: calcolo della forza di taglio e calcolo dei momenti flettenti)
2. Possono essere determinati utilizzando il software di calcolo delle travi, come quello di SkyCiv calcolatore del raggio libero
3. Possono essere calcolati automaticamente in SkyCiv Analisi agli elementi finiti S3D software e importato.

Rapporto di progettazione e output

Una volta inseriti gli input, eseguire l'analisi premendo il pulsante verde ESEGUI nell'angolo in alto a destra della pagina (vedere il riquadro rosso qui sotto). Una volta completata l'analisi, SkyCiv restituirà le informazioni sulla progettazione nelle tipiche due colonne: il Rapporto di progettazione e il Produzione colonna (vedere le caselle arancioni di seguito).

Il Rapporto di progettazione è un rapporto dettagliato con calcoli passo passo. Può essere scaricato utilizzando il file Rapporto PDF pulsante nell'angolo in alto a destra del rapporto. Il Produzione La colonna è un riepilogo dei calcoli della resistenza della trave, così come l'utilità di ciascun calcolo. Ciò consente agli utenti di verificare tutto a colpo d'occhio.

Sommario

SkyCiv di Calcolatore delle travi in ​​legno rende la validazione delle travi in ​​legno semplice e veloce. Provalo gratuitamente adesso e facci sapere cosa ne pensi!

Riferimenti

1. I regolamenti edilizi del Quebec sono stati recentemente modificati per consentire il legno nelle strutture a 6 piani, Weyerhaeuser, 25 luglio 2013, https://www.weyerhaeuser.com/blog/quebec-building-codes-recently-amended-to-allow-wood-in-6-storey-structures/.
2. CSA-O86-14: Progettazione ingegneristica in legno. Associazione canadese per gli standard, 2014.
3. National Building Code of Canada. Ottawa, Consiglio nazionale delle ricerche del Canada, 2015.
4. Regole di classificazione standard per il legname canadese. Autorità nazionale per la classificazione del legname, 2022.
5. Manuale di progettazione del legno, 2017. Consiglio canadese del legno, 2017.

Alessandro D'Amours
Sviluppatore del prodotto
BSc (Civile), MEng (Strutturale)
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