Inleiding tot het ontwerpen van houten balken met CSA-O86-14
Houten balken worden voor een groot aantal toepassingen gebruikt, van kopbalken over openingen tot structurele balken om vloeren of daken omhoog te houden. Ze bieden een goedkope, lichtgewicht en eenvoudig te installeren oplossing voor inlijsten in Canada.
In Canada, de "CSA-O86: Technisch ontwerp in hout” standaard schetst de middelen en methoden om houtconstructies in Canada te ontwerpen. De norm omvat alles, van het ontwerp van CLT-panelen tot de capaciteit van een spijkerverbinding. Voor de gemiddelde bouw in Canada, het zesde hoofdstuk genaamd "Gezaagd hout" is van bijzonder belang.
Materiaaleigenschappen van gezaagd hout
Het kan drie waarden krijgen Lumber:, Zoals de naam al doet vermoeden, is hout dat uit een grotere boom is gezaagd. Deze leden zijn er in vele dimensies, soorten en kwaliteiten. In Canada, de kwaliteitscontrole, De identificatie en sortering van hout staat onder toezicht van de National Lumber Grades Authority (NGLA).
Vochtgehalte
Een belangrijke eigenschap van hout, vergeleken met andere bouwmaterialen zoals staal of beton, is het interne vochtgehalte. Houten leden zetten uit en trekken samen met veranderingen in hun vochtgehalte, in processen die hygroscopische zwelling en hygroscopische krimp worden genoemd. Het vochtgehalte in het houten element is afhankelijk van, onder andere, de relatieve vochtigheid van de omgeving. Het initiële vochtgehalte van een vers gekapt boom is gemiddeld 75%. Om dimensionale variatie te stabiliseren en het risico op schimmelgroei te verminderen, Fabrikanten drogen houten onderdelen meestal tot een vochtgehalte van 19% voordat u ze verkoopt. Deze toestand staat bekend als "S-DRY" en wordt vaak op elk afzonderlijk gedroogd lid gestempeld.
Categorieën
Om de mechanische eigenschappen van houten onderdelen te bepalen, de CSA-O86-standaard verdeelt alle houten leden in categorieën, soorten en kwaliteiten. Categorieën verwijzen naar de dimensie- en oriëntatiecomponent van de houten leden. De categorieën staan hieronder vermeld:
- Structurele lichtomlijsting: Structurele elementen die minder dan 286 mm diep zijn.
- Lichte omlijsting: Kleine houten leden voor lichte inlijstingstechnieken.
- Balk en stringer: Structurele elementen die minimaal 114 mm breed zijn en een hoogte die minimaal 51 mm groter is dan de breedte.
- Post en hout: Structurele elementen die minimaal 114 mm breed zijn en een hoogte die minder dan 51 mm groter is dan de breedte.
Soortengroepen
Terwijl er in Canada talloze houtsoorten voorkomen, de CSA-O86-standaard groepeert ze in vier verschillende soortgroepen:
- Douglas Spar Lariks, inclusief: Douglas-spar en westerse lariks
- Zoom-voor, inclusief: Pacifische kust hemlockspar en Amabilis-spar
- Sparren-pijnboom-spar, inclusief: Vuren, Jack-pijnboom, Lodgepaal grenen, Balsemspar en Alpenspar
- Noordelijke soorten, wat een verzamelgroep is voor alle andere Canadese soorten die door de NLGA zijn beoordeeld
Cijfer
Tenslotte, elk individueel lid wordt visueel beoordeeld volgens de regels in de NLGA’s “Standaard sorteerregels voor Canadees hout”of machinaal beoordeeld volgens een beoordelingsbureau dat in Canada is geaccrediteerd voor mechanische beoordeling. Visuele beoordelingsregels houden rekening met veel kenmerken van het houten onderdeel, inclusief knoopgrootte, knoop positionering, lid twist, ledenpitch en ledenbeker. Bij machinale spanningsbeoordeling wordt gebruik gemaakt van een gespecialiseerde machine om de buigstijfheid van het houten onderdeel te bepalen, die gecorreleerd is met de buigweerstand van het onderdeel.
Ontwerp
Met de categorie van het houtlid, soortgroep en graad, we kunnen gemakkelijk de tabellen van de CSA-O86-standaard gebruiken om de mechanische eigenschappen van het houten onderdeel te bepalen. Naast de belastingscombinaties berekend volgens de Nationale bouwcode van Canada (NBCC), deze eigenschappen kunnen vervolgens worden gebruikt voor het volledige ontwerp van elk houten balkelement.
Voordelen van hout ten opzichte van andere materialen
In Canada, hout is goedkoop, toegankelijk, milieuvriendelijk en lichtgewicht alternatief voor andere bouwmaterialen. Er is geen gespecialiseerde arbeid voor nodig en het is eenvoudig ter plaatse aan te passen met eenvoudig gereedschap. Dit is de reden waarom sommige provincies (Brits-Colombia en Quebec) hebben onlangs houtconstructies toegestaan tot 6 verhalen (de limiet was voorheen 4 verhalen).
Terwijl het technische ontwerp van houten onderdelen niet altijd zo eenvoudig is als dat van staal of beton, Met tools zoals de SkyCiv Wood Beam Capacity Calculator kunnen ingenieurs sneller en met meer vertrouwen hout in hun ontwerpen gaan gebruiken.
Met behulp van de SkyCiv CSA-O86-14 capaciteitscalculator voor houten balken
Om de . te gebruiken SkyCiv CSA-O86-14 Capaciteitscalculator voor houten balken, alle straalkarakteristieken en belastingsinformatie moeten worden ingevoerd in het invoerpaneel aan de linkerkant van het scherm.
Sectie- en materiaaleigenschappen
Het vervolgkeuzemenu voor selectie biedt twee manieren om informatie over de straalsectie in te voeren: Opzoeken en Op maat. In de Opzoeken selectiemodus, imperiale nominale houtsecties kunnen worden geselecteerd in de Sectie drop-down menu. In de Op maat selectiemodus, de straalbreedte (b) en diepte (d) kan handmatig worden ingevoerd. In deze modus, de straalsubcategorie wordt automatisch bepaald.
Materiaaleigenschappen bepalen, de categorie, soort en klasse moeten dan worden ingevoerd. Met deze ingangen, SkyCiv kan alle relevante straalsterktes ophalen in de juiste databasetabellen, zoals de buigsterkte (fb), longitudinale schuifsterkte (vv), evenwijdig aan de druksterkte van de korrel (fc), parallel aan de korrelspanningssterkte (ft) en elasticiteitsmodulus (E).
Balkeigenschappen
De volgende, de liggereigenschappen moeten worden ingevoerd. De niet-ondersteunde lengtes van de balk (Ly en Lz) vertegenwoordigen de longitudinale afstand tussen steunen in elke richting. De niet-ondersteunde lengtes worden gebruikt om de knikweerstand van de ligger onder drukbelastingen te evalueren (in beide richtingen), evenals de laterale stabiliteitsweerstand van de balk onder een sterke as (over de Z-as) buigbelastingen.
De vier volgende vervolgkeuzemenu's vertegenwoordigen de CSA-O86-14 houtmodificatiefactoren. De belastingduurfactor wordt automatisch bepaald als er belastingscombinaties aanwezig zijn (d.w.z., leden worden geïmporteerd uit S3D).
Ontwerpbelastingen in rekening gebracht
De laatste invoersubsectie is voor de meegerekende ontwerpbelastingen. De hier ingevoerde belastingen moeten de maximale waarden zijn die op de balk inwerken, en moet worden meegerekend volgens de belastingscombinaties van de Nationale bouwcode van Canada 2015.
Deze kunnen op vele manieren worden verkregen:
- Ze kunnen met de hand worden berekend met behulp van de standaardbundeltheorie (zie de volgende artikelen voor meer informatie: schuifkracht berekenen en buigende momenten berekenen)
- Ze kunnen worden bepaald met behulp van bundelberekeningssoftware, zoals die van SkyCiv gratis straalcalculator
- Ze kunnen automatisch worden berekend in SkyCiv's S3D-eindige-elementenanalyse software en geïmporteerd.
Ontwerprapport en uitvoer
Zodra de invoer is ingevoerd, voer de analyse uit door op de groene RUN-knop in de rechterbovenhoek van de pagina te drukken (zie het rode vakje hieronder). Zodra de analyse is voltooid, SkyCiv retourneert de ontwerpinformatie in de typische twee kolommen: de Ontwerprapport en de Uitvoer kolom (zie oranje vakken hieronder).
De Ontwerprapport is een gedetailleerd rapport met stapsgewijze berekeningen. Het kan worden gedownload met behulp van de PDF-rapport knop in de rechterbovenhoek van het rapport. De Uitvoer kolom is een samenvatting van de berekeningen van de straalweerstand, evenals het nut van elke berekening. Hierdoor kunnen gebruikers alles in één oogopslag verifiëren.
Overzicht
SkyCiv's Rekenmachine voor houten balken maakt de validatie van houten balken snel en eenvoudig. Probeer het nu gratis en laat ons weten wat je ervan vindt!
Referenties
- Bouwvoorschriften van Quebec zijn onlangs gewijzigd om hout toe te staan in constructies van zes verdiepingen, Weyerhaeuser, 25 juli- 2013, https://www.weyerhaeuser.com/blog/quebec-building-codes-recently-amended-to-allow-wood-in-6-storey-structures/.
- CSA-O86-14: Technisch ontwerp in hout. Canadese Standards Association, 2014.
- Nationale bouwcode van Canada. Ottawa, Nationale Onderzoeksraad van Canada, 2015.
- Standaard sorteerregels voor Canadees hout. Nationale houtbeoordelingsautoriteit, 2022.
- Handboek houtontwerp, 2017. Canadese Houtraad, 2017.
Productontwikkelaar
BSc (Civiel), MEng (Structureel)
