SkyCiv-documentatie

Uw gids voor SkyCiv-software - tutorials, handleidingen en technische artikelen

Tutorials

  1. Huis
  2. Tutorials
  3. Truss-zelfstudies
  4. Truss-zelfstudie 3: Voorbeeld van dakspantontwerp

Truss-zelfstudie 3: Voorbeeld van dakspantontwerp

Dakspanten ontwerpen met SkyCiv

In deze tutorial, we zullen een dakspant voor een garage ontwerpen met de volgende informatie::

  • Plaats: 8050 SW Beaverton Hillsdale Highway, Portland, OF 97225, VS
  • Lengte gebouw: 10.0m
  • Breedte van het gebouw: 7.0m
  • dakrand hoogte: 4.0m
  • Hoogte dakspant: 2.0m
  • Dakhoek: 29.745°
  • Behuizing: Open gebouw

We zullen een L-vorm gebruiken (AISC) sectie voor de dakspant, het isoleren van de kritieke truss (op een afstand van 3.33m) en het analyseren als een eenvoudig ondersteunde truss-assemblage.

Bezoek onze andere tutorials voor meer informatie over de definitie van truss en soorten spanten. Of probeer onze Online Truss-calculator om de axiale krachten voor truss te testen en te berekenen, dak en spanten.

Voorbeeld van dakspantontwerp

Figuur 1. 3D Render van de structuur.

Voorbeeld van dakspantontwerp

Figuur 2. Site locatie.

 

Dakbelastingen

Bij het ontwerpen van de componenten, we beoordelen de dakbelastingen die op de dakspanten inwerken. Houd er rekening mee dat de windbelasting die hier moet worden gebruikt voor componenten en bekleding voor het ontwerpen van de dakspanten is.

Bij het ontwerp van de dakspanten, ASCE 7-16 LRFD-belastingcombinaties zal gebruikt worden.

Dode lading

We gaan ervan uit dat de volgende belastingen door de dakspanten worden gedragen::

  • Dakplaten en accessoires: 0.15 kPa (toegepast bij bovenste akkoord)
  • Plafond: 0.25 kPa (toegepast op onderste akkoord)

Het eigen gewicht wordt gecontroleerd wanneer we de eerste sectie al hebben en zal het ontwerp op basis van deze gegevens herhalen. Voor dakspanten, met een afstand gelijk aan 3,33 m van het midden tot het midden (kritisch lid), de gesuperponeerde dode belasting is:

\({W}_{sdead,top} = 0,15 kPa(3.33m) = 0.5 kN / m \)
\({W}_{sdead,bodem} = 0.25kPa(3.33m) = 0.833 kN / m \)

Live laden

Van tafel 4.3-1 van ASCE 7-16, de levende belasting voor daken (gewone flat, Hier is een voorbeeld van de software die de SLS- en ULS-windsnelheden berekent voor:, en gebogen daken) is gelijk aan 0.96 kPa. Daarom, voor dakspanten:

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

Merk op dat de live belasting die op de dakspant inwerkt, het wordt verondersteld te werken op de horizontale projectie van het gebied. Omdat we dit op het bovenste akkoord gaan toepassen, we vermenigvuldigen deze belasting gewoon met de lengte van het lid, en pas het toe op de bovenste akkoordknooppunten.

Windbelasting

Voor de windbelasting, we zullen winddrukberekening gebruiken voor componenten en bekleding (Hoofdstuk 30 van ASCE 7-16). We zullen de gebruiken SkyCiv Load Generator om de windbelastingen te berekenen die op de dakspanten werken.

De volgende informatie wordt gebruikt voor de berekening van winddrukken::

Plaats 8050 SW Beaverton Hillsdale Highway, Portland, OF 97225, VS
Risicocategorie I (Garage)
Bouwlengte 10.0 m
Bouwbreedte 7.0 m
Gemiddelde dakhoogte 5.0 m
Dakhoek 29.745°

Gebaseerd op het satellietbeeld van Google Maps, we kunnen zien dat alle richtingen zijn gecategoriseerd als blootstellingscategorie B.

Voorbeeld van dakspantontwerp

Figuur 3. Locatie van de constructie en de blootstellingscategorie voor elke windrichting.

In aanvulling op, sommige richtingen hebben heuvels, maar het effect van de topografie is verwaarloosbaar omdat de locatie van de constructie zich op de onderste helft van de hoogte tussen de tegenwindse voet en de piekhoogte bevindt. Daarom, Kzt is gelijk aan 1.0 voor alle richtingen.

Voorbeeld van dakspantontwerp

Figuur 4. Hoogtekaart van Google Maps en de bijbehorende topografische factor voor wind uit zuidelijke richting.

Op het tabblad Structuurgegevens, we zullen Open-Pitched/Duopicth selecteren als het dakprofiel omdat de garage niet wordt omsloten door muren. Houd er rekening mee dat de bouwlengte, L, hier is de afstand loodrecht op de helling van het dak, en de gemiddelde dakhoogte, h, is het gemiddelde van de dakrandhoogte en de hoogte van de daktop.

Dak Truss Ontwerp

Figuur 5. Structuurgegevens.

Op de "Windbelasting berekenen” parameters, we moeten het type structuur instellen op ASCE 7-16 – Gebouwen – Componenten en bekleding aangezien we de dakspant als componenten gaan ontwerpen. De Behuizingsclassificatie is ingesteld op Open Gebouwen en de Windblokkering is ingesteld op "Wissen of Leeg Onder" als, tijdens tyfoons, onderstaande auto's zouden niet meer blokkeren dan 50% van het windgebied hieronder. Voor het gebied van dakbekleding, we berekenen het effectieve windoppervlak voor de dakspanten.

Het effectieve windoppervlak voor de dakspant – lengte is gelijk aan 3.33m:

\({A}_{truss} \) = afstand x lengte = 3.33m(7.0m) =( 23.31 {m}^{2} \)

Echter, in sectie 26.2 van ASCE 7-16, per definitie van het effectieve windoppervlak, de effectieve breedte hoeft niet minder te zijn dan een derde van de spanlengte. Daarom:

\({A}_{truss} \) = afstand x lengte ≥ (lengte/3) x lengte = 3.33m (7m) ​ (7m/3) (7m) = \( 23.31 {m}^{2} \)

De invoer voor de windbelasting is als volgt::

Dak Truss Ontwerp

Figuur 6. Windparameters voor open gebouw – componenten en bekleding.

Van deze parameters, de ontwerp winddrukken kunnen worden berekend:

Dak Truss Ontwerp

Figuur 7. Winddruk voor elke zone.

Aangezien de winddrukken voor zones 1, 2, en 3 zijn allemaal hetzelfde, de zonering maakt niet uit. Daarom, voor dakbelasting op de truss, we zullen twee gevallen hebben – het positieve (of max) geval en negatief (of min) geval:

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

Merk op dat de positieve waarde hier betekent dat de druk naar en loodrecht op het dakoppervlak werkt en de negatieve waarde betekent dat de druk wegwerkt en loodrecht op het dakoppervlak staat.

Sneeuwbelasting

Dezelfde sitegegevens gebruiken die worden gebruikt in Wind Load:

Plaats 8050 SW Beaverton Hillsdale Highway, Portland, OF 97225, VS
Risicocategorie I (Garage)
Bouwlengte 10.0 m
Bouwbreedte 7.0 m
Gemiddelde dakhoogte 5.0 m
Dakhoek 29.745°

Over de parameters "Sneeuwbelasting berekenen", we moeten de "Terrain Category" instellen op "B" (hetzelfde als de blootstellingscategorie), de "Blootstellingstoestand van het dak" tot "Volledig blootgesteld" en "Thermische Toestand" tot "Onverwarmde en open luchtconstructies", aangezien dit een garage in de open ruimte zal zijn. De "Sloped Roof Condition" is ingesteld op "Slippery" aangezien het te gebruiken dakbedekkingsmateriaal G.I is. vel. Bovendien, we zullen het ongebalanceerde geval voor de locatie overwegen met behulp van het symmetrische zadeldak.

 

Sneeuwbelasting parameters:,Dak Truss Ontwerp

Figuur 8. Sneeuwbelasting parameters:.

De sneeuwbelasting genereren, de uitgebalanceerde sneeuwbelasting op het dak is gelijk aan: 0.23 kPa.

Dak Truss Ontwerp

 

Figuur 9. Uitgebalanceerd sneeuwbelastingresultaat.

Voor het onevenwichtige geval:, we moeten overwegen om aan één kant te laden (p1) gelijk aan 0 en de andere (p2) gelijk aan 0.42 kPa.

Dak Truss Ontwerp

Figuur 10. Onevenwichtige sneeuwbelasting resultaat voor zadeldak.

Daarom, de sneeuwbelasting op de gordingen en dakspanten is als volgt::

\({W}_{truss,evenwichtig} = 0.23 kPa (3.33m) = 0.766 kN / m \)
\({W}_{truss,ongebalanceerde p1} = 0 kN / m \)
\({W}_{truss,ongebalanceerde p2} = 0.42 kPa (3.33m) = 1.399 kN / m \)

Hetzelfde met live belasting, de sneeuwbelasting werkt op de horizontale projectie van het effectieve gebied en moet worden omgezet in een schuine belasting die inwerkt op de bovenste koorde van de dakspant. Daarom:

\({W}_{truss,evenwichtig} = 0.766 kN / m / omdat(29.745°) = 0.882 kN / m \)
\({W}_{truss,ongebalanceerde p1} = 0 kN / m \)
\({W}_{truss,ongebalanceerde p2} = 1.399 kN/m /cos(29.745°) = 1.611 kN / m \)

 

Start Dak Truss Berekening met SkyCiv:

 

Dak Truss Ontwerp

De SkyCiv S3D gebruiken, we kunnen de dakspant analyseren: Dak Truss Ontwerp

We gaan ervan uit dat de dakspant eenvoudig wordt ondersteund en in 2D wordt geanalyseerd door op elk knooppunt steunen toe te voegen met de code RRFRRR om alleen de verplaatsing van de Z-as te fixeren. De eerste sectie die we zullen gebruiken is een AISC L-vorm – 2.5“x2.5”x3/16”. In aanvulling op, de leden zijn gemodelleerd als truss – waar de node fixity wordt vrijgegeven voor de lokale Y- en Z-as. De dakbelastingen toepassen en elke belasting die we hierboven hebben berekend vermenigvuldigen met de staaflengte om deze om te zetten in knoopbelastingen:

Dode lading

Dode last dakspant, Dak Truss Ontwerp

Live laden

Dakspant live belasting, Dak Truss Ontwerp

Wind+ Belasting

Dakspant windbelasting positief, Dak Truss Ontwerp

Wind- Laden

Dakspant windbelasting negatief, Dak Truss Ontwerp

Sneeuwbelasting – evenwichtige zaak

Dakspant evenwichtige sneeuwbelasting,Dak Truss Ontwerp

Sneeuwbelasting – onevenwichtige zaak

Dak Truss Ontwerp

De belastingcombinatie gebruiken voor ASCE 7-16 LRFD, de krachten die nodig zijn om het element te ontwerpen kunnen worden gegenereerd:

Dakspant ASCE 7 LRFD belastingscombinatie, Dak Truss Ontwerp

Figuur 18. ASCE 7-16 LRFD belastingscombinatie.

Omdat we een hoekprofiel gebruiken, we moeten ook rekening houden met knikken. Het model oplossen door op Lineair Statisch te klikken + Knikken in de knop Oplossen, we kunnen de volgende envelopkrachten krijgen::

Resultaten dakspantanalyse, Dak Truss Ontwerp

Figuur 19. Axiale belasting resultaat van de analyse.

Van deze ladingen, we kunnen het dakspantelement al ontwerpen met behulp van de SkyCiv Member Design Module en AISC . selecteren 360-16 LRFD:

Ontwerp van dakspanten, Dak Truss Ontwerp

Figuur 20. Ontwerpmodules voor leden in S3D.

Ontwerpmodule voor dakspanten, Dak Truss Ontwerp

Figuur 21. AISC 360-16 Ontwerp van LRFD-leden.

Ontwerpresultaat voor dakspanten, Dak Truss Ontwerp

Figuur 22. Staafontwerpresultaten met L2.5”x2.5”x3/16” in overeenstemming met AISC 360-16 LRFD.

We kunnen zien dat de sectie die we hebben gebruikt – L2.5”x2.5”x3/16” – is voldoende en heeft de ontwerpcontroles doorstaan.

De ... gebruiken Stuklijst add-on kunnen we een prijs per kg instellen voor de sectie. In dit model, eenheidskosten per kg staal instellen op $0.8:

Stuklijst voor het ontwerp van de dakspant, Dak Truss Ontwerp

Figuur 23. Stuklijst met L2.5”x2.5”x3/16” voor de dakspant.

Om de economie van het ontwerp verder te vergroten, we kunnen de optimizer gebruiken. We hoeven alleen de criteria te bepalen, en de optimizer selecteert automatisch de meest economische sectie voor de dakspant.

De standaardinstellingen gebruiken:

Instelling optimalisatie dakspantontwerp, Dak Truss Ontwerp

Figuur 24. Opties voor SkyCiv S3D-ontwerpoptimalisatie voor leden.

Het resultaat van de optimalisatie suggereert dan dat we L2x2x1/8 voor deze truss kunnen gebruiken. Zodra we de wijzigingen hebben doorgevoerd, het zal het model automatisch herberekenen en controleren of de sectie voldoende is.

Dakspantontwerp geoptimaliseerd, Dak Truss Ontwerp

Figuur 25. Gegenereerde geoptimaliseerde sectie voor de dakspant met behulp van de SkyCiv S3D-lidontwerpoptimalisatie.

Dakspant ontwerp geoptimaliseerd resultaat, Dak Truss Ontwerp

Figuur 26. Ontwerpresultaat van de staaf met gebruikmaking van de geoptimaliseerde doorsnede voor de dakspant.

De stuklijst opnieuw controleren, we kunnen zien dat het gewicht van de staalbehoefte is gedaald van 125 kg naar 100 kg besparing $20!

Dakspant ontwerp geoptimaliseerde materialen, Dak Truss Ontwerp

Figuur 27. Stuklijst met behulp van de geoptimaliseerde sectie voor de dakspant.

SkyCiv Load Generator

Alle bovenstaande processen kunnen in slechts een paar klikken worden bereikt met behulp van SkyCiv Load Generator.

Je kunt het gratis proberen met onze Gratis online windbelastingcalculator. Het is nu beschikbaar als een Standalone versie of als onderdeel van onze Structurele 3D-software. Dus meld je vandaag nog aan om te beginnen!

Patrick Aylsworth Garcia bouwkundig ingenieur, Product ontwikkeling
Patrick Aylsworth Garcia
Bouwkundig ingenieur, Product ontwikkeling
MS Civiele Techniek
LinkedIn

Referenties:

  • American Society of Civil Engineers. (2017, juni). Minimale ontwerpbelastingen en bijbehorende criteria voor gebouwen en andere constructies. American Society of Civil Engineers.
  • Google Maps
Was dit artikel nuttig voor jou?
Ja Nee

Hoe kunnen we helpen?

Ga naar boven