Ruční výpočty, tabulkové aplikace a lineární softwarové nástroje pro výpočet metodou konečných prvků nedokážou toto nelineární chování přesně zachytit. Hřebíky se posunují a nakonec dosáhnou mez kluzu dříve, než obklad nebo rám dosáhnou únosnosti, což ovlivňuje významnou část tuhosti a deformace smykové stěny.
Díky nelineárním funkcím RFEM 6 model automaticky generuje nelineární čárový kloub mezi povrchem obkladu a prvky rámu na základě chování spojovacích prostředků při zatížení-posun podle SDPWS 2021. Návrh spojovacích prostředků je následným krokem prováděným v doplňku Timber Design, aby byla zajištěna dostatečná únosnost mezi stojinou a obkladem smykové stěny.
Rovnice posunu spojovacích prostředků podle SDPWS
Tabulka C4.2.3D [1] uvádí vztah zatížení-posun pro běžné velikosti hřebíků (6d, 8d, 10d) v obkladech ze dřevěných konstrukčních panelů. Pro každou velikost tabulka poskytuje:
- Maximální zatížení spojovacího prostředku, Vₙ (lb/spojovací prostředek), při kterém spojovací prostředek začíná zatékat
- Rovnici posunu, eₙ, jako funkci zatížení spojovacího prostředku
Exponenty rovnic posunu spojovacích prostředků znamenají, že se spoj při přiblížení k mezi kluzu nelineárně ztužuje a zjemňuje. Toto tažné chování je pro smykové stěny nutné u horizontálních účinků, jako je seizmický účinek nebo účinek vítr.
S ohledem na SDPWS se toto chování posunu řeší pouze podél délky stojiny v podélném směru. Nelineární posun lze aplikovat i v příčném směru, avšak v normě není výslovně uveden. Existuje také samostatná rovnice pro spojovací prostředky instalované v čerstvém řezivu oproti suchému řezivu, jakož i 20% zvýšení posunu pro konstrukčně nezařazené obklady. Tyto volitelné parametry jsou zahrnuty v RFEM 6 při definování spojovacích prostředků mezi obkladem a nosníkem smykové stěny, jak je znázorněno na obrázku níže.
Ověření křivky zatížení-posun v RFEM 6
Předpokládá se, že dřevěná smyková stěna modelovaná v RFEM 6 obsahuje běžné hřebíky 8d v rozestupu 6 palců (2 spojovací prostředky/ft), obklad třídy Structural I a suché řezivo. Podle tabulky C4.2.3D [1] je maximální zatížení při dosažení mez kluzu 220 lb/spojovací prostředek a rovnice posunu pro suché řezivo je:
eₙ = (Vₙ/616)3.018 (in)
RFEM 6 generuje automatický nelineární čárový kloub mezi stojinami a obkladem s 10 mezilehlými body, jak je znázorněno na obrázku níže.
Souřadnice a sklon bodů 9 a 10 diagramu jsou dále ověřeny, aby bylo zajištěno správné použití rovnice posunu spojovacích prostředků podle tabulky C4.2.3D [1].
Rozložená síla (n) bodu 10 při 220 lb/spojovací prostředek (mez kluzu):
n₂₂₀ = (220 lb/spojovací prostředek)(2 spojovací prostředky/ft)(1 ft/12 in) = 36,667 lb/in
Odpovídající posun (u) bodu 10:
uₓ,₂₂₀ = (220/616)3.018 = 0,0447 in
Rozložená síla (n) bodu 9 při 198 lb/spojovací prostředek (90 % mez kluzu):
n₁₉₈ = (198 lb/spojovací prostředek)(2 spojovací prostředky/ft)(1 ft/12 in) = 33,0 lb/in
Odpovídající posun (u) bodu 9:
uₓ,₁₉₈ = (198/616)3.018 = 0,0325 in
Sklon (tuhost pružiny) mezi body 9 a 10:
Cᵤ,ₓ = (36,667 − 33,0)/(0,0447 − 0,0325) ≈ 301 lb/in²
Stejné výpočty jsou aplikovány přímo podél vícenásobné křivky zatížení-posun z tabulky C4.2.3D [1]. Model zachycuje nelineární chování spoje v celém rozsahu zatížení. Tím je nahrazen ruční postup, při kterém byl posun hřebíků buď ignorován, považován za lineární, nebo aplikován jako jeden empirický člen deformace na konci ručního výpočtu bez přehledu o tom, jak se tuhost mění v závislosti na zatížení a jak posun přerozděluje síly mezi panely.
Návrh spojovacích prostředků pro jmenovitou únosnost v smyku
Nelineární posun spojovacích prostředků přímo ovlivňuje analýzu smykové stěny v RFEM 6. Návrh spojovacích prostředků je následným krokem prováděným v doplňku Timber Design. Pravidla návrhu z tabulky 4.3A SDPWS 2021 poskytují jmenovitou únosnost (vₙ) ovlivněnou:
- Materiálem obkladu a minimální jmenovitou tloušťkou (5/16 in, 3/8 in, 7/16 in, 15/32 in atd.)
- Typem a velikostí spojovacího prostředku (běžný hřebík 6d, 8d, 10d)
- Rozestupem hřebíků na hraně panelu (6, 4, 3 nebo 2 in)
Model smykové stěny v RFEM 6 umožňuje zadání výše uvedených proměnných, které mohou ležet mimo hodnoty uvedené v tabulce. Proto jsou v doplňku Timber Design pro tyto případy použity následující předpoklady:
- Tloušťka panelu menší než tabulkové minimum je chyba návrhu. Tloušťka větší než tabulková hodnota se zaokrouhluje dolů bez předpokládaného zvýšení únosnosti (např. 19/32 in se odkazuje na řádek 15/32 in).
- Rozestupy hřebíků jsou tabulkovány pouze pro 6, 4, 3 a 2 in. Rozestup mezi hodnotami se zaokrouhluje dolů na konzervativnější hodnotu (např. 3,5 in se odkazuje na 3 in). Větší než 6 in je chyba návrhu; méně než 2 in se omezuje na řádek 2 in.
Poznámky pod čarou tabulky, které upravují únosnosti pro konkrétní druhy rámového dřeva, třídu panelu a další podmínky, jsou v návrhu spojovacích prostředků zohledněny automaticky.
Kompletní návrh spojovacích prostředků je vykázán pod kontrolou návrhu UL7100, jak je znázorněno níže. Přípustný smyk vs. účinek je uveden jako poměr návrhu s podrobnými rovnicemi kontroly návrhu, odkazy na normy a transparentním výstupem dat.
Od ručních kontrol k návrhu založenému na MKP
Křivka zatížení-posun a kontroly návrhu únosnosti uzavírají smyčku, která dříve vyžadovala samostatné ruční výpočty v každém kroku nebo méně přesné lineární předpoklady. Nelineární čárový kloub RFEM 6 řídí deformaci modelu pod zatížením a zachycuje posun hřebíků panelu jako jeden ze čtyř zdrojů deformace podle SDPWS. Doplnek Timber Design nezávisle kontroluje pevnost spojovacích prostředků proti smykovému účinku ve všech umístěních spojovacích prostředků, aby byla zajištěn bezpečný a přesný návrh.
Další informace k tomuto tématu naleznete ve webináři | 2024 NDS / 2021 SDPWS Timber Shear Wall Design in RFEM 6, na který se odkazuje níže.