BME Építészmérnöki Kar Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék
FASZERKEZETEK KONSTRUÁLÁSA Fafajták, a fa osztályba sorolása
Budapest, 2015. szeptember 17.
1
2
TARTÓSZERKEZETEK FAANYAGAI - Természetes faanyagok - Kvázi természetes faanyagok - Mesterséges fatermékek
TERMÉSZETES FAANYAGOK (Solid timber)
Fűrészelt fa
Rönkfa
Szélezetlen fűrészárú
Süvegfa
3
KVÁZI TERMÉSZETES FAANYAGOK
Rétegelt – ragasztott fa (Glued – Laminated Timber)
LVL – termékek (Laminated Veneer Lumber)
Triobalken (Duobalken)
Kreuzbalken
MESTERSÉGES FATERMÉKEK - Faforgácslapok (Particle Board, Chipboard) Pl.: OSB lapok (Oriented Strand Board) - Farostlemez (Fibreboard) Pl.: MDF lapok (Medium Density Fibreboard) (ρ=650-850 kg/m3)
OSB
MDF
4
JELÖLÉSEK Főirányok, rostirány
z
tirá s o r
h
x
b
ny
y
x l
z r
Er
Et
Er
t
Et
Er = Et
y
Ez = Ey = E90
5
ANYAGTÖRVÉNYEK - teherbírás vizsgálatok esetén Faanyag: Lineárisan rugalmas anyagtörvény a hibátlan (göcsmentes) faanyag σ−ε diagramja
σ 2
[N/mm ]
húzás (t)
100
Et > Ec
ny omás (c)
50
E (hajlító kísérletekből)
ε [%] Acél kapcsolóelemek: rugalmas – képlékeny anyagtörvény
3
ALAKVÁLTOZÁS VIZSGÁLATOK ALKALMÁVAL
εinst
εfin
εcreep
Rugalmas-viszkózus anyagtörvény
t
σ
t
∆t~0
∆t~0
6
JELÖLÉSEK Szilárdság / feszültség
f c , 45,d ≥ σ c , 45,d α = 0 … 90o
hajlító (m)
tervezési (d)
húzó (t)
karakterisztikus (k)
nyomó (c) nyíró (v) beágyazási/palástnyomási (h)
A SZERKEZETI (TERMÉSZETES) FAANYAGOK SZILÁRDSÁGI OSZTÁLYAI Puhafa
Keményfa
C14 C16 C18 C20 C22 C24 C27 C30 C35 C40 C45 C50
D30 D35 D40 D50 D60 D70
Szilárdsági tulajdonságok [N/mm2] Hajlítás
f m,k
14
16
18
20
22
24
27
30
35
40
45
50
30
35
40
50
60
70
Rostirányú húzás
f t,0,k
8
10
11
12
13
14
16
18
21
24
27
30
18
21
24
30
36
42
Rostirányra merőleges húzás
f t,90,k
0,4
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
Rostirányú nyomás
f c,0,k
16
17
18
19
20
21
22
23
25
26
27
29
23
25
26
29
32
34
Rostirányra merőleges nyomás
f c,90,k
2,0
2,2
2,2
2,3
2,4
2,5
2,6
2,7
2,8
2,9
3,1
3,2
8,0
8,4
8,8
9,7 10,5 13,5
f v,k
1,7
1,8
2,0
2,2
2,4
2,5
2,8
3,0
3,4
3,8
3,8
3,8
3,0
3,4
3,8
4,6
5,3
6,0
16
10
10
11
14
17
20
8,0
8,7
9,4 11,8 14,3 16,8
Nyírás
Merevségi tulajdonságok [kN/mm2] A rostirányú rugalmassági modulus középértéke
E 0,mean
7
8
9
9,5
10
11 11,5 12
13
14
15
A rostirányú rugalmassági modulus 5%-os kv antilise
E 0,05
4,7
5,4
6,0
6,4
6,7
7,4
8,7
9,4
10 10,7
7,7
8,0
A rostirányra merőleges rugalmassági modulus középértéke
E 90,mean 0,23 0,27 0,30 0,32 0,33 0,37 0,38 0,40 0,43 0,47 0,5 0,53
0,64 0,69 0,75 0,93 1,13 1,33
A nyírási rugalmassági modulus középértéke
G mean 0,44 0,50 0,56 0,59 0,63 0,69 0,72 0,75 0,81 0,88 0,94 1,00
0,60 0,65 0,70 0,88 1,06 1,25
Sűrűség [kg/m3] A sűrűség A sűrűség középértéke
ρk
290 310 320 330 340 350 370 380 400 420 440 460
530 560 590 650 700 900
ρ mean
350 370 380 390 410 420 420 460 480 500 520 550
640 670 700 780 840 1080
7
„C”
- CONIFER, CONIFEROUS - mérsékelt égövi lágy, lombos fák (éger, nyár, fűz) - fenyő-félék (A C45-ös és a C50-es szilárdsági osztálynak megfelelő fát nem mindig lehet beszerezni.)
„D”
- DECIDUA, DECIDUOUS - kemény lombos fák - mérséklet égövi (bükk, kőris, akác, tölgy) - egzotikus (import) fák (wenge, greenhart, pockfa, stb.)
8
MINŐSÍTÉS LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOKKAL MSZ EN: - hajlítószilárdság - sűrűség - rostirányú rugalmassági modulus
F
F h
lF min. h/2
6h (18+3) h
lF
tetszőleges min. h/2 T = 20 + 2oC; RH = 65 + 5%; (ω = 11-12 %)
A LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK EREDMÉNYEINEK STATISZTIKAI ELEMZÉSE MSZ EN: lognorm eloszlás sűrűségfüggvény:
f m ,o =
fm, o, k
fm, o, mean
M F ⋅ lF = Wy b ⋅ h 2 6
fm, o
9
FA HAJLÍTÓVIZSGÁLATI EREDMÉNYEIENK STATISZTIKAI KIÉRTÉKELÉSE Weibull
[ N/mm2 ]
Normál
10
A SZERKEZETI (TERMÉSZETES) FAANYAGOK SZILÁRDSÁGI OSZTÁLYAI Fenyő és nyár fafajok
Lombos fafajok
C14 C16 C18 C20 C22 C24 C27 C30 C35 C40 C45 C50
D30 D35 D40 D50 D60 D70
Szilárdsági tulajdonságok [N/mm2] Hajlítás
f m,k
14
16
18
20
22
24
27
30
35
40
45
50
30
35
40
50
60
70
Rostirányú húzás
f t,0,k
8
10
11
12
13
14
16
18
21
24
27
30
18
21
24
30
36
42
Rostirányra merőleges húzás
f t,90,k
0,4
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
Rostirányú nyomás
f c,0,k
16
17
18
19
20
21
22
23
25
26
27
29
23
25
26
29
32
34
Rostirányra merőleges nyomás
f c,90,k
2,0
2,2
2,2
2,3
2,4
2,5
2,6
2,7
2,8
2,9
3,1
3,2
8,0
8,4
8,8
9,7 10,5 13,5
f v,k
1,7
1,8
2,0
2,2
2,4
2,5
2,8
3,0
3,4
3,8
3,8
3,8
3,0
3,4
3,8
4,6
5,3
6,0
7
8
9
9,5
10
11 11,5 12
13
14
15
16
10
10
11
14
17
20
4,7
5,4
6,0
6,4
6,7
7,4
8,7
9,4
10 10,7
8,0
8,7
9,4 11,8 14,3 16,8
Nyírás
Merevségi tulajdonságok [kN/mm2] A rostirányú rugalmassági moE 0,mean dulus középértéke A rostirányú rugalmassági modulus 5%-os kv antilise
E 0,05
7,7
8,0
A rostirányra merőleges rugalmassági modulus középértéke
E 90,mean 0,23 0,27 0,30 0,32 0,33 0,37 0,38 0,40 0,43 0,47 0,5 0,53
0,64 0,69 0,75 0,93 1,13 1,33
A nyírási rugalmassági modulus középértéke
G mean 0,44 0,50 0,56 0,59 0,63 0,69 0,72 0,75 0,81 0,88 0,94 1,00
0,60 0,65 0,70 0,88 1,06 1,25
Sűrűség [kg/m3] A sűrűség A sűrűség középértéke
ρk
290 310 320 330 340 350 370 380 400 420 440 460
530 560 590 650 700 900
ρ mean
350 370 380 390 410 420 420 460 480 500 520 550
640 670 700 780 840 1080
A FASZERKEZETEK BIZTONSÁGI TÉNYEZŐI fd = k mod ⋅
fk
γM
Az anyagjellemzők és ellenállások γM parciális biztonsági tényezői:
Alapkombinációk esetén: Szerkezeti (természetes) fa:
1,30
Rétegelt-ragasztott fa:
1,25
LVL termékek, rétegelt lemezek: OSB lapok:
1,20 1,20
Faforgácslemezek:
1,30
Farostlemezek, MDF lapok:
1,30
Kapcsolatok:
1,30
Szeglemezek:
1,25
Rendkívüli kombinációk esetén:
1,00
11
FELHASZNÁLÁSI OSZTÁLYOK 1. Felhasználási osztály: Jellemzője a faanyag azon nedvességtartalma, amely 20oC-on akkor alakul ki, ha a környező levegő relatív páratartalma évenként csak néhány hétig haladja meg a 65%-os értéket. (Ekkor a fenyők átlagos egyensúlyi nedvességtartalma nem haladja meg az ω=12%-ot.)
2. Felhasználási osztály: Jellemzője a faanyag azon nedvességtartalma, amely 20oC-on akkor alakul ki, ha a környező levegő relatív páratartalma évenként csak néhány hétig haladja meg a 85%-os értéket. (Ekkor a fenyők átlagos egyensúlyi nedvességtartalma nem haladja meg az ω=20%-ot.)
3. Felhasználási osztály: A környezeti hatások nagyobb nedvességtartalmat eredményeznek, mint a 2. felhasználási osztály esetén. (Ekkor a fenyők átlagos egyensúlyi nedvességtartalma nagyobb, mint ω=20%.) Csak kivételes esetekben soroljuk a fedett tartószerkezeteket a 3. osztályba.
A TEHERIDŐTARTAMOK OSZTÁLYAI A teheridőtartam osztálya
A karakterisztikus hatás időtartamának összegzett nagyságrendje
Példa a terhelésre
Állandó
10 évnél hosszabb idő
Önsúly
Hosszú időtartamú
6 hónap – 10 év
Raktárak hasznos terhei
Közepes időtartamú
1 hét – 6 hónap
Egyéb hasznos terhek
Rövid időtartamú
1 hétnél rövidebb
Hó- és szélteher
Pillanatnyi
Szélteher, rendkívüli hatások
12
Ak
MÓDOSÍTÓ TÉNYEZŐ
mod A teher időtartamát és a faanyag nedvességtartalmát figyelembe vevő kmod tényező értékei:
hosszú időtartamú
közepes időtartamú
rövid időtartamú
pillanatnyi
OSB lapok
állandó
Természetes faanyag, rétegelt-ragasztott fa, LVL termékek, és rétegelt lemezek
Felhasználási osztály
Faanyag
A teheridőtartam osztályai
1
0,60
0,70
0,80
0,90
1,10
2
0,60
0,70
0,80
0,90
1,10
3
0,50
0,55
0,65
0,70
0,90
OSB/2
1
0,30
0,45
0,65
0,85
1,10
OSB/3, OSB/4
1
0,40
0,50
0,70
0,90
1,10
OSB/3, OSB/4
2
0,30
0,45
0,50
0,70
0,90
A faanyag nedvességtartalma ω [%]
A levegő relatív páratartalma RH [%]
A FAANYAG EGYENSÚLYI NEDVESSÉGTARTALMA
A levegő hőmérséklete T [°C]
13
150 x 200 mm keresztmetszetű faelem 1000 mm-es szakaszának nedvességváltozása 18 hét alatt ωe0 = 11%;
11,2
12,3
ωemax. = 22%
13,4
14,4
15,5
16,6
17,7
18,6
19,8
20,9
Nettó nedvességtartalom [%]
A HÚZÓSZILÁRDSÁG VÁLTOZÁSA A NEDVESSÉGTARTALOM FÜGGVÉNYÉBEN ft,0,mean [N/mm2] ρ = 520 kg/m3
ρ = 420 kg/m3
ω [%] FSP – (fiber saturation point)
ωFSP
14
15
