Verifica di trave-colonna in legno secondo NDS 2018 utilizzando il modulo RF-/TIMBER AWC

Il membro è un No. 2 Southern Pine, 2x4 nominale, lungo 3 piedi e utilizzato come elemento di trave. Il supporto laterale è fornito solo alle estremità dell'elemento, che sono considerate incernierate. I carichi permanenti (DL), neve (SL) e vento (WL) sono applicati alla parte superiore e al punto centrale del trave-colonna, come mostrato di seguito.

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Trave-pilastro in legno

Le proprietà del membro sono mostrate dopo aver selezionato la sezione trasversale e il materiale appropriati nel programma.

Proprietà della sezione trasversale del legno segato 2x4

Proprietà del materiale del pino meridionale

Fattori di Regolazione Elencati nella Tabella 4.3.1 di NDS 2018 per la Progettazione ASD

I valori di progetto di riferimento (F_b, F_c, ed E_min) sono moltiplicati per i fattori di regolazione applicabili per determinare i valori di progetto regolati. Per il legno segato, questi fattori si trovano nella Tabella 4.3.1 [1]. Ci sono undici diversi fattori di regolazione per la progettazione ASD. Molti di questi fattori sono pari a 1,0 nell'esempio NDS [2]. Tuttavia, una breve descrizione e come RF-/TIMBER AWC tiene conto di ciascun fattore sono forniti di seguito.

Fattori Calcolati dal Programma

C_L – Fattore di Stabilità della Trave

Dipende dalla geometria e dal supporto laterale dell'elemento come descritto nella Sezione 3.3.3 [1]. Questo fattore è calcolato automaticamente in RF-/TIMBER.

Nota: la lunghezza effettiva, l_e, utilizzata per calcolare C_L è definita dall'utente nella sezione "Lunghezza Effettiva" di RF-/TIMBER AWC. L'opzione "Acc. to Table 3.3.3" con il caso di carico appropriato deve essere selezionata.

L'immagine seguente mostra il caso di carico applicabile per questo esempio.

Lunghezza efficace per il coefficienteC L.

C_F – Fattore di Dimensione

Dipende dalla profondità e dallo spessore dell'elemento come specificato nella Sezione 4.3.6 [1]. Questo fattore è determinato automaticamente in RF-/TIMBER AWC.

C_fu – Fattore di Uso Piatto

Tiene conto della flessione sull'asse debole dell'elemento come specificato nella Sezione 4.3.7 [1]. Questo fattore è calcolato automaticamente in RF-/TIMBER AWC.

C_P – Fattore di Stabilità della Colonna

Dipende dalla geometria, dalle condizioni di fissaggio delle estremità e dal supporto laterale dell'elemento come descritto nella Sezione 3.7.1 [1]. Quando un elemento di compressione è completamente supportato lungo la sua lunghezza, C_P = 1,0. Questo fattore è calcolato automaticamente in RF-/TIMBER AWC per entrambe le direzioni dell'asse forte e debole.

Fattori Definiti dall'Input dell'Utente

C_D – Fattore di Durata del Carico

Tiene conto di vari periodi di carico in base al caso di carico, come permanente, neve e vento, basandosi sulla Sezione 4.3.2 [1]. Selezionando "ASCE 7-16 NDS (Wood)" come standard in RFEM si attiva l'opzione per la durata del carico nella finestra di dialogo dei Casi di Carico. L'impostazione predefinita della classe della durata del carico (Permanente, Dieci Anni, ecc.) si basa sulla "Categoria di Azione" del caso di carico. Questa impostazione può essere regolata dall'utente in RFEM o RF-/TIMBER AWC. Il valore selezionato dal programma si basa sulla Tabella 2.3.2 [1].

C_M – Fattore di Servizio in Umido

Tiene conto delle condizioni di servizio di umidità dell'elemento come specificato nella Sezione 4.1.4 [1]. L'utente può selezionare "umido" o "asciutto" nella sezione 'Condizioni di Servizio' di RF-/TIMBER AWC.

C_t – Fattore di Temperatura

Tiene conto dell'esposizione a temperature elevate fino a 100 gradi F, da 100 a 125, e da 125 a 150 come descritto nella Sezione 2.3.3 [1]. L'utente può selezionare tra le tre gamme di temperatura nella sezione "Condizioni di Servizio" di RF-/TIMBER AWC. Il valore selezionato dal programma si basa sulla Tabella 2.3.3 di [1].

C_i – Fattore di Incisione

Tiene conto della perdita di area dalle piccole incisioni fatte nell'elemento per ricevere il trattamento preservante per la prevenzione della decomposizione come descritto nella Sezione 4.3.8 [1]. L'utente può selezionare "Non Inciso" o "Inciso" nella sezione "Parametri di Progettazione Aggiuntivi" di RF-/TIMBER AWC.

C_r – Fattore di Membro Ripetitivo

È utilizzato quando più membri agiscono compositamente per distribuire correttamente un carico tra di loro come descritto nella Sezione 4.3.9 [1]. C_r = 1,15 per membri che soddisfano i criteri di essere vicini l'uno all'altro e connessi da una copertura o equivalente. L'utente può selezionare "Non Ripetitivo" o "Ripetitivo" nella sezione "Parametri di Progettazione Aggiuntivi" di RF-/TIMBER AWC.

Nota: Se necessario, i valori basati sul codice dei fattori di regolazione inseriti dall'utente possono essere modificati nell'opzione "Standard".

Opzione per i coefficienti di aggiustamento

Fattori Esclusi nel Programma

C_T – Fattore di Rigidità al Buckling

Tiene conto del contributo della copertura in compensato alla resistenza al buckling dei cordoni di trave a compressione come specificato nella Sezione 4.4.2 [1]. Questo fattore è utilizzato per aumentare E_min dell'elemento. C_T può essere calcolato manualmente secondo l'Equazione 4.4-1 [[#Refer [1]]] o considerato in modo conservativo come 1,0.

C_b – Fattore di Area di Cuscinetto

È utilizzato per aumentare i valori di progetto della compressione (F_cp) per carichi concentrati applicati perpendicolarmente alla fibra come specificato nella Sezione 3.10.4 [1]. C_b può essere calcolato manualmente secondo l'equazione 3.10-2 [1] o considerato in modo conservativo come 1,0.

Stress Reale nel Trave-Colonna

In questo esempio, la combinazione di carico è stata semplificata a CO1: DL + SL + WL.

• Tensione di compressione da carichi permanenti e neve, f_c = 171 psi
• Tensione di flessione sull'asse forte da carico di vento, f_bx = f_b1 = 353 psi
• Tensione di flessione sull'asse debole da carichi permanenti e neve, f_by = f_b2 = 1,029 psi

Determinazione dei Valori di Progetto Regolati Secondo la Tabella 4.3.1 del NDS 2018 Metodo ASD

• Valore di Progetto Critico di Buckling per Membro di Compressione nell'Asse Forte, 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

  Valore di progetto di instabilità critica per l'asta compressa nell'asse maggiore, FcEx
• Valore di Progetto Critico di Buckling per Membro di Compressione nell'Asse Debole, 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

  Valore di progetto di instabilità critica per l'asta compressa nell'asse minore, FcEy
• Valore di Progetto di Compressione Regolato Parallelo alla Fibra, 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

  Valore di progetto della compressione modificato in direzione della fibratura, Fc '
• Valore di Progetto Critico di Buckling per Membro di Flessione, 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)

  Valore critico di progetto dell'instabilità per asta flettente, FbE
• Valore di Progetto di Flessione Regolato sull'Asse Forte, 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

  Valore di progetto di flessione dell'asse maggiore modificato, Fbx'
• Valore di Progetto di Flessione Regolato sull'Asse Debole, 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

  Valore di progetto di flessione dell'asse minore modificato, Fby'
• Rapporto di Progettazione della Combinazione di Flessione Biaxiale e Compressa Assiale

Inserendo le tensioni attuali e i valori di progetto limitanti presentati sopra nell'equazione 3.9-3 del NDS [1], il rapporto di progettazione finale è mostrato di seguito.

E l'equazione 3.9-4 del NDS [1],

Risultato in RF-/TIMBER AWC

L'utente può confrontare ciascun fattore di regolazione e il valore di progetto regolato dal metodo di calcolo analitico manuale con il riepilogo dei risultati in RF-/TIMBER AWC. Come mostrato, i risultati sono identici. Il rapporto di progettazione finale controllante = 0,98 è basato sul metodo di calcolo dell'analisi geometrica lineare (1^st grado). Tieni presente che l'impostazione predefinita in RFEM per la combinazione di carico è impostata all'analisi del secondo ordine. Ciò comporterà un rapporto di progettazione leggermente più grande = 1,03. L'utente ha l'opzione di scegliere quale metodo elencato nei "Parametri di Calcolo" è il migliore per la struttura.

rapporto di verifica

• Visualizzatore 3D
• 3D Viewer | Babylon
• Realtà virtuale

Colonna in trave di legno