Inspänd pelare av limträ

Publicerad 2014-09-21

En fasadpelare av limträ till en mindre hallbyggnad ska dimensioneras.

Pelaren är 4 m hög och vänd med sin styva riktning vinkelrätt mot fasaden. Fotänden är momentstyvt infäst i grundkonstruktionen, medan pelartoppen kan förskjutas fritt i horisontalled. Centrumavståndet till angränsande pelare är 6,0 m. Vertikallasten, som består av egentyngd och snölast från taket, förs in centriskt i pelaren. Vindlasten överförs via horisontella väggreglar med centrumavståndet 0,8 m. De är infästa så att knäckning av pelaren i sidled förhindras.

1. Förutsättningar

Vertikal last av egentyngd: G = 26,0 kN

Vertikal last av karakteristisk snölast: Q1k = 84,0 kN

Värde på ψ-faktorer för snölast (2,5 kN/m2): ψ0 = 0,7 (kombinationsvärde)

Vindlast karakteristiskt värde: wk = 0,6 kN/m2

Värde på ψ-faktorer för vindlast: ψ0 = 0,3 (kombinationsvärde)

Säkerhetsklass: 3 (γd=1,0)

Klimatklass: 1

Hållfasthetsklass: CE L40c

Dimensionering enligt Eurokod 5: (γm = 1,25 för limträ)

2. Preliminära dimensioner

Ur tabell ”Pelare av limträ” i Limträhandboken kan man välja en preliminär dimension på pelaren som utgångspunkt för den fortsatta dimensioneringen. Tabellen gäller pendelpelare, varför man som ingångsvärde på knäcklängden väljer dubbla pelarlängden i exemplet, det vill säga 8 m. Eftersom tabellen vidare avser centriskt belastade pelare, det vill säga pelare utan excentricitet, utgår man lämpligen från en lastkombination där snölasten är huvudlast och beaktar inverkan av vindlast genom att endast utnyttja en del av bärförmågan vid centriskt tryck, till exempel 50 %.

Dimensionerande vertikallast

\(F_{c,0,d}= \gamma_d \cdot 0,89 \cdot 1,35 \cdot G_k + \gamma_d \cdot 1,5 \cdot Q_{1k} = 1,0 \cdot 0,89 \cdot 1,35 \cdot 26 + 1,0 \cdot 1,5 \cdot 84 = 157 \:\text{kN}\)

För en pelare med knäcklängden 8 m och tvärmåtten 190x315 mm2 är bärförmågan vid utknäckning i styva leden 442 kN enligt Limträhandbokens tabell.

(0,5 · 4442 = 221 kN > Fc,0,d = 157 kN)

3. Kontroll av brottgränstillståndet

Dimensionerande lasteffekter

Eftersom den yttre lasten förekommer både som snölast och vindlast måste två alternativa lastkombinationer kontrolleras

  • snö som huvudlast 
  • vind som huvudlast  

Vindlasten överförs till pelarna i form av upplagsreaktioner från väggreglarna. Storleken på lasten är

Q2k = 0,6 · 6,0 · 0,8 = 2,88 kN (karakteristiskt värde)

ψ0Q2k = 0,3 · 2,88 = 0,86 kN (kombinationsvärde)

Snö huvudlast:

Normalkraft Fc,0,d = 157 kN (enligt ovan)

Dimensionerande tryckspänning blir

\(\sigma_{c,0,d} = \frac{F_{c,0,d}}{A} = \frac{157 \cdot 10^3}{190 \cdot 315} = 2,62 \:\text{N/mm}^2\)

Maximalt moment Md = 0,86 ( 0,8 + 1,6 + 2,4 + 3,2 ) + 0,43 · 4,0 = 8,6 kNm

Dimensionerande böjspänning blir

\(\sigma_{m,y,d} = \frac{M_d}{W_y} = \frac{8,6 \cdot 10^6 \cdot 6}{190 \cdot 315^2} = 2,74 \:\text{N/mm}^2\)

Maximal tvärkraft Vd = 4,5 · 0,86 = 3,9 kN

Dimensionerande skjuvspänning blir

\(\tau_d = \frac{1,5 \cdot V_d}{A}= \frac{1,5 \cdot 3,9 \cdot 10^3}{190 \cdot 315} = 0,10 \:\text{MPa}\)

Vind huvudlast:

Normalkraft blir

\(F_{c,0,d} = \gamma_d \cdot 0,89 \cdot 1,35 \cdot G_k + \gamma_d \cdot 1,5 \cdot \psi_0 \cdot Q_{1k} = 1,0 \cdot 0,89 \cdot 1,35 \cdot 26 + 1,0 \cdot 1,5 \cdot 0,7 \cdot 84 = 119 \:\text{kN}\)

Dimensionerande tryckspänning blir

\(\sigma_{c,0,d} = \frac{F_{c,0,d}}{A} = \frac{119 \cdot 10^3}{190 \cdot 315} = 1,99 \:\text{N/mm}^2\)

Maximalt moment Md = 1,0 · 1,5 · 2,88 ( 0,8 + 1,6 + 2,4 + 3,2 ) + 1,0 · 1,5 · 1,45 · 4,0 = 43,3 kNm

Dimensionerande böjspänning blir

\(\sigma_{m,y,d} = \frac{M_d}{W_y} = \frac{43,3 \cdot 10^6 \cdot 6}{190 \cdot 315^2} = 13,8 \:\text{N/mm}^2\)

Maximal tvärkraft Vd = 4,5 · 1,0 · 1,5 · 2,88 = 19,5 kN

Dimensionerande skjuvspänning blir

\(\tau_{d} = \frac{1,5 \cdot V_d}{A} = \frac{1,5 \cdot 19,5 \cdot 10^3}{190 \cdot 315} = 0,49 \:\text{MPa}\)

Bärförmåga - böjmoment

Dimensionerande värde på böjhållfasthet beräknas med

fmk = 30,8 MPa (CE L40c)

γm = 1,25

Om en lastkombination består av laster tillhörande olika lastvarighetsklasser bör ett värde på kmod väljas
som motsvar den last som har kortast varaktighet.

kmod = 0,90 (CE L40c, lastvaraktighetsklass kort (vindlast), klimatklass 1)

För höjd h = 315 mm

\(k_h = min \begin{cases} \left(\frac{600}{h}\right)^{0,1} = \left(\frac{600}{315}\right)^{0,1} = 1,07 \\ 1,1 \end{cases}\)

Dimensionerande värde på böjhållfasthet blir

\(f_{md} = \frac{k_{mod} \cdot ( k_h \cdot f_{mk})}{\gamma_m} = \frac{0,90 \cdot (1,07 \cdot 30,8)}{1,25} = 23,7 \:\text{MPa}\)

Bärförmåga - normalkraft

Dimensionerande värde på tryckhållfasthet beräknas med

fc,0,k = 25,4 MPa (CE L40c)

γm = 1,25

Om en lastkombination består av laster tillhörande olika lastvarighetsklasser bör ett värde på kmod väljas

som motsvar den last som har kortast varaktighet.

kmod = 0,90 (CE L40c, lastvaraktighetsklass kort (vindlast), klimatklass 1)

Dimensionerande värde på tryckhållfasthet blir

\(f_{c,0,d} = \frac{k_{mod} \cdot f_{c,0,d}}{\gamma_m} = \frac{0,90 \cdot25,4}{1,25} = 18,3 \:\text{MPa}\)

Bärförmågan vid tryck ska bestämmas med hänsyn till risken för knäckning. Väggreglarna hindrar att pelaren knäcker ut i sin veka riktning. Risk för instabilitet beaktas endast för den styva riktningen.

Knäcklängden är enligt Eulers 1:a knäckfall

2,0 · pelarlängden

men med hänsyn till att inspänningen i fotänden i praktiken är ofullständig är det lämpligt att räkna med knäcklängden

2,25 · pelarlängden, dvs 2,25 · 4 = 11,0 m

Tryckt konstruktionsdel med risk för knäckning:

Med h = 0,315 m och Lc = 11,0 m erhålls

\(\lambda_y = \frac{L_c}{i} = \frac{11,0 \cdot \sqrt{12}}{0,315} = 121\)

Vilket ger

\(\lambda_{rel,y} = \frac{\lambda_y}{\pi} \cdot \sqrt{\frac{f_{c,0,k}}{E_{0,05}}} = \frac{121}{\pi} \cdot \sqrt{\frac{25,4}{10500}} = 1,89 > 0,3\)

och risk för knäckning ska beaktas enligt Eurokod 5

\(k_y = 0,5 \cdot \left(1 + \beta_c \cdot ( \lambda_{rel,y}-0,3) +{\lambda_{rel,y}}^2 \right) = 0,5 \cdot \left( 1 + 0,1\cdot ( 1,89 - 0,3) + 1,89^2\right) = 2,36\)

där \( \beta_c = 0,1\) för limträ.

Knäckfaktor 

\(k_{c,y} = \frac{1}{k_y + \sqrt{{k_y}^2-{\lambda_{rel,y}}^2}} = \frac{1}{2,36 + \sqrt{2,36^2 - 1,89^2}} = 0,26\)

Bärförmåga - tryck och böjning

För kontroll av bärförmågan vid samtidig böjning och axiellt tryck används interaktionsvillkor enligt Eurokod 5.

Snö huvudlast:

\(\frac{\sigma_{c,0,d}}{k_{c,y} \cdot f_{c,0,d}} + \frac{\sigma_{m,y,d}}{f_{m,y,d}} = \frac{2,62}{0,26 \cdot 18,3} + \frac{2,74}{23,7} = 0,55 + 0,12 = 0,67 < 1,0 \)

Dimensioneringsvillkoret är således uppfyllt!

Vind huvudlast:

\(\frac{\sigma_{c,0,d}}{k_{c,y} \cdot f_{c,0,d}} + \frac{\sigma_{m,y,d}}{f_{m,y,d}} = \frac{1,99}{0,26 \cdot 18,3} + \frac{13,8}{23,7} = 0,42 + 0,58 = 1,0\)

Dimensioneringsvillkoret är således uppfyllt!

Bärförmåga - tvärkraft

Dimensionerande värde på skjuvhållfastheten blir med

fvk = 3,5 MPa (CE L40c)

kmod = 0,9 (lastvaraktighet kort, klimatklass 1)

γm = 1,25 (limträ)

Enligt allmänt råd i EKS 9, BFS 2013:10, bör kcr enligt nedan användas för limträ som inte är exponerat för nederbörd och solstrålning.

\(k_{cr}= min \begin{cases}\frac{3,0}{1,0} \\ 1,0 \end{cases}\)

\(\frac{3,0}{f_{v,k}} = \frac{3,0}{3,5}=0,857 < 1,0 \:\text{ alltså }\:k_{cr}=0,857\)

\(f_{v,d}=\frac{k_{cr} \cdot k_{mod} \cdot f_{v,k}}{\gamma_m} = \frac{0,857 \cdot 0,9 \cdot 3,5}{1,25} = 2,16 > 0,49 \:\text{MPa}\)

Dimensioneringsvillkoret  \(\tau_d < f_{v,d}\) är uppfyllt!

4. Kontroll av bruksgränstillstånden

Funktionskriterier

Deformationerna hos en konstruktion under påverkan av laster ska begränsas med hänsyn till risken för skador samt med hänsyn till funktionskrav och estetiska krav. Gränsvärden för deformationer bestäms från fall till fall, och gränsvärden med hänsyn till utseende eller komfort kan anges av byggherren. Gränsvärde för wfin väljs till L/180 för en inspänd konsol, det vill säga i detta fall en utböjning i pelartopp på 22 mm.

Den omedelbara utböjningen, winst, kan beräknas för den karakteristiska lastkombinationen med användande av medelvärde på elasticitetsmodul, skjuvmodul och förskjutningsmodul. Den slutliga utböjningen, wfin, kan förenklat beräknas som

wfin = wfin,G + wfin,Q

där
wfin,G = winst,G (1+kdef),
wfin,Q = winst,Q (1+ψ2∙kdef) för huvudlasten där ψ2 är faktor för kvasipermanenta värdet av variabel last,
kdef = 0,60 för limträ i klimatklass 1.

Lastvärden och lasteffekter

Dimensionerande lasteffekt, det vill säga i detta fall utböjning av frekvent lastfall.

Endast vindlasten ger upphov till utböjning. Denna kan approximativt beräknas som för en konsol med jämnt fördelad belastning. 

\(w_{inst,Q} = \frac{\psi_1 \cdot q_k \cdot h^4}{8 \cdot E_{0,mean} \cdot I} = \frac{0,2 \cdot 6 \cdot 0,6 \cdot 10^3 \cdot 4^4 \cdot 12}{8 \cdot 13000 \cdot 10^6 \cdot 0,115 \cdot 0,315^3} =5,9\:\text{mm}\)

För vindlasten är  ψ2 = 0, och wfin = (1+ψ2∙kdef) ·winst,Q = (1+0)·5,9 = 5,9 mm < 22 mm

 Dimensioneringsvillkoret wfin < h/180 = 22 mm är alltså uppfyllt!

5. Vald dimension

Välj limträpelare 190x315.

Om TräGuiden

TräGuiden tillhandahåller information om trä och träbyggande. Webbsidan drivs av Svenskt Trä, en del av Skogsindustrierna, och utgör med sina nära en miljon besökare per år ett viktigt informationsnav för byggande i Sverige.

TräGuiden beskriver tekniska lösningar för träbyggande samt innehåller information om trämaterialets egenskaper. TräGuidens innehåll av illustrationer och konstruktionslösningar kan fritt skrivas ut eller delas med andra.

Det finns också nedladdningsbara ritningar i CAD-format på TräGuiden.

Klicka här för sajtkarta

Stäng sajtkarta

Prenumerera på TräGuidens
populära nyhetsbrev

Vi värnar om personlig integritet vilket innebär att dina personuppgifter alltid hanteras på ett ansvarsfullt sätt. Genom att klicka på skicka lämnar du ditt samtycke.
Läs vår integritetspolicy.

På din mobil fungerar TräGuiden bäst i stående läge.Ok

Hantera dina pins

Hantera pins fungerar bäst om du inte är i privat/inkognitoläge. OBS! Dina pins sparas i datorns lokala minne.
Åtgärder som innebär raderande av kakor på datorn kan ofta även medföra att det lokala minnet rensas med följden att dina sparade pins försvinner.

Du har inga sparade pins

Hantera pins fungerar bäst om du inte är i privat/inkognitoläge. OBS! Dina pins sparas i datorns lokala minne.
Åtgärder som innebär raderande av kakor på datorn kan ofta även medföra att det lokala minnet rensas med följden att dina sparade pins försvinner.

pin

Du vet väl att du kan spara sidor till senare. Samla här pins för de sidor du besöker ofta och enkelt vill kunna återkomma till.

  • Lägg till
  • Du har redan lagt till den här sidan.

Skicka pins

Ett enkelt sätt att spara dina pins är att maila dem

Du har nu skickat dina pins!

Något gick fel. Kontrollera e-postadressen och prova igen.

Dela sidan