Xarici Göyərtələrdə Sakinlər tərəfindən Yaranan Yanal Yüklər

Xaricdən qaldırılmış göyərtələrin, eyvanların və eyvanların təhlükəsizliyi, ciddi yaralanmalara və bəzi hallarda ölümlərə səbəb olan çoxsaylı sənədli struktur çökmələri səbəbindən əhəmiyyətli bir milli məsələdir (Shutt 2011; Legacy Services 2010). Göyərtələr kommersiya strukturlarında da populyar olduğu üçün problem yalnız yaşayış binaları ilə məhdudlaşmır. Daha böyük iş yerləri səbəbiylə kommersiya inşaatında paylar daha da yüksəkdir, bunu Polsonda göyərtənin çökməsi, 2004 -cü ildə 52 yaralı MT kazino və 2013 -cü ildə 24 yaralı olan Miami, FL idman barı sübut edir. struktur yükləri - xüsusilə yanal yüklər. Bu məlumatlar qeydiyyatdan keçmiş dizayn mütəxəssisləri üçün göyərtə, eyvan və eyvanlar üçün təhlükəsiz və səmərəli mühəndislik dizaynları yaratmaq üçün çox vacibdir.

Göyərtələrdə doluluq və qar kimi şaquli yüklər, 2012 Beynəlxalq Tikinti Məcəlləsinin (IBC) və ASCE/SEI 7-10 Bina və Digər Konstruksiyalar üçün Minimum Dizayn Yüklərinin müddəalarından istifadə etməklə hesablamaq asandır.(ASCE 2010); Bununla birlikdə, göyərtələrdə yanal yüklərin təyin edilməsi daha çətindir. Külək və seysmik yüklər ASCE 7-10-un müddəalarını istifadə edərək hesablana bilər. Lyman və başqaları. (2013a; 2013b) 12 x 12 ayaqlı göyərtə üçün nümunə hesablamalar vasitəsilə külək və seysmik yüklər üçün ASCE 7-10 metodologiyasını nümayiş etdirdi. Külək yüklərinin ümumiyyətlə seysmik nəzarətdə olmasına baxmayaraq, külək yüklərinin qasırğa və xüsusi külək bölgələri istisna olmaqla, dizayn baxımından çox çətinlik yaratmayacağını tapdılar. Əlbəttə ki, analizlərin nəticələri fərqli ölçü və en nisbətləri olan göyərtələr üçün fərqli olacaq.

Bina kodları və ASCE 7-10, tribunalar, ağartıcılar və stadiondakı oturacaqlar istisna olmaqla, sakinlərin hərəkəti səbəbiylə yanal yüklər mövzusunda səssizdir. Bu məqalə, iki növ sərnişin yükü olan tam ölçülü göyərtələrdə laboratoriya təcrübələrini təsvir edir: dövri yan yellənmə və impuls (qaçış və atlama dayanması). Nəticələr göstərir ki, sakinlərin yanal yüklənməsi çox vaxt külək və ya seysmik yüklərin ən pis yükünü üstələyəcək. Əsas məqam, yüklənmənin hər hansı bir göyərtədə, hər yerdə baş verə bilməsidir .

Vaşinqton Dövlət Universitetində aparılan ilkin araşdırmalar, sakinlərin yaratdığı qüvvələrin əhəmiyyətli olduğunu və bir çox hallarda külək və ya seysmik qüvvələrdən daha böyük olduğunu ortaya qoydu. Bu araşdırmanın məqsədi, sakinlərin dinamik hərəkətləri nəticəsində yaranan yanal yükləri ölçmək idi. İki göyərtə konfiqurasiyası və iki dinamik yük vəziyyəti araşdırıldı:

  • Göyərtə Konfiqurasiyası 1: Mühasibat kitabına paralel yönəldilmiş göyərtə lövhələri
  • Göyərtə Konfiqurasiyası 2: Göyərtə lövhələri dəftərə 45 dərəcə yönəldilmişdir
  • Yük Vəziyyəti 1: Siklik
  • Yük Vəziyyəti 2: İmpuls

ANSI/AF & PA Külək və Seysmik Xüsusi Dizayn Hökmlərinə görə (AWC 2008) diafraqmalar və kəsmə divarları ilə müqayisədə diaqonal yönlü lövhələrlə örtülmüş olan iki göyərtə lövhəsinin yanal yükləmə müstəvisində kəskin şəkildə fərqli sərtliyə səbəb olacağı gözlənilirdi . üfüqi lövhələr sərtliyin dörd qat artması ilə nəticələnir. İki dinamik yük halları, ən böyük yanal yüklərlə nəticələnə biləcək yolçu davranış növlərini təmsil etmək üçün seçilmişdir. Burada bildirilən araşdırmanın bütün detallarını Parsons et al. (2013b).

Fon

2009 (IBC) və ASCE/SEI 7-10, bir istisna olmaqla, sakinlərin yanal yükləri mövzusunda səssizdir. ASCE 7-10-dakı Cədvəl 4-1, stendləri, tribunaları və ağartıcıları nəzərdən keçirmək üçün çəkisi yükləri və "Hər oturacaq sırasına paralel istiqamətdə tətbiq olunan oturacağın hər bir ayağı üçün 24 lbs ..." yanal yükləri nəzərdə tutan Dipnot k ilə birlikdə verir. . Dipnot k Homan və digərlərinin empirik tədqiqatlarına əsaslanır. (1932), simulyasiya edilmiş tribunada bir qrup insanın hərəkət etməsi nəticəsində yaranan yan qüvvələr öyrənildi. Footnote k -də yanal yük təminatı, bu yazıda bildirilən göyərtə yüklərini müqayisə etmək üçün əlverişli bir meyardır. Məsələn, ağartıcı oturacaqların hər bir sırasının təxminən 2 fut aralığında olduğunu nəzərə alsaq, bu yanal yük ehtiyatı 12 psf plan sahəsinə bərabər olacaq.

Materiallar

Göyərtə döşəməsinin hər iki konfiqurasiyası oxşar materiallardan istifadə edərək 12 fut kvadrat idi və güverte lövhələrinin istiqaməti fərqlənən yeganə amildir. Göyərtələr, 2009 -cu il Beynəlxalq Yaşayış Məcəlləsinə (IRC) əsaslanan Kod Qəbulu 6 (DCA 6) Dizaynına (AWC, 2010) əsasən inşa edilmişdir . Göyərtə kitabçası 2 × 12 taxtadan hazırlanmışdır; kirişlər 2 × 10 idi, mərkəzdə 16 düym aralıq idi; və göyərtə lövhələri 2 × 6 idi, heç bir boşluq olmadan quraşdırılmışdır. Göyərtə lövhələri, quraşdırma zamanı yüksək nəmlik səbəbindən boşluq yaratmamışdır. Bütün taxta kəsiklər və təzyiq qoruyucu maddələrlə işlənmişdir (PPT), 2 nömrəli və daha yaxşı və Hem-fir növləri qruplaşdırılmışdır. PPT formulu 0.40 pcf tutma səviyyəsi ilə Alkalin Mis Dördüncü Növü (ACQ-D) idi.

Göyərtə kirişlərini mühasibat kitabına bağlamaq üçün istifadə olunan askılar, 20 ölçü poladdan və 16 bərkidicidən istifadə olunan Simpson Strong-Tie Model No. LU210 idi; 10 başlığa və 6 kirişə. Bu askı, bərkidici modelin (üzv üzlərinə dik olaraq quraşdırılmış bütün bərkidicilər) məftillərin gərginliklə yükləndiyi zaman (askıdan uzaqlaşaraq) yaxşı işlədiyi üçün seçilmişdir. Korozif mühitlər üçün tövsiyə olunan istehsalçının kəmər askısı, məftillərin askıdan çəkilərkən yükləndiyi zaman ilkin sınaqlarda yaxşı nəticə verməyən, kirişlərə bərkidilmək üçün iki qatlı (dırnaqlı) tipli bağlama modelinə malik idi. Əlbəttə ki, həqiqi bir göyərtədə hər hansı bir əlaqə qurğusu istifadə edilməzdən əvvəl, uyğun korroziyadan qorunma təmin edilməlidir.

Kəmər askısı istehsalçısı, texniki ədəbiyyatında göstərildiyi kimi, askılarını dırnaq və ya vida ilə quraşdırmağa icazə verir. Vintlər, model tikinti qanunlarının müddəalarını yerinə yetirmək üçün kiriş askıları ilə istifadə edilmişdir. IRC-2009 Bölmə R507.1 və IBC-2009 1604.8.3 hər ikisi də, göyərtənin xarici divara yapışdırılmasının çəkilməli olan mismarlarla tamamlanmayacağını bildirir.. Bu müddəalar, göyərtə mühasibat kitabına əlavə olaraq tətbiq edildiyi kimi geniş şəkildə şərh edilmişdir; Bununla birlikdə, bu müddəalar, göyərtədən evə yanal yük yolunu tamamlamaq üçün göyərtə kitabçasına göyərtə kəmər askısı bağlanmasına da tətbiq edilməlidir. Kəmər asma vintləri 9 nömrəli (0.131 düym diametrli, 1½ düym uzunluğunda) Simpson Strong-Tie Structural-Connector Vidaları idi (Model No. SD9112). Bu vintlər, taxta və yaş istifadə şəraitində qoruyucu kimyəvi maddələr səbəbiylə korroziyanı azaltmaq üçün 55 Sınıf 2006 IRC uyğun mexaniki galvanizli örtüyə malikdir. Göyərtə lövhələri hər bir kirişin üstünə açıq havada istifadə üçün nəzərdə tutulmuş iki ədəd 8 düymlük 8 ədəd ağac vintləri ilə bərkidilmişdir.

Şəkil 1: Birlikdə sıçrayan/dayanan sakinlərin səbəb olduğu impuls yüklənməsi.

Test üsulları

Standart test üsulları, sərnişinlərin yaratdığı yanal yükləmə üçün mövcud deyildir, buna görə də ən pis vəziyyətləri əks etdirmək üçün iki test protokolu hazırlanmışdır. Araşdırmaya qatılan hər bir şəxs, 10, 20, 30 və 40 psf sıxlıq qiymətləndirmələrinə imkan verərək ölçülmüşdür. Mühafizəkar bir fərziyyə, mühasibat kitabçasındakı əlavədən başqa, göyərtə alt quruluşunun cüzi yanal müqavimət göstərəcəyini; buna görə də, göyərtə Şəkillər 1 və 2 -də göstərildiyi kimi silindirlərdə dəstəklənmişdir (səhifə 38). Əslində, bir çox göyərtədə yanal hərəkətə müqavimət göstərən pilləkənlər, aşırmalar və ya digər konfiqurasiyalar tərəfindən müəyyən dərəcədə yanal dəstək var. Göyərtələrin yanal sərtliyi hesaba dik olaraq paralel yükləndikdə əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənir; beləliklə, bütün hallar üçün hər iki istiqamətdə yükləmə aparılmışdır.

Şəkil 2: Birlikdə yan-yana yellənənlərin səbəb olduğu dövri yükləmə.

İlk yükləmə işi bir təkan idi . Bu cür yükləmə üçün, sakinlərə göyərtənin bir ucundan başlamağı və bir araya gələrək göyərtənin əks tərəfinə qaçmağı və tullanmağı əmr etdilər. İşəgötürənlərin qaçmaq və tullanmaq üçün geniş bir otaq təmin etməsi üçün 10 psf sıxlığı ilə impuls yükləmə aparılmışdır. İkinci yük işi, dövriyyəli idi , burada sakinlərə vizual və səsli siqnallardan sonra təxmini 1 Hz tezlikdə irəli və irəli yellənmək əmri verildi.

Bütün impuls və dövri testlər göyərtə kitabına paralel və dik hərəkətlə həyata keçirildi. Göyərtənin polad mötərizələrlə (binanı simulyasiya etməklə) laboratoriya döşəməsinə bağlandığı iki küncdə qüvvələr qeydə alındı. Həqiqi bir binada, yük yolu bu sınaq qurğusundan fərqlənərdi, çünki göyərtə kitab lövhələri ümumiyyətlə bütün uzunluq boyunca evə bağlıdır. Göyərtəni iki ayrı nöqtəyə bağlamağın əsas səbəbi, bütün yükü iki bağlama nöqtəsinə cəlb etməklə mühafizəkar (yüksək) yük təxminini əldə etmək idi. Parsons et al. (2013a).

Nəticələr və Müzakirə

Bu araşdırmanın nəticələri, işğalçıların hərəkətləri nəticəsində yaranan psf -də ekvivalent bərabər yanal səth traksiyaları olaraq bildirildi. Bu dəyərlər, göyərtənin səthinin yaratdığı ümumi qüvvənin bölünməsi ilə təyin edilmişdir. Bu formada olan yüklər dizayn məqsədləri üçün istənilən ölçüdə göyərtələrə asanlıqla tətbiq oluna bilər. Mühasibat kitabının yük hallarına dik olaraq, ümumi qüvvə iki yük hücrəsinin cəmi olaraq alındı. Qeyd yükü hallarına paralel olaraq, əsas tarazlıq prinsipləri tətbiq edilərək, ümumi qüvvə maksimum yük hücrəsi dəyərinin iki qatına bərabər alındı.

Cədvəl 1: Sürücülərin impuls yükləməsindən yaranan qüvvələr.

İmpuls Yüklənməsi

Hər iki göyərtə konfiqurasiyası üçün yaranan qüvvələr, hesab yükü hallarına dik və paralel olaraq Cədvəl 1 -də göstərilmişdir. Bütün testlər yüksək dəqiqlikli video ilə yazılıb və müəlliflər tərəfindən saxlanılıb. Videodan hələ də çəkilmiş bir nümunə, impuls yüklənməsi üçün Şəkil 1 -də görülə bilər.

Mühasibat kitabçasına perpendikulyar : Göyərtənin sərtliyi ilk növbədə döşəmə oriyentasiyası deyil, kirişlərin eksenel sərtliyi ilə idarə olunduğundan impuls yükləri hər iki döşəmə konfiqurasiyası üçün oxşardır. Göyərtənin sərtliyi, hər bir adam yerə enərkən bir çox qısa müddətli nəbzlə nəticələndi, lakin pulsların bir böyük qüvvəyə yığılmasına imkan verəcək qədər çevik deyildi.

Mühasibat kitabçasına paralel : Şəkil 1 -də göstərildiyi kimi, impuls yüklənməsi göyərtə kitabına paralel olaraq yönləndirildikdə, döşəmə örtüyü sistemin sərtliyini idarə edirdi. Cədvəl 1 göstərir ki, daha az sərt göyərtə (dəftərə paralel yönəldilmiş olaraq) pulse müddəti nisbətən uzun olduğu üçün daha aşağı yüklərlə qarşılaşdı və sakinlər sürətləndirmək üçün itildikcə göyərtənin hərəkəti ilə sakinlərin sürətləri azaldı. Ən böyük yüklər diaqonal örtük üçün müşahidə edildi. Göründüyü kimi, bu ssenari, fərdi təsirlərin kifayət qədər uzun bir zaman aralığında əlavə olaraq hərəkət etməsinə imkan vermək üçün kifayət qədər elastikliyə malik bir göyərtənin "şirin nöqtəsinə çatdı". Hər halda, maksimum çəkmə yükü 9.4 psf, dövri yükləmə üçün 12.1 psf dəyərindən az idi.

Döngüsel Yükləmə

Şəkil 2, dairəvi yan yellənmə hərəkəti üçün hələ də videodan çəkilmiş bir nümunəni göstərir.

Cədvəl 2: Dairəvi yüklənmə nəticəsində sakinlərin yaratdığı qüvvələr.

Bütün testlərdə müşahidə edilən ən yüksək yanal yük, Cədvəl 2 -də göstərildiyi kimi, 12.1 psf idi. Bu vəziyyətdə, göyərtə lövhələri göyərtə kitabına paralel olaraq yönəldilmişdir, nəticədə hər tərəfdə təxminən 7 düym irəli və irəli yellənən çox çevik bir göyərtə meydana gəldi. təxminən 1 Hz tezliyi. Bu böyük yerdəyişmələr göyərtənin kütləsindən əhəmiyyətli inertial qüvvələrə səbəb oldu və eyni zamanda sakinlərin göyərtə hərəkətini "hiss etmələrinə" imkan verdi ki, bu da onların hərəkətlərini sinxronizasiya etmələrini asanlaşdırdı. Göyərtənin yerdəyişmələri təxminən 7 düym maksimum dəyərlərə çatdıqda, sakinlər üst bədənlərini demək olar ki, hərəkətsiz vəziyyətdə qoyarkən, itburnu ilə (enən xizəkçilər kimi) göyərtə ilə dönməyə başladılar. Bu nöqtədə, ortaya çıxan qüvvənin böyük bir hissəsinin işğalçılardan deyil, göyərtənin ətalət qüvvələrindən gəldiyini iddia etmək olar.Bu, göyərtənin yanal yellənməsinin/sürətlənməsinin kifayət qədər məhdudlaşdırıldığı təqdirdə, bu ətalət qüvvələrinin azaldılacağını və ya ortadan qaldırıla biləcəyini göstərir. Məsələn, dövrə hərəkəti göyərtə kitabına dik olduqda (ən sərt oriyentasiya), maksimum dartma yükü 4,5 psf idi. Xülasə olaraq, dizayn üçün 12 psf -in çevik göyərtələr üçün sakinlərdən gələn yanal yüklərin ağlabatan bir yuxarı qiymətləndirməsini təmin edəcəyi iddia edilə bilər.

Nəticələr

Göyərtə lövhələri mühasibat kitabına paralel olaraq yönəldildikdə və yükləmə kitabına paralel tətbiq edildikdə, sakinlər tərəfindən dövri bir hərəkət edildikdə yan-yana böyük yerdəyişmələr müşahidə edildi. Bu böyük yerdəyişmələr, maksimum ekvivalent yanal səth dartma yükü 12.1 psf olan əhəmiyyətli atalet qüvvələri meydana gətirdi. Dövrə hərəkətləri mühasibat kitabına dik olduqda (yəni ən sərt yanal istiqamət), sakinlərin hərəkətlərini sinxronizasiya etməsi çətin idi və nəticədə maksimum səth dartma yükü 4,5 psf idi. Maksimum qeydə alınan impuls yükü, 12.1 psf ilə müqayisədə 9.4 psf bərabər bir yanal səth dartma yükü ilə nəticələndi.

Mühafizəkar olaraq çevik bir göyərtədən ətalət qüvvələrini ehtiva edən 12 psf plan sahəsinin yanal yükü tövsiyə olunur. Laboratoriyada müşahidə olunan 12 psf, 24 lb/lineer oturacaq tələb edən stendləri, tribunaları və ağartıcıları nəzərdən keçirmək üçün Cədvəl 4-1, Dipnot k (ASCE/SEI 7-2010) -də göstərilən yanal yükə bənzəyir. oturacaqlar 2 fut məsafədədir, nəticədə yük 12 psf olacaq). Bu araşdırmanın təəccüblü nəticələrindən biri, yaşayış yerindən ölçülən yanal yüklərin külək və ya seysmik hadisələrdən ən pis hesablanan yanal yükləri aşmasıdır (Lyman və Bender, 2013; Lyman və digərləri, 2013). Bundan əlavə, həddindən artıq sərnişin yüklənməsi ABŞ -ın hər yerində baş verə bilər, həddindən artıq külək və seysmik hadisələr daha kiçik coğrafi bölgələrlə məhdudlaşır.

Burada verilən test protokolu və nəticələr, təklif olunan göyərtə və ya eyvan alt quruluşunun, yükləyicilərin yüklənməsinə qarşı durmaq üçün köməkçi yanal dəstəyinin olmadığı fərziyyəsinə əsaslanır. Dizayn mütəxəssisi, yanal yüklərin (və ya külək və ya seysmik kimi digər dizayn yüklərinin) yaratdığı yanal yüklərin hamısına və ya bir hissəsinə müqavimət göstərmək üçün yan dəstəkləyici strukturları daxil etməyi tövsiyə edir.

Qeyd etmək lazımdır ki, yük yolundakı zəif halqa, kəmər askılarında istifadə olunan bağlayıcılar ola bilər. Dırnaqların kəmər askılarından vaxtından əvvəl çəkilməsinin qarşısını almaq üçün test qurğuları vintlər ilə hazırlanmışdır. Lazım gələrsə, hər hansı bir yanal yük analizində ilk addım kirişlərin (asma) yanal dizayn qabiliyyətini nəzərə almalıdır, çünki dırnaqlar, ehtimal ki, sərnişinlərin istehsal etdiyi yanal yüklərə müqavimət göstərə bilməz.

Təşəkkür: Simpson Strong-Tie-dən tikinti avadanlığı bağışlaması minnətdarlıqla qəbul edilir.

Əvvəlcə Wood Design Focus -da çıxan bu məqalədə kiçik düzəlişlər və əlavələr var və icazə ilə istifadə olunur. Wood Design Focus, www.forestprod.org saytındakı Meşə Məhsulları Cəmiyyəti vasitəsi ilə rüblük bir nəşrdir.

İstinadlar

American Wood Council (AWC). 2010. Kod Qəbulu 6 üçün Dizayn: Reseptiv Yaşayış Ağacı Göyərti Tikinti Bələdçisi . AWC, Leesburg, VA.

American Wood Council (AWC). 2008. Külək və Seysmik Xüsusi Dizayn Hökmləri. ANSI/AF & PA SDPWS-2008 , Vaşinqton, DC

Amerika İnşaat Mühəndisləri Cəmiyyəti (ASCE). 2010. Binalar və Digər Konstruksiyalar üçün Minimum Dizayn Yükləri . ASCE/SEI 7-10, Reston, VA.