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2016-12-28

正交胶合木板的振动分析

对于大跨度的屋面板,通常正交胶合木结构的振动设计为决定性的。 木材相对于混凝土轻的优点这里变成了缺点,因为比重大的材料有利于降低固有频率。

通常在双轴受拉结构上进行设计,例如在单轴等效构件上使用正交胶合木结构板。 因此,首先对杆件进行理论分析。

示例:杆件结构

杆件和面设计的优缺点在一个实例中进行了阐述。 建筑物的平面图是8.44 mx 10.83 m。 在建筑物的纵向5.99 m处有一个承重内墙。 如图2所示,首先用RX-TIMBER 连续梁程序计算木梁屋面板。 除了图3中所示的线荷载外,楼梯间末端的变化也产生了一个荷载。

LC1 = 6.9 kN
LC2 = 5.6 kN

在RX-TIMBER 连续梁中的计算得出所需的截面为14/32 cm。

在RF-TIMBER Pro中简化的振动分析中,荷载组合LC1 + LC2产生的最大变形为19.4 mm。 可以将两跨梁转换成约束单跨梁系统,从而允许下述变形极限。 因此振动在数学上保持在 8.0 赫兹。 更多信息请参见[3]。

为了简化RF-TIMBER Pro中的减振设计,截面须为14/62 cm。

使用RF-DYNAM Pro-固有振动和RF-DYNAM Pro-强迫振动,可以考虑[3]中的规定进行更详细的分析。

在仔细观察时,首先分析是否固有频率f 0≤f min

fmin = 4.5 Hz > f0 = 4.4Hz


因此,不满足限制。


在下一步中分析是否加速度a≤a 。 为此在RF-DYNAM Pro-强迫振动中定义2 Hz的周期函数。 转换为ω,频率为2Hz∙2π= 12.566 rad/s。 根据[3]中的2.2.4节,施加在时间和地点都变化的力F dyn = 0.4F(t)。


周期函数的定义并不反映 [3] 中的要求,而是一种简化。 下面的网络课堂(只有德语)介绍了在天花板上行走的正确表达式。

下面定义了一个荷载工况,集中荷载为1 kN(人工荷载),在RF-DYNAM Pro-强迫振动中进行分析。 集中荷载定义在所选最大特征值的位置。 根据[1],阻尼系数Lehr = 0.01。 加速度在2 Hz时持续5秒钟。 均方根(见图10)计算为0.05 m/s²。

a极限= 0.1 m/s > a = 0.05 m/s²

由此证明了均方根值的设计。 但是它会导致略微超过 0.1 m/s²。 根据[3],在计算中可以将板作为附加的刚度和质量。 该截面在RFEM中的组合截面下定义。 板和木截面之间的连接不会传递任何刚度(无剪切粘结)。 该板的结构高度为8 cm。 有关组装截面的更多信息,请参见RF-TIMBER Pro手册。



板面结构示例

根据图2中的平面图的示例被转换成截面为CLT 240 L7s-2的正交胶合木板(根据[2] )。 下部的板与杆件结构定义为连续梁,总长度为10.47 m,跨度为5.99 m(板1)和4.48 m(板2)。 3.38 m长的板与连续的板连接(见图13)。 这里不考虑板件的连接柔性,因为假设较短的板件放置在连续的板上,因此没有柔性。 只对旋转是线铰链与自由φx = 0的KNM/弧度/上的所有板边缘限定米的程度。 在图14中说明了板的作用方向。

在RF-LAMINATE中进行设计,计算得出的刚度在特征/准永久组合中产生21.4 mm的变形。 同样,简化的振动设计将被忽略。 因此对板结构重复上一步骤。

RF-LAMINATE中的设计在手册中有介绍。

为了使用RF-DYNAM Pro-自固有振动和RF-DYNAM Pro-强迫振动,对受拉结构进行更精确的设计,创建LC1 + LC2组合。

在RF-DYNAM Pro-固有振动中,这种组合产生的自振为4.8 Hz。 最大失效模态也出现在第一个面的跨度中间。

此处也施加了1 kN的集中荷载,并叠加了与杆件结构相同的功能。 在图18中,求出5秒钟的均方根值0.0469 m/s²。 甚至最大加速度几乎是极限标准内 a限制 ≤0.1米/秒² 。 极限值仅略微超过0.12 m/s²。 此外,在RF-LAMINATE中使用8 cm的板增加截面的刚度和质量。 为此,正交胶合木板的刚度用等效正交各向异性木截面表示。

确定该组合截面的刚度矩阵时,无需考虑熨平板和交叉层压木板之间的抗剪粘结。

通过该方法最终可以如图20所示,在极限条件下计算加速度的最大值。

小结

通过对结构构件进行双轴分析,可以在满足欧洲规范5的要求的情况下,将正交胶合木板的截面从64 cm减小到22 cm。

使用的文献材料

[1] Blaß, H.J.; Ehlbeck. J.; Kreuzinger H.; Steck G.: Erläuterungen zu DIN 1052:2004-08, 2nd 编辑 科隆: Bruderverlag,2005年
[2] 通用技术认证Z-9.1-599 13号 2012年1月
[3] Hamm,P .; Richter,A。: 木板振动分析的设计规范。 In: 木结构结构研讨会2009。 Leinfelden-Echterdingen,26 2009年11月。 发布者: 巴登-符腾堡州木材协会省级咨询委员会,斯图加特。 第15-29页。

作者

Kuhn 先生负责木结构产品的开发工作,并为客户提供技术支持。

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