Vérification des poutres-poteaux en bois selon la NDS 2018 à l'aide du module RF-/TIMBER AWC

La barre définie de type treillis est en pin du Sud n° 2, de dimensions nominales 2x4 (1,5 pouces x 3,5 pouces) et de 3 pieds de long. L'appui latéral n'est fourni qu'aux extrémités de la barre et celles-ci sont considérées comme articulées. Les charges permanentes (DL), de neige (SL) et de vent (WL) sont appliquées au niveau du nœud supérieur et au milieu de la poutre-poteau, comme indiqué ci-dessous.

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Poteau en bois

Les propriétés de barre sont affichées après avoir sélectionné la section 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 la NDS 2018 pour la vérification selon l'ASD

Les valeurs de calcul de référence (F_b, F_c et E_min) sont multipliées par les facteurs d'ajustement applicables pour déterminer les valeurs de calcul ajustées. Pour les bois sciés, ces facteurs sont indiqués dans le tableau 4.3.1 [1]. Il existe onze facteurs d'ajustement différents pour la vérification selon l'ASD. Many of these factors are equal to 1.0 in the NDS example [2]. Cependant, une brève description fournie ci-dessous explique comment les différents facteurs sont considérés dans RF-/TIMBER AWC.

Factors Calculated by Program

C_L – Beam Stability Factor

It depends on the geometry and lateral support of the member as described in Section 3.3.3 [1]. Ce facteur est calculé automatiquement dans RF-/TIMBER.

Note: the effective length, le, used to calculate C_L is defined by the user in the "Effective Length" section of RF-/TIMBER AWC. The "Acc. to Table 3.3.3" option with the appropriate loading case must be selected.

La figure ci-dessous montre le cas de charge qui s'applique à ce modèle.

Longueur efficace pour le facteur CL

C_F – Size Factor

It depends on the depth and thickness of the member as specified in Section 4.3.6 [1]. Ce facteur est déterminé automatiquement dans RF-/TIMBER AWC.

C_fu – Flat Use Factor

It accounts for weak axis bending of the member as specified in Section 4.3.7 [1]. Ce facteur est calculé automatiquement dans RF-/TIMBER AWC.

C_P – Column Stability Factor

It depends on the geometry, end fixity conditions, and lateral support of the member as described in Section 3.7.1 [1]. When a compression member is fully supported throughout its length, C_P = 1.0. This factor is automatically calculated in RF-/TIMBER AWC for both strong and weak axis directions.

Facteurs définis par l'utilisateur

C_D – Load Duration Factor

It accounts for various loading periods based on the load case, such as dead, snow, and wind, based on Section 4.3.2 [1]. La sélection de la norme « ASCE 7-16 NDS (bois) » dans RFEM active l'option de durée de charge dans la boîte de dialogue « Cas de charge ». The load duration class (Permanent, Ten Years, and so on) default setting is based on the "Action Category" of the load case. Ce paramètre peut être modifié par l'utilisateur dans RFEM ou RF-/TIMBER AWC. The value selected by the program is based on Table 2.3.2 [1].

C_M – Wet Service Factor

It accounts for the moisture service conditions of the member as specified in Section 4.1.4 [1]. Dans RF-/TIMBER AWC, l'utilisateur peut sélectionner « mouillé » ou « sec » dans la section « Conditions de service ».

C_t – Temperature Factor

It accounts for exposure to elevated temperatures of up to 100 degrees F, 100 to 125, and 125 to 150 as described in Section 2.3.3 [1]. The user can select between the three temperature ranges in the "In-Service Conditions" section of RF-/TIMBER AWC. The value selected by the program is based on Table 2.3.3 of [1].

C_i – Incising Factor

It accounts for the loss of the area from the small incisions made in the member to receive preservative treatment for decay prevention as described in Section 4.3.8 [1]. The user can select "Not Incised" or "Incised" in the "Additional Design Parameters" section of RF-/TIMBER AWC.

C_r – Repetitive Member Factor

It is used when multiple members act compositely to properly distribute a load amongst themselves as described in Section 4.3.9 [1]. C_r = 1.15 for members that meet the criteria of being closely spaced and connected by a sheathing or equivalent. The user can select "Not Repetitive" or "Repetitive" in the "Additional Design Parameters" section of RF-/TIMBER AWC.

Remarque : If necessary, code-based values of the user input adjustment factors can be changed in the "Standard" option.

Option pour les facteurs d'ajustement

Factors Excluded in Program

C_T – Buckling Stiffness Factor

It accounts for the contribution of plywood sheathing to the buckling resistance of compression truss chords as specified in Section 4.4.2 [1]. Ce facteur est utilisé afin d'augmenter la valeur E_min de la barre. C_T can be manually calculated as per <nobr>Equation 4.4-1 [1]</nobr> or conservatively taken as 1.0.

C_b – Bearing Area Factor

It is used to increase the compression design values (F_cp) for concentrated loads applied perpendicular to the grain as specified in Section 3.10.4 [1]. C_b can be manually calculated per equation 3.10-2 [1] or conservatively taken as 1.0.

Actual Stress in Beam-Column

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

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

Determination of Adjusted Design Values as per NDS 2018 Table 4.3.1 ASD Method

• Critical Buckling Design Value for Compression Member in Strong Axis, 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	Flambement critique de calcul pour la barre en compression dans l'axe fort, psi
  Emin'	= Emin ⋅ CM ⋅ CT ⋅ Ci = 510 000 psi
  le1	Longueur efficace = 36.0 po = 91 cm
  d1	Hauteur de barre = 3,5 pouces

  Valeur critique de calcul du flambement pour la barre comprimée dans l'axe principal, FcEx
• Critical Buckling Design Value for Compression Member in Weak Axis, 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	Flambement critique de calcul pour la barre en compression dans l'axe faible, psi
  Emin'	= Emin ⋅ CM ⋅ CT ⋅ Ci = 510 000 psi
  le2	Longueur efficace = 36.0 in = 91 cm
  d2	Épaisseur de barre = 1,5 po

  Valeur critique de calcul du flambement pour la barre comprimée dans l'axe mineur, FcEy
• Adjusted Compressive Design Value Parallel to Grain, 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'	Valeur de calcul de la compression ajustée dans la direction du fil, psi
  fc	Valeurs de référence de la compression dans la direction du fil, psi
  CD	Facteur de durée de chargement
  CM	Facteur de service mouillé
  Ct	Facteur de température
  CF	Facteur de taille
  Ci	Facteur d'incision
  CP	Facteur de stabilité du poteau

  Valeur de calcul de compression ajustée parallèle au fil, Fc'
• Critical Buckling Design Value for Bending Member, 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	Valeur critique de calcul du flambement pour la flexion de la barre, 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
• Adjusted Strong Axis Bending Design Value, 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'	Valeur de calcul ajustée pour la flexion de l'axe fort, psi
  Fb	Valeur de référence de flexion, psi
  CD	Facteur de durée de chargement
  CM	Facteur de service mouillé
  CL	Facteur de stabilité de la poutre
  Ct	Facteur de température
  CF	Facteur de taille
  Ci	Facteur d'incision
  Cr	Facteur de barre répétitive

  Valeur de calcul ajustée de la flexion de l'axe principal, Fbx'
• Adjusted Weak Axis Bending Design Value, 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'	Valeur de calcul ajustée pour la flexion de l'axe faible, psi
  Fb	Valeur de référence de flexion, psi
  CD	Facteur de durée de chargement
  CM	Facteur de service mouillé
  CL	Facteur de stabilité de la poutre
  Ct	Facteur de température
  Cfu	Facteur d'utilisation plane
  CF	Facteur de taille
  Ci	Facteur d'incision
  Cr	Facteur de barre répétitive

  Valeur de calcul ajustée de la flexion de l'axe faible, Fby'
• Ratio de vérification combiné en flexion biaxiale et en compression axiale

Inserting the actual stresses and limiting design values presented above into NDS equation 3.9-3 [1], the final design ratio is shown below.

And NDS equation 3.9-4 [1],

Résultat dans RF-/TIMBER AWC

L'utilisateur peut comparer chaque facteur d'ajustement et chaque valeur de calcul ajustée de la méthode de calcul analytique manuelle au résumé des résultats dans RF-/TIMBER AWC. Comme indiqué, les résultats sont identiques. The controlling final design ratio = 0.98 is based on the geometrically linear analysis (1^st degree) calculation method. Keep in mind that the default setting in RFEM for the load combination is set to the second-order analysis. This will result in a slightly larger design ratio = 1.03. The user has the option to choose which method listed in the "Calculation Parameters" is best for the structure.

Rapport de vérification

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Poteau avec poutre en bois

Base de connaissance

KB 001714 | Vérification des poutres et poteaux en bois selon la NDS 2018 avec le module RF-/TIMBER AWC