912x

001923

Dipl.-Ing. (FH) Bastian Kuhn, M.Sc.

2025-06-04

Projektowanie ściany szkieletowej z typem grubości tarczaowa

W tym artykule zostanie przeprowadzony projekt ściany drewnianej z grubością typu tarcza belkowa.

Dla drewnianej ściany panelowej przedstawionej w artykule Berechnung einer Holztafelwand mit dem Dickentyp Balkenscheibe omówiono zasady projektowania zgodnie z EC 5 [1]. Wartości materiałowe i geometryczne opierają się na tym artykule; nie będą tutaj ponownie określane.

KB | Obliczanie ściany szkieletowej z tarczą podłogową jako typem grubości

Do obliczenia łączników (zszywek 1,5 x 50) w zakładce "Tarcze belkowe | Złącza" wprowadza się dodatkowe ustawienia:

Siły nie są wygładzane
brak redukcji poniżej 30° ([1] 8.4(5))
Współczynnik k_sr=1,2 ([1] 9.2.4.2(5))
Nośność zszywania według Johansena ([1] 8.2.2(1))
Weryfikacja wykrzywienia uproszczona według [1] 9.2.4.2(11)

Parametry obliczeniowe stropu belkowego jako ściany szkieletowej zgodnie z Eurokodem 5, przykład KB 001923

Parametry projektowe tarczy stropowej dla ściany w szkieletowej konstrukcji drewnianej

Drewniana ściana panelowa jest obustronnie oszalowana.

Szerokość płyt wynosi 1,25 m, co uwzględnia pionowe połączenia oszalowania. Jest to różnica w porównaniu do zastosowania nieprzerwanego oszalowania w poprzednim artykule.

RFEM 6 | Połączenia okładzinowe stropu z belek z paneli drewnianych

RFEM 6 | Połączenia okładzin i usztywnienia

Złącza oszalowania są dopasowane do środkowych linii krawędziowych. Przy długości 2,56 m powstają więc dwie płyty OSB każda o szerokości 1,25 m. Po lewej i prawej stronie płyty pozostaje wolny brzeg o szerokości 3 cm. Poniższy obraz ilustruje stosunki geometryczne.

Geometria drewnianej ściany panelowej w artykule technicznym RFEM 6

Geometria ściany szkieletowej z płyt drewnianych w artykule branżowym w RFEM 6

Obciążenia pionowe są wprowadzone przez model 3D na górnej podciągniecie. Ze względu na efekt przelotowy nie powstaje normalna siła obliczona ręcznie jako 6,75 kN/m x 0,625 m = 4,22 kN.

Model ściany drewnianej w programie RFEM 6 z siłami osiowymi bez działania ciągłego i momentami zginającymi na żebrach

Ściana panelowa: Rozkład obciążenia w programie RFEM 6

Dla ilustracji system przelotowy porównuje się z systemem jednoprzęsłowego nad górnym podciągiem. Dla kombinacji obciążeń 2 (1,35*LF1) maksymalna siła normalna wynosi -4,7 kN z czysto pionowego obciążenia 6,75 kN/m. Na obrazie siły są przedstawione raz z uwzględnieniem efektu przelotowego, a raz bez. Na lewej stronie siły normalne i momenty z efektem przelotowym, po prawej bez. Na lewej stronie obrazu widoczne są momenty podporowe.

W porównaniu do poprzedniego artykułu technicznego, tutaj zdefiniowano dodatkowe linowe podparcie, które działa na rozciąganie. Modelowanie lepiej odpowiada rzeczywistości.

Wraz z siłą poziomą, w kombinacji obciążeń 1 (1,35*LF1+1,5*LF2) powstaje siła ściskająca -14 kN na tylnym słupie.

Symulacja rozkładu sił osiowych w żebrach ściany drewnianej w RFEM 6

Siła osiowa w żebrach drewnianej ściany w programie RFEM 6

Żebra są traktowane jako bocznie podparte przeciwko skręceniu i wyboczeniu. Przeprowadzana jest weryfikacja wyboczenia wokół silnej osi według [1] 6.3.2.

Weryfikacja słupów

Sprawdzanie stateczności tarczy stropowej jako ściany szkieletowej zgodnie z Eurokodem 5

Analiza stateczności tarczy stropowej w drewnianej ścianie szkieletowej

Odchylenia (niedoskonałości) oraz obciążenia wiatrem będą omówione w kolejnym artykule dotyczącym przestrzennego obliczenia.

W weryfikacji oszalowania należy zbadać trzy tryby zniszczenia.

Weryfikacja łączników (przetestowanie ścinania łączników)
Nośność ścinania płyty OSB/3
Wybrzuszenie oszalowania

Ze względu na przejrzystość przedstawienia, w poniższych dwóch równaniach uwzględniono podanie według normy DIN 1052 [2]. Tam umieszczone są te równania pod numerami 123 i 124.

f_{v, 0, d} = m i n \{\begin{cases} k_{v, 1} \cdot R_{d} / a_{v} \\ \overset{k_{v, 1} \cdot k_{v, 2} \cdot f_{v, d} \cdot t}{k_{v, 1} \cdot k_{v, 2} \cdot f_{v, d} \cdot 35 \cdot t^{2} / a_{r}} \end{cases}

Przegląd naprężeń zgodnie z DIN 1052

f_{v, 90, d} = m i n \{\begin{cases} R_{d} / a_{v} \\ \overset{k_{v, 2} \cdot f_{c, d} \cdot t}{k_{v, 2} \cdot f_{c, d} \cdot 20 \cdot t^{2} / a_{r}} \end{cases}

Wytrzymałość wzdłużna w kierunku poprzecznym zgodnie z DIN 1052

❶ Weryfikacja łączników

Charakterystyczny moment płynięcia ([1] 8.29)

M_{y, Rk} = 150 \cdot d^{3} = 150 \cdot 1 . 5^{3} = 506.3 Nmm

Charakterystyczny moment plastyczny

Wytrzymałość na rozciąganie przyjmuje się jako f_u,k = 900 N/mm².

Wytrzymałość na obciążenia studnią płyty OSB ([1] 8.22)

f_{h, k} = 65 d^{- 0, 7} t^{0, 1} = 65 \cdot 1, 5^{- 0, 7} \cdot 15^{0, 1} = 64, 16 N / m m^{2}

Wytrzymałość na docisk OSB

Wytrzymałość na obciążenia studnią drewna ([1] 8.15)

f_{h, k, 2} = 0, 082 \cdot ρ_{k, 2} \cdot {(d)}^{- 0, 3} = 0, 082 \cdot 350 k g / m ³ \cdot {(1, 5 m m)}^{- 0, 3} = 25, 4 N / m m^{2}

Fizyczna wytrzymałość dociskowa dut w drewnie

Stosunek wytrzymałości na obciążenia studnią ([1] 8.8)

β = \frac{f_{h, k, 2}}{f_{h, k, 1}} = \frac{25, 4}{64, 2} = 0, 4

Stosunek nośności na ściskanie w strefie przypowierzchniowej

Nośność zszywek ([1] Równania 8.6 (a-f))

Nośność łącznika według równań 8.6a-f (Johansen)

Nośność zszywek jest przedstawiana na podstawie wydruku programu. Należy użyć minimalnej wartości. W tym przypadku wynosi F_v,RK,min = 270,4 N

Podobnie jak w poprzednim artykule technicznym, jeden zszywka składa się z dwóch gwoździ, dlatego wartość tę można tutaj podwoić. Wartość projektowa wynosi:

F_{v, R d} = \frac{2 \cdot F_{v, R k}}{γ_{M}} \cdot \sqrt{k_{m o d, 1} \cdot k_{m o d, 2}} = \frac{2 \cdot 270, 4 N}{1, 3} \cdot 1 = 416 N

Nośność obliczeniowa

W oparciu o długość z odstępem między łącznikami wynoszącym 50 mm, wynosi to:

f_{v, R d} = \frac{F_{v, R d}}{s} = \frac{416 N}{50 m m} = 8, 32 k N / m

Nośność złączy przypadająca na długość

Obciążenie określa się na podstawie siły n i v_z. Na poniższym obrazie przedstawiono siły. Linie pośrednie 15 modelu otrzymują najważniejsze siły.

Siła w łączniku

Resultantna siła ścinająca na połączeniu to:

s_{v, d} = \sqrt{{(s_{v, o, d})}^{2} + {(s_{v, 9 o, d})}^{2}} = \sqrt{{(4, 71)}^{2} + {(3, 27)}^{2}} = 5, 73 k N / m

Łącznik siły poprzecznej

Na podstawie obrazu jest bardzo dobrze widoczne, że ze względu na sztywność w kierunku poprzecznym sztywnego połączenia powstają lokalne piki siły ścinającej v_z.

Aby obejść ten problem, w dalszej części ustawień tarczy belkowej zostanie aktywowana opcja 'Uwzględnij jedynie sztywność połączenia w kierunku wzdłużnym'.

Uwzględnienie sztywności łączników tylko w kierunku głównym, przykład KB 001923

Rozważenie sztywności łączników tylko w kierunku podłużnym

W ten sposób w połączeniu występują tylko siły ścinające wzdłużne, co przedstawiono na poniższym obrazie.

Siła w łączniku

Siła normalna w słupie zmienia się na 14,86 kN. Weryfikacja wyboczenia musi zostać ponownie przeprowadzona. Ze względu na niskie wykorzystanie, zostanie pominięta.

Symulacja rozkładu sił normalnych w żebrach drewnianej ściany w programie RFEM 6

Wyższa siła osiowa w żebrach ściany z paneli drewnianych w programie RFEM 6

Nadal kluczowa jest wewnętrzna linia 15 w punkcie łączenia dwóch oszalowań. Obliczanie resultantów zostaje pominięte, ponieważ nie ma już sił poprzecznych.

Weryfikacja 1 – Połączenia

η_{1} = \frac{s_{v, d}}{f_{v, R d}} = \frac{5, 09 k N / m}{8, 32 K N / m} = 0, 61

SPRAWDZENIE VBM PYTA STROPOWA

Ręczne porównanie wyników przepływu ścinającego daje podobne wartości.

s_{v, 0, d} = \frac{F}{L} = \frac{12 kN}{2.56 m} = 4.69 kN / m

Obciążenie przepływem ścinania

❷ Nośność ścinania płyty według [1]) 9.21

Jednostronne oszalowanie k_da = 0,33 lub 1 ([1] Równanie NA.16)
f_v,d = 5,23 N/mm²
t = 15 mm

Jeśli opcja 'Uwzględnij jedynie sztywność połączenia w kierunku wzdłużnym' wybierana w weryfikacji 1 nie jest zaznaczona, wartość k_da = 1,0.

Weryfikacja wygląda wtedy następująco.

η_{2} = \sqrt{{(\frac{s_{v, 0, d}}{k_{d a} \cdot f_{v, d} \cdot t})}^{2} + {(\frac{s_{v, 90, d}}{k_{d a} \cdot f_{c, d} \cdot t})}^{2}} = \sqrt{{(\frac{4, 71 k N / m}{1, 0 \cdot 5, 23 N / m m ² \cdot 15 m m})}^{2} + {(\frac{3, 27 k N / m}{1, 0 \cdot 9, 77 N / m m ² \cdot 15 m m})}^{2}} = 0, 06

Nośność na ścinanie poszycia

Jeśli uwzględnia się tylko sztywność wzdłużną, współczynnik dla jednostronnego oszalowania wynosi 0,33 i przedstawiono go poniżej.

η_{2} = \sqrt{{(\frac{s_{v, 0, d}}{k_{d a} \cdot f_{v, d} \cdot t})}^{2} + {(\frac{s_{v, 90, d}}{k_{d a} \cdot f_{c, d} \cdot t})}^{2}} = \frac{5, 09 k N / m}{0, 33 \cdot 5, 23 N / m m ² \cdot 15 m m} = 0, 2

Nośność na ścinanie poszycia (tylko w kierunku podłużnym)

Tylny element równania staje się zerowy, ponieważ sztywność zszywania przyjmuje się tylko w kierunku wzdłużnym.

❸ Ścinanie wybrzuszenia płyty według [1] 9.2.4.2

b_net = 565 mm (odległość między żebrami)
b_net/t = 565 mm / 15 mm = 37,7 mniejsze niż 100

→ Uproszczona weryfikacja wybrzuszenia jest spełniona.

Ponieważ wartość jest większa niż 35, przeprowadza się dokładniejszą weryfikację według niemieckiego NA.

Wytrzymałość ścinania OSB f_v,k = 6,8 N/mm²
Współczynnik bezpieczeństwa materiałowego y_M = 1,3
Współczynnik modyfikacji k_mod = 1,0
Współczynnik według NCI 9.2.4.2 k_da = 0,33 lub 1
Odstęp żeber a_r = 62,5 cm

Jeśli opcja 'Uwzględnij jedynie sztywność połączenia w kierunku wzdłużnym' wybierana w weryfikacji 1 nie jest zaznaczona, wartość k_da = 1,0.

Weryfikacja wygląda wtedy następująco.

η_{3} = \sqrt{{(\frac{s_{v, 0, d}}{k_{d a} \cdot f_{v, d} \cdot 35 \cdot \frac{t^{2}}{a_{r}}})}^{2} + {(\frac{s_{v, 90, d}}{k_{d a} \cdot f_{c, d} \cdot 20 \cdot \frac{t^{2}}{a_{r}}})}^{2}} = \sqrt{{(\frac{4, 71 k N / m}{1, 0 \cdot 5, 23 N / m m ² \cdot 35 \cdot \frac{{(15 m m)}^{2}}{625 m m}})}^{2} + {(\frac{3, 27 k N / m}{1, 0 \cdot 9, 77 \cdot 20 \cdot \frac{{(15 m m)}^{2}}{625 m m}})}^{2}} = 0, 09

Sprawdzenie stateczności usztywnienia

Jeśli uwzględnia się tylko sztywność wzdłużną, współczynnik dla jednostronnego oszalowania wynosi 0,33 i przedstawiono go poniżej.

η_{3} = \sqrt{{(\frac{s_{v, 0, d}}{k_{d a} \cdot f_{v, d} \cdot 35 \cdot \frac{t^{2}}{a_{r}}})}^{2} + {(\frac{s_{v, 90, d}}{k_{d a} \cdot f_{c, d} \cdot 20 \cdot \frac{t^{2}}{a_{r}}})}^{2}} = \frac{5, 09 k N / m}{0, 33 \cdot 5, 23 N / m m ² \cdot 35 \cdot \frac{{(15 m m)}^{2}}{625 m m}} = 0, 23

Sprawdzanie stateczności usztywnień (tylko kierunek podłużny)

Ze względu na uwzględnienie tylko sztywności w kierunku wzdłużnym, w tej weryfikacji pomija się również tylny element.

Wskazówka

Pobierz plik modelu drewnianej ściany panelowej z typem grubości belki. Oprócz omówionego tutaj przykładu, w pliku znajduje się również struktura umożliwiająca przeanalizowanie efektu przelotowego na słupach.

Plik modelu

174x

71x

Projektowanie ściany szkieletowej

Autor

Pan Kuhn jest odpowiedzialny za rozwój produktów do konstrukcji drewnianych i zapewnia wsparcie techniczne dla naszych klientów.

Odnośniki

KB | Obliczanie ściany szkieletowej z tarczą podłogową jako typem grubości

Odniesienia

DIN. (2013). Załącznik krajowy – Eurokod 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten - Teil 1-1: Allgemeines - Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau; DIN EN 1995-1-1/NA:2013-08
DIN 1052:2008-12: Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holztragwerken − Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2008

;