Beräkningshjälp för stålkonstruktion till garagebygge.

[J.Asplund]

Hej!

Jag håller på att bygga ett garage där det även kommer rymmas en mindre verkstad. Sulan gjöts i höstas och snart ska väggar börja resas. Jag skulle behöva lite support angående designen av en stålkonstruktion som skall bära upp en stor del av taklasten och hoppas att jag kan få lite hjälp att resonera/räkna.

Lite info om bygget:
Garaget har en sula med måtten 15,6 m x 9,6 m. Vägghöjden blir 3,15 m och taklutningen 30 grader. Två stycken portar på kortsidan. Så långt går det förmodligen begripa . Direkt innanför portarna så är helt öppet ändå upp till nock de första 6,6 metrarna. Därefter kommer det en verkstad med loft ovanpå nästa 6 m. De sista 3 metrarna blir förråd.
Jag bifogar en skiss på konstruktionen:


Den gröna rutan är loftgolvet. Under den blir det verkstad. De blå strecken är 12,6 m limträbalkar som bär upp taket, från gaveln ändå in till förrådsväggen(förrådet har egen takkonstruktion). Eftersom 12,6 m blir i mustigaste laget för en limträkonstruktion så kommer jag att tillverka en "takstol i stål" där loftet börjar(orange i bild) för att växla av limträbalkarna. Den vilar på två pelare ute vid ytterväggarna. Jag vill ha 9,6 x 12,6m fri golvyta, jag vet att pelare ofta blir i vägen och tänkte därför konstruera på det här sättet för att slippa ha några pelare inne överhuvudtaget.

Denna "takstol i stål" kommer att dels bära upp limträbalkarna som håller taket för både loft och garagedel samt även bära loftgolvets ena sida.

Nu till frågan:
Hur skall denna takstol i stål bäst konstrueras? Jag har laborerat lite grann och även räknat lite. Jag har resonerat så att det förmodligen är sunt att utgå ifrån hur en "vanlig" W-takstol i trä är utformad och sen ersätta med stål och försöka korrekt dimensionera stålbalkarna. Det är dock egentligen helt oväsentligt hur konstruktionen ser ut så länge som den kan bära upp 3 limträbalkar och ett loftgolv. Jag skulle även vilja ha en dörr i mitten av konstruktionen, men det verkar inte vara något problem hållfasthetsmässigt då takstolen är som högst och även styvast i mitten.
Hela takstolen kommer att vara stagad i sidled, även pelarna ute vid väggarna, så tippning bör inte vara en risk.

Jag bifogar en skiss över en konstruktion jag spånat på och vilka statiska belastningar den kommer att utsättas för:


Punktlaster:
P = 111 kN
F = 64 kN
Utbredd last längs hela underliggaren, från loftgolvet(200 kg/m2):
Q= 54,8 kN

Pelarlasterna blir då summan av ovanstående / 2 dvs, 170,4 kN per pelare, 3150mm höga. Detta är ju worst-case-scenariot när Kung Bore tagit lavemang och allt julpynt samtidigt ska upp på loftet...

Jag har räknat på Snözon 3,5 och plåttak med invändig isolering. Det är egentligen snözon 3 där jag bor(Piteå), men bor nära vattnet så det kan både blåsa och dreva rätt mycket så vill ha lite marginal. Sen är det ju risk att loftet kan bli rätt fullt med grejer...

Finns det någon här som tillverkar takstolar som kanske har något trevligt program man kan kontrollera i? Eller finns det någon bra litteratur?

Jag har simulerat lite i FEM och i takstolen på bilden ovan är ytterramen gjord av 160x80x5 VKR och fackverket inuti är 50x50x4. Har simulerat konstruktionen statiskt som balkar. Konstruktionen blir förvisso väldigt styv och deformerar endast 13 mm i mitten vid max last. Dock ligger jag precis på sträckgränsen för stålet, och skulle gärna vilja ha marginal där(spänningen är högst i ytterkant innan pelarna) Ska jag bara öka dimensionerna? Vilken marginal bör jag ha - max spänning? Kollar man på vanliga stålfackverk från t.ex. MAKU så klarar dom typ samma last på en klenare konstruktion och då har dom förmodligen marginal på sina garantier.
FEM är ju bra så länge som man matar in rätt. Dock är min erfarenhet att FEM ofta kan resultera i högre spänningar än manuell räkning, iaf när det blir något mer komplexa fall. Samt att det sjukt lätt att man missar någon detalj och simulerar ner i diket. Manuell matrisräkning av stångbärverk som man gjorde i skolan ligger dock inte längre överst i hjärnkontoret, iaf inte så att jag våga lita på det för att bygga ett garage det som utgångspunkt...

Är jag ute och cyklar?

[Phisch]

Jag tror jag förstår bilden men inte riktigt vad dina laster kommer från.

Takytan som borde påverka takstolen blir väl (3+3.3)*4.8/cos(30) per sida vilket blir ungefär 35kvm. Detta motsvarar ju 35*3.5 = 122kN snölast utan någon formfaktor, nu vet jag dock inte vad taket väger men över 100kg/kvm låter mycket?
Som limträbalkarna är lagda ser det ut som att nedre tar kanske 2/3 av lasten om det inte finns någon yttervägg som hjälper till?

Belastningen från loftet på takstolen borde bli 3*9.6*2 = 57.6kN (utan något golv)?

Eller räknar jag lasterna fel?

Jag skulle inte rekommendera att enbart beräkna takstolen med hjälpa av FEM men om du nu gör det så är det väldigt sällan spänningarna som är något problem utan det brukar nästan alltid vara knäckningen som styr. När det handlar om något likt detta skulle jag tagit hjälp av en kunnig stålbyggare, tar inte lång tid för någon som kan att beräkna detta.

[Mattias Petterson]

Om du går upp till 6,3 mm gods i istället för 5 och och 5 istället för 4, då borde det inte vara något problem

[J.Asplund]

Hej! Och tack för att ni tar er tid att svara!

Phisch:

Angående lasten så kommer punktlasterna från dimensioneringen av limträbalkarna. Där står det vilka upplagskrafter som beräkningen resulterat i. Vid kontrollräkning ser det också ut att stämma?

Snözon 3,5 är innebär ju 3,5 kN per m2. Plåttak med invändig beklädnad motsvarar 0,4 kN per m2 vilket för bägge sidor på taket borde ge 2 * (3+3.3)*4.8/cos(30) * (3,5kN+0,4Kn) = 285 kN.
Värdet från dimensionering låg ju på 111+111+ 64 = 286 kN.

Sen kan jag hålla med om att ytterväggarna borde ta en del av lasten, men man kanske försummar det när limträbalkarna är så nära? Har ju även takutstick mm som inverkar. Jag tror att punktlasterna stämmer tillräckligt bra(förmodligen något tilltagna) för att förlita sig på.

Angående loftet så är det inte lika brett som betongsulans yttermått. Jag gjorde ett överslag att det skulle bli 9,3 m brett invändigt, men sanningen är nog att det blir närmare 9 meter som man i praktiken kan belasta. 9,3m * 6m *200kg/m2 * 9,82N /2 = 54,8 kN. Det är förvisso utan golv, men jag har försummat det.

Jo, är också lite tveksam till FEM, det är ju därför jag vänder mig till Maskinisten, här brukar det ju finnas folk med alla världens kunskaper . Väntar med spänning på att nån fackverksguru ska titta in i tråden

Mattias:
Ska testa att gå i dim upp och se, men tycker ändå att den känns väldigt tilltagen, men det kanske stämmer. Har du räknat själv, eller utgick du från mina uppgifter?


Mvh Jonathan

[J.Asplund]

Ingen takstolsguru som vaknat?

Jag simulerade med KKR 160x80x6.3 och 60x60x4 inuti men tycker ändå att det känns vara på gränsen, förutsatt att simuleringen stämmer. Vilken marginal bör jag ha på spänningen? Samt hur kan jag kontrollera knäckningen? Ska jag stoppa in fler trianglar för att styva upp, eller lokalt öka dimensionen?



Bilder från simuleringen:




Tack på förhand!