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 Süvegfa Szélezetlen fűrészárú 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/m 3 ) OSB MDF 4
JELÖLÉSEK Főirányok, rostirány z h rostirány x b y x l r Er Et z Er t Et y E r = E t E z = E y = E 90 5
3 ANYAGTÖRVÉNYEK -teherbírás vizsgálatok esetén Faanyag: Lineárisan rugalmas anyagtörvény σ 2 [N/mm] 100 a hibátlan (göcsmentes) faanyag σ ε diagramja húzás (t) E t > E c 50 nyomás (c) E (hajlító kísérletekből) ε [%] Acél kapcsolóelemek: rugalmas képlékeny anyagtörvény ALAKVÁLTOZÁS VIZSGÁLATOK ALKALMÁVAL Rugalmas-viszkózus anyagtörvény εfin εinst εcreep σ t t~0 t~0 t 6
JELÖLÉSEK Szilárdság / feszültség f c, 45, d σ c,45, d hajlító (m) α = 0 90 o húzó (t) nyomó (c) nyíró (v) beágyazási/palástnyomási (h) tervezési (d) karakterisztikus (k) A SZERKEZETI (TERMÉSZETES) FAANYAGOK SZILÁRDSÁGI OSZTÁLYAI Szilárdsági tulajdonságok [N/mm 2 ] C14 C16 C18 C20 C22 C24 C27 C30 C35 C40 C45 C50 D30 D35 D40 D50 D60 D70 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 ft,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 fc,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 Nyírás fv,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 Merevségi tulajdonságok [kn/mm 2 ] A rostirányú rugalmassági modulus középértéke A rostirányú rugalmassági modulus 5%-os kvantilise A rostirányra merőleges rugalmassági modulus középértéke A nyírási rugalmassági modulus középértéke Sűrűség [kg/m 3 ] Puhafa Keményfa E 0,mean 7 8 9 9,5 10 11 11,5 12 13 14 15 16 10 10 11 14 17 20 E0,05 4,7 5,4 6,0 6,4 6,7 7,4 7,7 8,0 8,7 9,4 10 10,7 8,0 8,7 9,4 11,8 14,3 16,8 E90,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 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 A sűrűség ρk 290 310 320 330 340 350 370 380 400 420 440 460 530 560 590 650 700 900 A sűrűség középértéke ρmean 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 F -sűrűség -rostirányú rugalmassági modulus F h l F 6 h l F tetszőleges min. h/2 (18+3) h min. h/2 T = 20 +2 o C; R H = 65 +5%; (ω= 11-12 %) A LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK EREDMÉNYEINEK STATISZTIKAI ELEMZÉSE sűrűségfüggvény: MSZ EN: lognorm eloszlás f m, o = M W y = F l b h 6 F 2 fm, o, k fm, o, mean fm, o 9
FA HAJLÍTÓVIZSGÁLATI EREDMÉNYEIENK STATISZTIKAI KIÉRTÉKELÉSE Weibull [ N/mm2 ] Normál 10
A SZERKEZETI (TERMÉSZETES) FAANYAGOK SZILÁRDSÁGI OSZTÁLYAI Szilárdsági tulajdonságok [N/mm 2 ] C14 C16 C18 C20 C22 C24 C27 C30 C35 C40 C45 C50 D30 D35 D40 D50 D60 D70 Hajlítás fm,k 14 16 18 20 22 24 27 30 35 40 45 50 30 35 40 50 60 70 Rostirányú húzás ft,0,k 8 10 11 12 13 14 16 18 21 24 27 30 18 21 24 30 36 42 Rostirányra merőleges húzás ft,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 fc,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 Nyírás fv,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 Merevségi tulajdonságok [kn/mm 2 ] A rostirányú rugalmassági modulus középértéke A rostirányú rugalmassági modulus 5%-os kvantilise A rostirányra merőleges rugalmassági modulus középértéke A nyírási rugalmassági modulus középértéke Sűrűség [kg/m 3 ] Fenyő és nyár fafajok Lombos fafajok E 0,mean 7 8 9 9,5 10 11 11,5 12 13 14 15 16 10 10 11 14 17 20 E0,05 4,7 5,4 6,0 6,4 6,7 7,4 7,7 8,0 8,7 9,4 10 10,7 8,0 8,7 9,4 11,8 14,3 16,8 E90,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 Gmean 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 A sűrűség ρk 290 310 320 330 340 350 370 380 400 420 440 460 530 560 590 650 700 900 A sűrűség középértéke ρmean 350 370 380 390 410 420 420 460 480 500 520 550 640 670 700 780 840 1080 A FASZERKEZETEK BIZTONSÁGI TÉNYEZŐI f = k d mod fk γ Az anyagjellemzők és ellenállások γ M parciális biztonsági tényezői: M Alapkombinációk esetén: Szerkezeti (természetes) fa: Rétegelt-ragasztott fa: LVL termékek, rétegelt lemezek: OSB lapok: Faforgácslemezek: Farostlemezek, MDF lapok: Kapcsolatok: Szeglemezek: Rendkívüli kombinációk esetén: 1,30 1,25 1,20 1,20 1,30 1,30 1,30 1,25 1,00 11
FELHASZNÁLÁSI OSZTÁLYOK 1. Felhasználási osztály: Jellemzője a faanyag azon nedvességtartalma, amely 20 o C-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 20 o C-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
A k mod MÓDOSÍTÓ TÉNYEZŐ A teher időtartamát és a faanyag nedvességtartalmát figyelembe vevő k mod tényezőértékei: OSB lapok Faanyag Természetes faanyag, rétegelt-ragasztott fa, LVL termékek, és rétegelt lemezek OSB/2 OSB/3, OSB/4 OSB/3, OSB/4 Felhasználási osztály 1 2 3 1 1 2 állandó 0,60 0,60 0,50 0,30 0,40 0,30 A teheridőtartam osztályai hosszú időtartamú 0,70 0,70 0,55 0,45 0,50 0,45 közepes időtartamú 0,80 0,80 0,65 0,65 0,70 0,50 rövid időtartamú 0,90 0,90 0,70 0,85 0,90 0,70 pillanatnyi 1,10 1,10 0,90 1,10 1,10 0,90 A FAANYAG EGYENSÚLYI NEDVESSÉGTARTALMA A levegő relatív páratartalma RH [%] A faanyag nedvességtartalma ω [%] A levegő hőmérséklete T [ C] 13
150 x 200 mm keresztmetszetű faelem 1000 mm-es szakaszának nedvességváltozása 18 hét alatt ω e0 = 11%; ω emax. = 22% 11,2 12,3 13,4 14,4 15,5 16,6 17,7 18,6 19,8 20,9 Nettó nedvességtartalom [%] A HÚZÓSZILÁRDSÁG VÁLTOZÁSA A NEDVESSÉGTARTALOM FÜGGVÉNYÉBEN f t,0,mean [N/mm 2 ] ρ=520 kg/m 3 ρ =420 kg/m 3 ω [%] FSP (fiber saturation point) ω FSP 14
15