Vérification des poutres-portiques en bois selon la norme NDS 2018 avec le module additionnel RF-/TIMBER AWC

Le membre est un bois de pin du sud n° 2, nominal 2x4, d'une longueur de 3 pieds et utilisé comme élément de ferme. Un support latéral est fourni uniquement aux extrémités du membre, et elles sont considérées comme immobilisées. Les charges permanentes (DL), de neige (SL) et de vent (WL) sont appliquées au sommet et au point milieu de la poutre-colonne, comme illustré ci-dessous.

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Poteau-poutre en bois

Les propriétés du membre sont affichées après avoir sélectionné la section transversale et le matériau appropriés dans le programme.

Propriétés de section transversale du bois scié 2x4

Propriétés des matériaux du pin du sud

Facteurs d'ajustement listés dans le Tableau 4.3.1 de NDS 2018 pour la conception ASD

Les valeurs de conception de référence (F_b, F_c, et E_min) sont multipliées par les facteurs d'ajustement applicables pour déterminer les valeurs de conception ajustées. Pour le bois scié, ces facteurs se trouvent dans le Tableau 4.3.1 [1]. Il existe onze facteurs d'ajustement différents pour la conception ASD. Beaucoup de ces facteurs sont égaux à 1,0 dans l'exemple NDS [2]. Cependant, une brève description et la façon dont RF-/TIMBER AWC prend en compte chaque facteur sont fournies ci-dessous.

Facteurs calculés par le programme

C_L – Facteur de stabilité de la poutre

Il dépend de la géométrie et du support latéral du membre comme décrit dans la Section 3.3.3 [1]. Ce facteur est automatiquement calculé dans RF-/TIMBER.

Note: la longueur effective, le, utilisée pour calculer C_L est définie par l'utilisateur dans la section "Longueur effective" de RF-/TIMBER AWC. L'option "Selon le Tableau 3.3.3" avec le cas de charge approprié doit être sélectionnée.

L'image ci-dessous montre le cas de charge applicable pour cet exemple.

Longueur efficace pour le facteur CL

C_F – Facteur de taille

Il dépend de la profondeur et de l'épaisseur du membre comme spécifié dans la Section 4.3.6 [1]. Ce facteur est automatiquement déterminé dans RF-/TIMBER AWC.

C_fu – Facteur d'utilisation plate

Il tient compte de la flexion autour de l'axe faible du membre comme spécifié dans la Section 4.3.7 [1]. Ce facteur est automatiquement calculé dans RF-/TIMBER AWC.

C_P – Facteur de stabilité de la colonne

Il dépend de la géométrie, des conditions de fixité des extrémités, et du support latéral du membre comme décrit dans la Section 3.7.1 [1]. Lorsqu'un élément en compression est entièrement supporté sur toute sa longueur, C_P = 1,0. Ce facteur est automatiquement calculé dans RF-/TIMBER AWC pour les directions des axes forts et faibles.

Facteurs définis par l'utilisateur

C_D – Facteur de durée de charge

Il prend en compte les différentes périodes de charge basées sur le cas de charge, comme les charges permanentes, de neige, et de vent, en fonction de la Section 4.3.2 [1]. Sélectionner "ASCE 7-16 NDS (Bois)" comme norme dans RFEM active l'option de durée de charge dans la boîte de dialogue des cas de charge. Le paramètre par défaut de la classe de durée de charge (Permanent, Dix ans, etc.) est basé sur la "Catégorie d'action" du cas de charge. Ce paramètre peut être ajusté par l'utilisateur dans RFEM ou RF-/TIMBER AWC. La valeur sélectionnée par le programme est basée sur le Tableau 2.3.2 [1].

C_M – Facteur de service mouillé

Il prend en compte les conditions de service d'humidité du membre comme spécifié dans la Section 4.1.4 [1]. L'utilisateur peut sélectionner "mouillé" ou "sec" dans la section 'Conditions de service' de RF-/TIMBER AWC.

C_t – Facteur de température

Il prend en compte l'exposition à des températures élevées allant jusqu'à 100 degrés F, de 100 à 125, et de 125 à 150 comme décrit dans la Section 2.3.3 [1]. L'utilisateur peut choisir parmi les trois plages de température dans la section "Conditions de service" de RF-/TIMBER AWC. La valeur sélectionnée par le programme est basée sur le Tableau 2.3.3 de [1].

C_i – Facteur d'incision

Il tient compte de la perte de surface due aux petites incisions faites dans le membre pour recevoir un traitement préservatif pour prévenir la décomposition comme décrit dans la Section 4.3.8 [1]. L'utilisateur peut sélectionner "Non incisé" ou "Incisé" dans la section "Paramètres de conception supplémentaires" de RF-/TIMBER AWC.

C_r – Facteur de membre répétitif

Il est utilisé lorsque plusieurs membres agissent de manière composite pour distribuer correctement une charge entre eux comme décrit dans la Section 4.3.9 [1]. C_r = 1,15 pour les membres qui répondent aux critères d'être étroitement espacés et connectés par un revêtement ou équivalent. L'utilisateur peut sélectionner "Non répétitif" ou "Répétitif" dans la section "Paramètres de conception supplémentaires" de RF-/TIMBER AWC.

Note : Si nécessaire, les valeurs codées des facteurs d'ajustement d'entrée de l'utilisateur peuvent être modifiées dans l'option "Norme".

Option pour les facteurs d’ajustement

Facteurs exclus dans le programme

C_T – Facteur de raideur au flambement

Il tient compte de la contribution du revêtement en contreplaqué à la résistance au flambement des cordons en compression des fermes comme spécifié dans la Section 4.4.2 [1]. Ce facteur est utilisé pour augmenter E_min du membre. C_T peut être calculé manuellement selon l'équation 4.4-1 [[#Refer [1]]] ou pris de manière conservatrice comme 1,0.

C_b – Facteur de surface portante

Il est utilisé pour augmenter les valeurs de conception de compression (F_cp) pour les charges concentrées appliquées perpendiculairement aux fibres comme spécifié dans la Section 3.10.4 [1]. C_b peut être calculé manuellement selon l'équation 3.10-2 [1] ou pris de manière conservatrice comme 1,0.

Contrainte réelle dans la poutre-colonne

Dans cet exemple, la combinaison de charges a été simplifiée à CO1 : DL + SL + WL.

• Contrainte de compression due aux charges permanentes et de neige, f_c = 171 psi
• Contrainte de flexion autour de l'axe fort due à la charge de vent, f_bx = f_b1 = 353 psi
• Contrainte de flexion autour de l'axe faible due aux charges permanentes et de neige, f_by = f_b2 = 1,029 psi

Détermination des valeurs de conception ajustées selon le Tableau 4.3.1 de NDS 2018 Méthode ASD

• Valeur de conception critique au flambement pour membre en compression autour de l'axe fort, F_cEx :
  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{cEx}} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{cE}1} = \frac{0.822 · {\mathrm{E}}_{\min }\text{'}}{{\left[{\displaystyle \frac{{\mathrm{l}}_{\mathrm{e}1}}{{\mathrm{d}}_1}}\right]}^2}$$

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{cEx}} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{cE}1} = \frac{0.822 · 510,000 \mathrm{psi}}{{\left[{\displaystyle \frac{36.0 \mathrm{in}}{3.5 \mathrm{in}}}\right]}^2}$$

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{cEx}} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{cE}1} = 3,963 \mathrm{psi}$$

  FcEx	Critical buckling design value for the compression member in the major axis, psi
  Emin'	= Emin ⋅ CM ⋅ CT ⋅ Ci = 510,000 psi
  le1	Effective length = 36.0 in
  d1	Member depth = 3.5 in

  Valeur critique de calcul du flambement pour la barre comprimée dans l’axe principal, FcEx
• Valeur de conception critique au flambement pour membre en compression autour de l'axe faible, F_cEy :
  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{cEy}} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{cE}2} = \frac{0.822 · {\mathrm{E}}_{\min }\text{'}}{{\left[{\displaystyle \frac{{\mathrm{l}}_{\mathrm{e}2}}{{\mathrm{d}}_2}}\right]}^2}$$

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{cEy}} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{cE}2} = \frac{0.822 · 510,000 \mathrm{psi}}{{\left[{\displaystyle \frac{36.0 \mathrm{in}}{1.5 \mathrm{in}}}\right]}^2}$$

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{cEy}} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{cE}2} = 728 \mathrm{psi}$$

  FcEy	Critical buckling design value for the compression member in the minor axis, psi
  Emin'	= Emin ⋅ CM ⋅ CT ⋅ Ci = 510,000 psi
  le2	Effective length = 36.0 in
  d2	Member thickness = 1.5 in

  Valeur critique de calcul du flambement pour la barre comprimée dans l'axe mineur, FcEy
• Valeur de conception compressive ajustée parallèle aux fibres, F_c' :
  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{c}}\text{'} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{cy}}\text{'} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{c}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{D}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{M}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{t}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{F}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{i}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{P}}$$

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{c}}\text{'} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{cy}}\text{'} = 1,450 \mathrm{psi} · 1.6 · 1.0 · 1.0 · 1.0 · 1.0 · 0.29$$

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{c}}\text{'} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{cy}}\text{'} = 673 \mathrm{psi}$$

  Fc'	Adjusted compressive design value parallel to the grain, psi
  Fc	Reference compressive design values parallel to the grain, psi
  CD	Load duration factor
  CM	Wet service factor
  Ct	Temperature factor
  CF	Size factor
  Ci	Incising factor
  CP	Column stability factor

  Valeur de calcul de compression ajustée parallèle au fil, Fc'
• Valeur de conception critique au flambement pour membre en flexion, F_bE :
  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{bE}} = \frac{1.20 · {\mathrm{E}}_{\min }\text{'}}{{{\mathrm{R}}_{\mathrm{B}}}^2}$$

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{bE}} = \frac{1.20 · 510,000 \mathrm{psi}}{{9.65}^2}$$

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{bE}} = 6,577 \mathrm{psi}$$

  FbE	Critical buckling design value for the bending member, psi
  Emin'	= Emin ⋅ CM ⋅ CT ⋅ Ci = 510,000 psi
  RB	Slenderness ratio = 9.65 < 50 (NDS Equation 3.3-5)

  Valeur critique de calcul de flambement pour la barre en flexion, FbE
• Valeur de conception ajustée en flexion autour de l'axe fort, F_bx' :
  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{bx}}\text{'}= {\mathrm{F}}_{\mathrm{b}1} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{b}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{D}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{M}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{L}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{t}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{F}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{i}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{r}}$$

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{bx}}\text{'}= {\mathrm{F}}_{\mathrm{b}1} = 1,100 \mathrm{psi} · 1.6 · 1.0 · 0.982 · 1.0 · 1.0 · 1.0 · 1.0$$

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{bx}}\text{'}= {\mathrm{F}}_{\mathrm{b}1} = 1,729 \mathrm{psi}$$

  Fbx'	Adjusted major axis bending design value, psi
  Fb	Reference bending design value, psi
  CD	Load duration factor
  CM	Wet service factor
  CL	Beam stability factor
  Ct	Temperature factor
  CF	Size factor
  Ci	Incising factor
  Cr	Repetitive member factor

  Valeur de calcul ajustée de la flexion de l'axe principal, Fbx'
• Valeur de conception ajustée en flexion autour de l'axe faible, F_by' :
  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{by}}\text{'} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{b}2} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{b}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{D}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{M}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{L}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{t}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{fu}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{F}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{i}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{r}}$$

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{by}}\text{'} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{b}2} = 1,100 \mathrm{psi} · 1.6 · 1.0 · 1.0 · 1.0 · 1.1 · 1.0 · 1.0 · 1.0$$

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{by}}\text{'} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{b}2} = 1,936 \mathrm{psi}$$

  Fby'	Adjusted minor axis bending design value, psi
  Fb	Reference bending design value, psi
  CD	Load duration factor
  CM	Wet service factor
  CL	Beam stability factor
  Ct	Temperature factor
  Cfu	Flat use factor
  CF	Size factor
  Ci	Incising factor
  Cr	Repetitive member factor

  Valeur de calcul ajustée de la flexion de l'axe faible, Fby'
• Rapport de conception pour flexion biaxiale combinée et compression axiale

En insérant les contraintes réelles et les valeurs de conception limitées présentées ci-dessus dans l'équation 3.9-3 de NDS [1], le rapport de conception final est présenté ci-dessous.

Et l'équation 3.9-4 de NDS [1],

Résultat dans RF-/TIMBER AWC

L'utilisateur peut comparer chaque facteur d'ajustement et valeur de conception ajustée de la méthode de calcul analytique manuel au résumé des résultats dans RF-/TIMBER AWC. Comme montré, les résultats sont identiques. Le rapport de conception final contrôlant = 0,98 est basé sur la méthode de calcul d'analyse géométriquement linéaire (1^er degré). Gardez à l'esprit que le paramètre par défaut dans RFEM pour la combinaison de charge est réglé sur l'analyse du second ordre. Cela aboutira à un rapport de conception légèrement plus large = 1,03. L'utilisateur a la possibilité de choisir quelle méthode listée dans les "Paramètres de calcul" est la meilleure pour la structure.

Rapport de vérification

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Poteau avec poutre en bois