Este artículo contiene los pasos y las verificaciones de diseño para diseñar (especificar) un haz de madera laminada (glulam) típica. Los haces de glulam a menudo son especificados por ingenieros y arquitectos. Sujeto a la aprobación del funcionario del edificio, también pueden ser diseñados por propietarios y contratistas. En realidad, las vigas Glulam no están designadas por cualquier persona con interés en un proyecto de construcción, incluidos los distribuidores, e incluso ‘el tipo detrás del mostrador’ en la tienda local de suministros de edificios. Mi propósito en este artículo no es decir quién debería y quién no debería diseñar un haz de glulam; En su lugar, quiero que quien termine haciéndolo para saber lo que están haciendo. de un punto de vista profesional debe ser diseñado por arquitectos profesionales con licencia y Ingenieros (y desde un punto de vista personal quiero que ese profesional sea me ). Desde un punto de vista educativo que el diseñador es You , el lector, independientemente de su educación, experiencia o papel en el proceso de diseño y construcción. Mi deseo con este artículo es que aprendes; y si se atasca, obtenga la ayuda de un profesional calificado.
Aquí va:
1. Determine las condiciones de servicio en el servicio en el lugar previstas. P>
Las condiciones de servicio incluyen:
1) span
2) Profundidad preferida o disponible
3) Ancho preferido o disponible
<
4) Condición de visibilidad
5) Condiciones de servicio requeridas con respeto a los ocupantes y materiales
6) Abraz disponible
La buena práctica de diseño va más allá de especificar un miembro que es simplemente ‘lo suficientemente fuerte’. La especificación de un haz de glulam (o cualquier haz) debe tener en cuenta cómo “encaja” en el resto de la estructura. Se deben seleccionar los tamaños de haz que ‘se ajusten’ bien en el resto del marco. Se debe seleccionar una calificación de apariencia de haz que sea apropiada para las condiciones y deseos del propietario. Además de ser lo suficientemente fuerte, un haz debe ser “lo suficientemente rígido” para su servicio previsto. La rigidez mínima requerida por los códigos de construcción puede satisfacer un funcionario del edificio, pero puede no satisfacer al propietario. Como diseñadores, a veces tenemos que guiar al propietario para proporcionarnos sus requisitos de ‘servicio’. Los problemas de servicio incluyen la evitación del agrietamiento de los materiales compatibles, la evitación del “rebote” y la evitación del “visible”. Se puede evitar grietas y rebote por una mayor rigidez de una viga; Se puede mitigar el SAG visible especificando Camber.
2. Determine las cargas de diseño a las que la estructura puede estar sujeta.
nuestra responsabilidad como diseñadores es determinar (u obtener) las cargas que El haz puede estar razonablemente sujeto para la vida de la estructura. Estas cargas comúnmente incluyen (para un haz de glulam):
1) Cargas de ocupación ‘en vivo’
2) Cargas de techo (techo ‘viva’ o nieve)
3) Cargas muertas (pesos del edificio)
y a veces incluyen
4) cargas de viento
y
5) Cargas de terremotos.
Las cargas vivas de ocupación generalmente están dictadas por códigos de construcción. Los ejemplos comunes incluyen cargas de ‘área’ como 40 libras por pie cuadrado (PSF) Carga ‘en vivo’ para construcción residencial (personas, muebles, etc.), 50 psf para la carga de ‘oficina’ (en vivo), 100 psf para ‘ensamblaje’ áreas, etc. Aunque a menudo se tratan como valores máximos, son valores mínimos. Como diseñadores, debemos ser suficientes conscientes de las condiciones anticipadas en el servicio de la estructura y ‘nuestro haz’ para prescribir cargas mayores o adicionales según sea necesario. En este sentido, es importante saber tanto sobre la estructura y el sitio como sea posible, y esto a menudo se logra mejor mediante la “visita al sitio”. Las visitas al sitio a menudo divulgan información de otra manera desconocida. Ejemplos de tales incluyen descubrir condiciones que producen velocidades de viento más altas que el código, y las condiciones que producen la deriva de nieve excesiva.
Las cargas muertas son generalmente los pesos de los materiales de construcción. Se pueden calcular directamente en función de los materiales de construcción planificados, o estimados o presumidos. Ejemplo de cálculos directos de cargas muertas son el tema de otro artículo. Según la experiencia y el conocimiento general de la construcción de edificios, el diseñador puede “estimar” las cargas muertas. Por ejemplo, el marco de madera típico para la construcción residencial por aquí ‘pesa alrededor de 12 psf’ (a menos que el techo sea realmente empinado). A veces se utilizan cargas muertas ‘presuntas’, particularmente con diseños e investigaciones preliminares. En un diseño preliminar, por ejemplo, se puede suponer que un piso de marco de madera pesa 10 psf.
Todo lo que dice, como diseñadores, ‘al final del día’, debemos asegurarnos de que todos los cálculos , Estimaciones, suposiciones y presunciones son realmente adecuados para el diseño en cuestión. La suposición de un piso de garaje ligeramente cargado no es apropiada si descubrimos que el propietario también tiene la intención de usar el garaje para almacenamiento pesado.
3. Determine las cargas aplicadas en la viga.
Una vez que se determinan las cargas para la estructura, o al menos las cargas relevantes para el haz que se está diseñando, se pueden determinar las cargas a medida que cargan directamente el haz. Las ecuaciones comunes utilizadas para determinar las cargas aplicadas directamente al haz incluyen:
w = ïƒ x s … o … w = ïƒ x s ,
donde
w es una carga de ‘línea’ (libras por pie, o plf),
ïƒ es una carga de ‘área’, típicamente en PSF,
s es el ancho tributario (ancho del piso, techo u otra carga de ‘contribuyente’ de área a la viga), y
s se está espaciando.
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El ancho y el espacio afluente a menudo son intercambiables en el sentido de que el ancho del piso (o techo) que contribuye a una sola viga es esencialmente el espacio de múltiples vigas de este tipo (cada viga ‘llevando’ la mitad del ancho o el espacio a vigas adyacentes a cada lado) .
p = ïƒ x a ,
donde
p es una carga concentrada, por ejemplo, que llega a una viga Desde una columna o publicación, y
a es el ‘área’ de la carga que contribuye con el piso a la columna o post.
w = î³ x a ,
donde en este caso W está el peso del haz en sí, en PLF, también denotado w s.w. ,
î³ es el peso específico de la viga (libras por pie cúbico, o PCF), y
A es el área de la sección transversal del haz.
4. Determine especies y grados adecuados de vigas disponibles.
La industria de la madera laminada pegada publica una gran cantidad de “colocaciones” de haz aceptable. El diseñador no le corresponde determinar qué bandejas o símbolos combinados o clases de estrés están disponibles o adecuadas para el haz en cuestión. A menudo este es un problema regional. Especificar la combinación o clase de estrés más fácilmente disponible generalmente da como resultado la mejor economía y no debe retrasar la entrega. En mi región, el haz de glulam típicamente disponible es el haz Douglas Fir (DF) 24F-V4. Este haz cae en la clase de estrés 24F-1.8E, si deseo especificarlo por clase. El haz DF 24F-V8 también está disponible. Las vigas de desequilibrio (V4) deben especificarse para vigas de tramo simples. Se debe especificar equilibrado (reversible, V8) para vigas continuas, vigas con voladizos significativos o sobrecargadores, u otros con momentos de flexión negativos significativos.
5. Determine el haz (tamaño del haz).
Generalmente el tamaño del haz se determina (diseñado) investigando lo siguiente:
1) doblando
2) cizallando
3) desviación
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Las verificaciones de diseño de flexión y corte son generalmente de la forma:
(is) … F B â ‰ ¤ F B ‘?
y
(is) … F V â ‰ ¤ F V ‘?
donde
f (minúscula) es la tensión en el material bajo carga de diseño, y
f ‘(mayúscula y’ prime ‘) es la tensión permitida obtenida multiplicando el Valor de diseño apropiado por los factores de ajuste apropiados.
Las maderas laminadas pegadas estructurales se fabrican en formas rectangulares. Como tal,
f v = 3 v/2 a ,
y
F B = M/S
donde
V es la fuerza de corte de diseño en el haz,
A es el área de sección transversal del haz,
m es el momento de flexión de diseño, y
s es el módulo de sección para el haz,
S = bh 2 /6 .
La verificación de diseño de deflexión puede seguir el formulario,
(is) … î ” â ‰ ¤ î “ Permitible ,
donde
î” es la desviación bajo carga, generalmente en forma de,
Î ”= k w (o p) l 3 /e i,
donde
k es un coeficiente basado en la distribución de las condiciones de carga y soporte,
w es la carga ‘completa’ en la viga,
l es el tramo,
e es el módulo de elasticidad (módulo aparente de elasticidad, incluido el Efecto de la deflexión de corte), y
I es el momento de inercia,
i = bh 3 /12 para rectangular Las secciones.
Las desviaciones permitidas son generalmente en términos de alguna fracción del tramo del haz (L/360, L/240, etc.) pero también se pueden prescribir cantidades (1/2 pulg., etc.) .
Una gran mayoría de los haces se usan como vigas simples (soportadas en los extremos) que llevan cargas uniformes, de modo que
(carga uniforme)
W = w x l ,
(carga uniforme, haz simple)
v = w/2 ,
m = w l/8 ,
y
k = (5/384), o
î “= 5 W l 3 /384 E I .
El nds proporciona la omisión de cargas uniformes que actúan dentro de la distancia D desde el final de un Viga cuando tales cargas se aplican a la parte superior del haz y el haz se admite desde abajo (donde D es la profundidad del haz). A veces esto se denota `v @ d ‘. Solo si se anticipa o determina que el corte controla el diseño de un haz utiliza este diseñador esa disposición. (Es más fácil simplemente usar v = w/2 o v = r donde r es la reacción del haz.)
Tenga en cuenta que si bien los haces de glulam son bastante complicados con respecto a la colocación y la fabricación, desde el punto de vista del diseño en el punto de vista del diseño. Las ecuaciones son relativamente simples.
Determinación de un haz de tamaño apropiado basado en la flexión, la cizalla y la desviación pueden seguir cualquier número de rutas, cuyos ejemplos se enumeran a continuación.
1) `Intente ‘Un tamaño de haz particular, y verifique que el tamaño satisfaga las verificaciones de diseño de flexión, cizallamiento y deflexión. Si no es así, generalmente se requiere un tamaño más grande. Si lo hace, entonces el haz es satisfactorio. Si se satisface las verificaciones de diseño ‘por mucho tiempo’ (grandes cantidades de exceso de capacidad), entonces podría ser prudente probar un tamaño más pequeño.
2) Determine las propiedades mínimas de la sección A, S e I de las ecuaciones anteriores estableciendo la tensión aplicada igual a la tensión permitida (y la desviación calculada igual a la desviación permitida) y luego seleccione un tamaño de miembro que tenga propiedades de sección que igualen o las determinadas.
Let f v = 3 v/2 a = f v ‘y resolver para un (a necesario),
(let) f b = M/s = f b ‘y resolver para S (s necesarios), y
(let) î “= î” Permisable y Resuelva para i (necesitaba).
3) Generalmente el diseño de vigas del tramo corto se controla mediante la verificación de diseño de corte, vigas de ‘span medianos’ y continuos mediante flexión y rayos largos por desviación . Otro enfoque para el diseño del haz es asumir que los controles de condición, por ejemplo, la flexión, determinar un tamaño de haz requerido estableciendo el estrés de diseño igual al estrés permitido para esa condición, calculando una propiedad de sección necesaria, en este caso Módulo de sección, S. Una vez que se ha seleccionado un tamaño de haz, se verifican las otras condiciones de diseño, por ejemplo, cizallamiento y deflexión.
6. Determine la longitud mínima del rodamiento.
Una vez que se determina un tamaño de haz adecuado para Una aplicación particular se especifica típicamente una longitud mínima de rodamiento. Este es el equivalente de la verificación del diseño de la tensión del rodamiento, y se logra estableciendo la tensión de cojinete aplicada (compresión perpendicular al grano en las condiciones de soporte) igual al estrés de cojinete permitido (compresión permitida perpendicular al grano). En forma de ecuación,
Sea F C Perp = R/A Rooding = R/(B x L B ) = F C Perp ‘, o
L b (min.) = R/ (b x f c perp ‘),
donde
r es la fuerza de reacción bajo consideración,
b es el ancho del haz (Suponiendo que lleva sobre su ancho completo), y
L b es la longitud del rodamiento (contacto con el haz con soporte).
7. Especifique el refuerzo
En general, los haces de glulam deben ser soportados en sus extremos para evitar la rotación. En general, esto se logra mediante una práctica de enmarcado ‘aceptada’ o ‘buena’ usando correas, finales o inclinados o hardware de conexión de punta de punta, bloqueo o de conexión aprobado. El refuerzo de la zona de compresión de un glulam a menudo se logra mediante la fijación del sistema que soporta, como un techo o piso. Si se requiere arriostramiento adicional, debe especificarse así. Si es necesario, se debe mostrar el clavado o los flejes descritos anteriormente en los documentos de construcción. El arriostramiento del haz está cubierto con mayor detalle en otros artículos.
8. Determine el anclaje
Todas las vigas deben estar ancladas en su lugar, incluso cuando se diseñen para resistir solo la gravedad o las cargas ‘hacia abajo’. El anclaje a menudo se proporciona mediante el uso de hardware de conexión aprobado o ‘buena práctica de encuadre’. Cuando se debe calcular el Anchorage, se puede considerar como una fracción del diseño de cargas vivas y muertas para el haz, actuando a lo largo del eje de la viga.
9. Especifique Camber
Las vigas desequilibradas generalmente se fabrican con cantidades de inclinación estándar. Cuando las desviaciones son de particular preocupación para un haz, particularmente las desviaciones de carga muerta, se pueden calcular y especificar cantidades específicas. En este sentido, el haz particular se convierte en un haz ‘personalizado’. Cambons personalizados puede requerir un tiempo de entrega adicional. Cuando se requiere Camber, puede ser beneficioso investigar primero la idoneidad de la inclinación de vigas de acciones más fácilmente disponibles. Las cantidades típicas de la inclinación, cuando se calculan, se consideran 1.5 veces la desviación de carga muerta inmediata para el haz.
10. Especifique el grado de apariencia
El grado de apariencia para el haz debe especificarse en base a Sobre la visibilidad de los requisitos de haz y propietario. Los grados de apariencia varían de ‘enmarcado’ a ‘premium’. El grado de encuadre está destinado a miembros que estarán cubiertos por otros materiales (no visibles). Generalmente, cuanto mayor sea el grado de apariencia, mayor será el costo, pero el costo también puede determinarse por disponibilidad. Las apariencias personalizadas también están disponibles.
Los ejemplos de diseño para varias vigas específicas que siguen los pasos anteriores se proporcionan en los siguientes artículos.
Referencias
Especificación de diseño nacional Para la construcción de madera (NDS) y Suplemento – Valores de diseño para la construcción de madera, 2005 (y 2012), American Forest and Paper Association, Washington, D.C.
Especificación estándar para madera laminada pegada estructural , AITC 117, 2004 (y 2010), American Institute of Timber Construction, Centennial, CO.
Manual de construcción de madera , Sexta edición, Instituto Americano de Construcción de Timber, Centennial, Co, John Wiley & Sons, Hoboken, NJ.
