Wall  Design  for  Out  of  Plane  Wind  Loads  

October,  2015  

Day’s  Overview  

•  Load  Path  Overview  •  Introduc9on  to  Codes  &  Standards  •  Diaphragm  Design  and  Detailing    •  Shear  Wall  Design  and  Detailing    •  Prescrip9ve  Design  Op9ons  for  

Wood  Systems  •  UpliG  including  Combined  Shear    •  Wall  Design    •  Mul9-­‐Story  Considera9ons          

Designing  Wood  Walls  

Wind  Load  Paths  

WIND  SURFACE  LOADS  ON  WALLS  

Wind  Loads  

Uniform  surface  wind  loads  generally  increase  with  building  height  

ASCE  7-­‐10  Fig.  27-­‐6.1  

If  wind  loads  vary  with  building  height,  common  to  use  higher  wind  load  over  a  single  story  or  building  

Panels  Hinges  L/d  Ra9o  Unbraced  Length  Wall  Veneer  Wind  only  loading  C&C  Design  Proper9es  

Wall  Design  ConsideraBons  

Loads  into  WSP  

Wind  loads  are  transferred  to  wall  framing  studs  through  wood  structural  panels  (sheathing)    

APA  Tech.  Note  Q225G  

 

 

 

TOP  PLATE  

L/D  <  50  2x6:  22’-­‐11”  2x4:  14’-­‐7”  

Which  wall  is  going  to  withstand  high  winds?  

Gable  End  Wall  Hinge  

Gable  End  Bracing  Details  

•  AWC’s  Wood  Frame  Construc9on  Manual  

Gable  End  Bracing  Details  

•  Truss  Roof  framing  may  require  cross  bracing  details  at  gable  end  

Full  Height  Studs  at  Gable  End  Walls  

•  If  no  openings  in  gable  end  wall  exist,  can  design  studs  to  span  from  floor/founda9on  to  roof  (varying  stud  heights).  May  require  closer  stud  spacings  at  taller  por9ons  of  wall  

Gable  End  Walls  with  Openings  

Gable  End  Walls  with  Openings  

Gable  End  Wall  Girts  &  Jambs  

•  OGen  gable  end  walls  are  loca9ons  of  large  windows  •  Horizontally  spanning  member  in  plane  of  wall  breaks  stud  length,  provides  allowable  

opening  

Ver9cally  spanning  jambs  

Horizontally  spanning  

girts  

Determining  Unbraced  Length  

What  is  the  unbraced  length,  lu  ?    Strong  &  weak  axis  

Does  Gypsum  Prevent  Weak  Axis  Buckling  

L  

NDS  Commentary:  “Experience  has  shown  that  any  code  allowed  thickness  of  gypsum  board,  hardwood  plywood,  or  other  interior  finish  adequately  fastened  directly  to  studs  will  provide  adequate  lateral  support  of  the  stud  across  its  thickness  irrespec9ve  of  the  type  or  thickness  of  exterior  sheathing  and/or  finish  used.”  

Intermediate  Wall  Stud  Blocking  

CalculaBng  DeflecBon  –  IBC  Table  1604.3  

For  Δ  of  most  brifle  finishes  use  l/240  

For  C&C  pressures  a  30%  load  reduc9on  is  allowed  for  Δ  only  (IBC  Table  1604.3  footnote  f)  

CONSTRUCTION L S  or  W  f D  +  Ld,g

Roof  members:e

 Supporting  plaster  ceiling l  /360 l  /360 l  /240  Supporting  nonplaster  ceiling l  /240 l  /240 l  /180  Not  supporting  ceiling l  /180 l  /180 l  /120Floor  members l  /360 — l  /240Exterior  walls  and  interior  partitions:  With  brittle  finishes — l  /240 —  With  flexible  finishes — l  /120 —Farm  buildings — — l  /180Greenhouses — — l  /120

DEFLECTION  LIMITSa,  b,  c,  h,  iTABLE  1604.3

f.  The  wind  load  is  permitted  to  be  taken  as  0.7  times  the  “component  and  cladding”  loads  for  the  purpose  of  determining  deflection  limits  herein.f.  The  wind  load  is  permifed  to  be  taken  as  0.42  9mes  the  "component  and  cladding”  loads  for  the  purpose  of  determining  deflec9on  limits  herein.  

Wood  Studs  with  Brick  Veneer  -­‐  DeflecBon  

IBC  Table  1604.3:  min.  wall  deflec9on  with  brifle  finishes  =  L/240  

Brick  Industry  Associa9on  recommends  much  stricter  limits  

Structure  Magazine  May  2008  ar9cle,  Harold  Sprague  

BIA  Tech  Note  28  

 

Example:  Large  Diamond  Retailer  

22’  tall  wood  framed  walls.  

Assume  studs  16”  o.c.  

130  mph  Exposure  B  

Least  Horizontal  Dim.  =  64  G.  

External  Pressure  Coefficients  –  Wall  Zones  4  &  5  

a  =  Lesser  of:  

•  10%  least  horizontal  dimension  (LHD)  64’*0.1  =  6.4’  

•  0.4h  =  0.4*22  =  8.8’.  But  not  less  than:  

•  0.04  LHD=2.6’  or  3’      

Use  a  =  6.4’  for  zone  5  

EffecBve  Wind  Area  

For  wind  design,  tributary  area  does  not  necessarily  =  effec9ve  wind  area    Effec9ve  Wind  Area  (EWA)  -­‐  Two  cases:  •  Area  of  building  surface  contribu9ng  to  force  being  

considered  (tributary  area)  •  Long  and  narrow  area  (wall  studs,  roof  trusses):  width  

of  effec9ve  area  may  be  taken  as  1/3  length;  increases  effec9ve  area,  decreases  load  (per  ASCE  7-­‐10  sec9on  26.2  commentary);  EWA  =  L2/3  

EffecBve  Wind  Area  Example  

22’-­‐0”  

Studs  @  16”  o.c.  

22’-­‐0”  

Studs  @  16”  o.c.  

Trib.  A  =  (22)(1.33)  =  29  G2   EWA  =  222/3  =  161  G2  

External  Pressure  Coefficients  -­‐  Walls  

Assume  wall  studs  are  22’  long  

EWA  =  h2/3  =  161  G2  

Zone  4:  

GCpf  =  -­‐0.89  

GCpi  =  -­‐0.18  (Table  26.11-­‐1)  

Zone  5:  

GCpf  =  -­‐1.0    

ASCE  7-­‐10  Figure  30.4-­‐1  

 

Running  the  numbers  –  Zone  4  

• GCpf:  0.89  (Figure  30.4-­‐1)  • GCpi:  0.18  (Table  26.11-­‐1)  • qh  =  0.00256KzKztKdV2  

§  Kh  :  0.70  -­‐  Table  30.3-­‐1  

§  Kzt  :  1.00  -­‐  Figure  26.8-­‐1  §  Kd  :  0.85  -­‐  Table  26.6-­‐1  §  V:  130  mph  

• qh  =  25.74psf  • p  =  25.74psf(0.89+0.18)  =  27.54psf  • 0.6W  =  0.6(27.54)  =  16.52psf  

 

Lumber  Design  ProperBes  

Design  Proper9es  from  NDS  Supplement.  

 Assume  2x8  Douglas  Fir-­‐Larch  #2  Studs,  16”  o.c.  

Repe99ve  Member  adjustment  =  1.25  

Size  Factor  =  1.2  

Dura9on  of  Load  =  1.6  

 

Lumber  Design  ProperBes  

Note  on  stud  repeBBve  member  factor:  NDS  sec9on  4.3.9:  CR  =  1.15  SDPWS  Table  3.1.1.1  allows  larger  CR  factors  for  studs  in  bending,  16”  spacing  max,  interior  covered  with  min.  ½”  gypsum,  exterior  covered  with  min.  3/8”  WSP,  other  fastener  requirements    

DESIGN  PROPERTIES  

Fb  (psi)   900   NDS  Supp.  Table  4A  

CD   1.6   NDS  Table  2.3.2  

CR   1.25   SDPWS  Table  3.1.1  

CF   1.2   NDS  Supp.  Table  4A  

E  (psi)   1600000   NDS  Supp.  Table  4A  

Sx  (in3)   13.1   Calculated  NDS  3.3-­‐4  

I  (in4)   47.6   Calculated  NDS  3.3-­‐3  

So  is  our  stud  going  to  work?  

Two  of  the  most  cri9cal  design  parameters  are  bending  and  deflec9on.  

Studs  work!  

IBC  Table  1604.3  footnote  f  

• GCp:  1.00  (Figure  30.4-­‐1)  • GCpi:  0.18  (Table  26.11-­‐1)  • qh  =  0.00256KzKztKdV2  

§  Kh  :  0.70  -­‐  Table  30.3-­‐1  

§  Kzt  :  1.00  -­‐  Figure  26.8-­‐1  §  Kd  :  0.85  -­‐  Table  26.6-­‐1  §  V:  130  mph  

• qh  =  25.74psf  • p  =  25.74psf(1.0+0.18)  =  30.37psf  • 0.6W  =  0.6(30.37)  =  18.22psf  

 

Running  the  numbers  –  Zone  5  

What  about  corner  zones?  

Deflec9on  check  no  good  –  solu9on:  reduce  loads  on  each  stud  

IBC  Table  1604.3  footnote  f  

12”  Stud  Spacing  

Since  stud  depth  cannot  be  increased  consider  reducing  stud  spacing  to  12”  in  all  Zone  5  areas:  

Studs  work!  –  Use  2x8  @  16”  o.c.  typical,  use  2x8  @  12”  o.c.  in  corners  (Zone  5  areas)  

IBC  Table  1604.3  footnote  f  

Wall  Design  ConsideraBons  

For  tall  walls  while  it  is  less  likely  for  combined  bending  and  axial  to  control  

• Main  Wind  Force  Loads  may  be  u9lized  •  Load  combina9ons  (ASCE  7  Chpt  2)  for:  §  wind  +  dead  or  §  dead  +  0.75  live  +  0.75  roof  live  (or  snow)  

AWC  Paper  discusses  this  topic:  hfp://www.awc.org/pdf/codes-­‐standards/publica9ons/archives/AWC-­‐Considera9ons-­‐0310.pdf    

D,  L,  S  

W  

Wall  Stud  Design  Aid  Western  Wood  Products  Associa9on  (WWPA)  Design  Suite:    hfp://www.wwpa.org/TECHGUIDE/DesignSoGware/tabid/859/Default.aspx        

QuesBons?  

Visit  www.woodworks.org  for  more  educaBonal  materials,  case  studies,  design  examples,  a  project  gallery,  and  more