Progettazione di pilastri in legno secondo NDS 2018 utilizzando il modulo AWC RF-/TIMBER

Articolo tecnico sul tema Analisi strutturale con Dlubal Software

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In questo articolo, viene verificata una sezione di legno (38,1 mm x 88,9 mm) soggetta a flessione bi-assiale e compressione assiale utilizzando il modulo aggiuntivo RF-/TIMBER AWC. Le proprietà dell'asta della colonna e il suo carico si basano sull'esempio E1.8 degli esempi di progettazione strutturale in legno AWC 2015/2018.

L'asta è un pino meridionale n. 2, dimensioni 2x4 nominali (1,5 pollici x 3,5 pollici), lungo 3 piedi ed è usato come un travatura reticolare. Il supporto laterale è fornito solo alle estremità dell'asta ed è considerato incernierato. Il carico permanente (DL), il carico da neve (SL) e il carico del vento (WL) vengono applicati al punto superiore e centrale dell'asta della colonna come mostrato di seguito.

Le proprietà dell'asta vengono visualizzate dopo aver selezionato la sezione trasversale e il materiale appropriati nel programma.

Coefficienti di aggiustamento nella tabella 4.3.1 dell'NDS 2018 per la progettazione con ASD

Ivalori di progetto di riferimento (F b, Fc ed Emin ) sono moltiplicati per i coefficienti di aggiustamento pertinenti per determinare i valori di progetto aggiustati. Per il legno segato, questi fattori sono riportati nella tabella 4.3.1 [1] . Esistono undici diversi fattori di regolazione per il progetto ASD. Molti di questi fattori sono uguali a 1.0 nell'esempio NDS [2]. Tuttavia, quanto segue spiega brevemente come RF-/TIMBER AWC considera i singoli fattori.

Fattori calcolati dal programma

C Immagine 01 - Colonna di legno ... Coefficiente di stabilità della trave. Dipende dalla geometria e dal vincolo laterale dell'asta come descritto nella Sezione 3.3.3 [1] . Questo fattore viene calcolato automaticamente in RF-/TIMBER. (Nota: La lunghezza efficace le per il calcolo di CL è definita dall'utente nella finestra del modulo "1.7 Lunghezze effettive" di RF-/TIMBER AWC. L'opzione "Acc. alla Tabella 3.3.3 "deve essere selezionato con il caso di carico corrispondente). La figura seguente mostra il caso di carico che si applica a questo esempio.

C[F9] ... Coefficiente di dimensione. Dipende dall'altezza e dallo spessore dell'asta secondo la Sezione 4.3.6 [1] . Questo fattore è determinato automaticamente in RF-/TIMBER AWC.

Cfu ... Coefficiente di planarità. Tiene conto della flessione dell'asse minore dell'asta secondo la Sezione 4.3.7 [1] . Questo fattore viene calcolato automaticamente in RF-/TIMBER AWC.

CP ... Coefficiente di stabilità della colonna. Dipende dalla geometria, dalle condizioni di vincolo all'estremità dell'asta e dal vincolo laterale dell'asta come descritto nella Sezione 3.7.1 [1] . Se un'asta di compressione è completamente supportata per l'intera lunghezza, CP = 1.0. Questo fattore viene calcolato automaticamente in RF-/TIMBER AWC per le direzioni degli assi forti e deboli.

Fattori definiti dall'utente

Cd ... Fattore della durata del carico. Prende in considerazione i diversi tempi di carico in base al caso di carico come il carico proprio, da neve e da vento secondo la Sezione 4.3.2 [1] . Selezionando "ASCE 7-16 NDS (Timber)" come standard in RFEM si attiva l'opzione "Durata azione" nella finestra di dialogo "Casi di carico". L'impostazione predefinita della classe di durata del carico (permanente, 10 anni, ecc.) Si basa sulla "categoria di azione" del caso di carico. Questa impostazione può essere modificata dall'utente in RFEM o RF-/TIMBER AWC. Il valore selezionato dal programma si basa sulla tabella 2.3.2 [1] .

CM ... Coefficiente di umidità. Prende in considerazione le condizioni di umidità dell'asta secondo la Sezione 4.1.4 [1] . In RF-/TIMBER AWC, è possibile selezionare "Bagnato" o "Asciutto" nella colonna "Condizione di umidità".

Ct ... Coefficiente di temperatura. Tiene conto di quanto l'asta è esposta a temperature elevate fino a 100, da 100 a 125 e da 125 a 150 ° F, come descritto nella Sezione 2.3.3 [1] . È possibile selezionare tre intervalli di temperatura in RF-/TIMBER AWC nella sezione "Condizioni climatiche". Il valore selezionato dal programma si basa sulla tabella 2.3.3 [1] .

Ci ... Coefficiente di perforazione. Tiene conto della perdita di area, causata da piccoli tagli nell'asta, che si verificano quando viene trattata con conservazione al fine di prevenire il degrado, come descritto nella Sezione 4.3.8 [1] . In RF-/TIMBER AWC, è possibile selezionare l'opzione "Non-perforato" o "Perforato" nella sezione "Parametri di progetto aggiuntivi".

Cr ... Coefficiente ripetitivo Viene utilizzato quando diverse aste lavorano insieme per distribuire correttamente un carico come descritto nella Sezione 4.3.9 [1]. Ct = 1,15 per le aste che soddisfano i criteri per distanze ravvicinate e collegamento mediante guaina o simili. In RF-/TIMBER AWC, è possibile selezionare "Non ripetuto" o "Ripetuto" nella sezione "Parametri di progetto aggiuntivi".

Nota: Se necessario, i valori basati sulla norma dei coefficienti di aggiustamento definiti dall'utente possono essere modificati con l'opzione "Standard".

Fattori esclusi dal programma

CT ... Coefficiente di rigidezza per instabilità Tiene conto del contributo del rivestimento di compensato alla resistenza all'instabilità delle correnti di travatura reticolare in compressione secondo la Sezione 4.4.2 [1] . Questo coefficiente viene utilizzato per aumentare Emin dell'asta. CT può essere calcolato manualmente utilizzando l'equazione 4.4-1 [1] o assunto in modo conservativo come 1.0.

Cb ... Coefficiente della superficie del supporto Viene utilizzato per aumentare i valori di progetto della compressione (Fcp ) per carichi concentrati trasversali alla direzione della fibratura secondo la Sezione 3.10.4 [1] . Cb può essere calcolato manualmente utilizzando l'equazione 3.10-2 [1] o, in modo conservativo, assunto come 1.0.

Tensione effettiva nell'asta della colonna

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

Tensione di compressione dal carico proprio e da neve, fc = 171 psi

Tensione di flessione dell'asse forte dal carico del vento, fbx = fb1 = 353 psi

Tensione di flessione dell'asse debole dal peso proprio e dal carico da neve, fper = fb2 = 1.029 psi

Determinazione dei valori di progetto regolati secondo NDS 2018 Tabella 4.3.1 Metodo ASD

Valore critico di progetto dell'instabilità per l' asta compressa nell'asse maggiore, F cEx

Valore critico di progetto dell'instabilità per l'asta compressa nell'asse maggiore, FcEx

FcEx = FcE1 = 0.822 · Emin'le1d12FcEx = FcE1 = 0.822 · 510,000 psi36.0 in3.5 in2FcEx = FcE1 = 3,963 psi

FcEx Valore critico di progetto dell'instabilità per l'asta compressa nell'asse maggiore, psi
Emin' = Emin ⋅ CM ⋅ CT ⋅ Ci = 510.000 psi
le1 Lunghezza efficace = 36,0 pollici
d1 Altezza dell'asta = 3,5 in

Valore critico di progettodell'instabilità per l'asta di compressione sull'asse minore, F cEy

Valore critico di progetto dell'instabilità per l'asta compressa nell'asse minore, FcEy

FcEy = FcE2 = 0.822 · Emin'le2d22FcEy = FcE2 = 0.822 · 510,000 psi36.0 in1.5 in2FcEy = FcE2 = 728 psi

FcEy Instabilità di progetto critica per l'asta di compressione sull'asse minore, psi
Emin' = Emin ⋅ CM ⋅ CT ⋅ Ci = 510.000 psi
le2 Lunghezza efficace = 36,0 pollici
d2 Spessore dell'asta = 1,5 in

Valore di progetto della compressione modificato in direzione della fibratura, Fc '

Valore di progetto della compressione modificato in direzione della fibratura, Fc '

Fc' = Fcy' = Fc · CD · CM · Ct · CF · Ci · CPFc' = Fcy' = 1,450 psi · 1.6 · 1.0 · 1.0 · 1.0 · 1.0 · 0.29Fc' = Fcy' = 673 psi

[F9]c' Valore di progetto della compressione modificato in direzione della fibratura, psi
fC Valori di progetto della compressione di riferimento in direzione della fibratura, psi
CD Coefficiente di durata del carico
CM Coefficiente di umidità di esercizio
Ct Coefficiente di temperatura
CF Coefficente dimensionale
Ci Coefficiente di incisione
CP Coefficiente di stabilità della colonna

Valore critico di progetto dell'instabilità per l'asta flettente, FbE

Valore critico di progetto dell'instabilità per asta flettente, FbE

FbE = 1.20 · Emin'RB2FbE = 1.20 · 510,000 psi9.652FbE = 6,577 psi

FbE Valore critico di progetto dell'instabilità per l'asta flettente, psi
Emin' = Emin ⋅ CM ⋅ CT ⋅ Ci = 510.000 psi
RB Rapporto di snellezza = 9,65 <50 (equazione NDS 3.3-5)

Valore di progetto modificato per la flessione dell'asse maggiore, Fbx '

Valore di progetto modificato per la flessione dell'asse principale 'Fbx'

Fbx'= Fb1 = Fb · CD · CM · CL · Ct · CF · Ci · CrFbx'= Fb1 = 1,100 psi · 1.6 · 1.0 · 0.982 · 1.0 · 1.0 · 1.0 · 1.0Fbx'= Fb1 = 1,729 psi

fbX' Valore di progetto modificato per la flessione dell'asse maggiore, psi
Fb Valore di riferimento del progetto di piegatura, psi
CD Coefficiente di durata del carico
CM Coefficiente di umidità di esercizio
CL Coefficiente di stabilità della trave
Ct Coefficiente di temperatura
CF Coefficente dimensionale
Ci Coefficiente di incisione
Cr Coefficiente dell'asta ripetitiva

Valore di progetto modificato per la flessione dell'asse minore, Fdi '

Valore di progetto modificato per la flessione dell'asse minore 'Fby'

Fby' = Fb2 = Fb · CD · CM · CL · Ct · Cfu · CF · Ci · CrFby' = Fb2 = 1,100 psi · 1.6 · 1.0 · 1.0 · 1.0 · 1.1 · 1.0 · 1.0 · 1.0Fby' = Fb2 = 1,936 psi

fbY' Valore di progetto modificato per la flessione minore dell'asse, psi
Fb Valore di riferimento del progetto di piegatura, psi
CD Coefficiente di durata del carico
CM Coefficiente di umidità di esercizio
CL Coefficiente di stabilità della trave
Ct Coefficiente di temperatura
Cfu Coefficiente di sbandamento laterale
CF Coefficente dimensionale
Ci Coefficiente di incisione
Cr Coefficiente dell'asta ripetitiva

Utilizzo della flessione biassiale e della pressione centrica combinate

Inserendo le tensioni effettive e i limiti di progetto mostrati sopra nell'equazione NDS 3.9-3 [1] , il rapporto di progetto finale è mostrato di seguito.

Utilizzo della flessione biassiale e della pressione centrica combinate

fcFc'2 + fbxFbx' · 1 - fcFcEx + fbyFby' · 1 - fcFcEy - fbxFbE2  1.01716732 + 3531,729 · 1 - 1713,965 + 1,0291,936 · 1 - 171728 - 3536,5772 = 0.98

fc Tensione di compressione da carico da neve
[F9]c' Valore di progetto della compressione modificato in direzione della fibratura
[F5]bx Tensione di flessione dell'asse forte dal carico del vento
fbX' Valore di progetto modificato per la flessione dell'asse maggiore
FcEx Valore critico di progetto dell'instabilità per l'asta compressa nell'asse maggiore
[F5]By Tensione di flessione dell'asse debole da peso proprio e carico da neve
fbY' Valore di progetto modificato per la flessione dell'asse minore
FcEy Valore critico di progetto dell'instabilità per l'asta compressa nell'asse minore
FbE Valore critico di progetto dell'instabilità per l'asta flettente

Ed equazione 3.9-4 [1]

Utilizzo della flessione biassiale e della pressione centrica combinate

fcFcEy + fbxFbE2  1.0171728 + 3536,5772 = 0.24

fc Tensione di compressione da carico da neve
FcEy Valore critico di progetto dell'instabilità per l'asta compressa nell'asse minore
[F5]bx Tensione di flessione dell'asse forte dal carico del vento
FbE Valore critico di progetto dell'instabilità per l'asta flettente

Risultato in RF-/TIMBER AWC

È possibile confrontare i singoli fattori di correzione e i valori di progetto modificati dal metodo di calcolo manuale analitico con il riepilogo dei risultati in RF-/TIMBER AWC. Come mostrato, i risultati sono identici. Il rapporto finale determinante di 0,98 si basa sull'analisi geometricamente lineare (1 ° ordine) e sul metodo di calcolo. Si noti che l'impostazione predefinita per la combinazione di carico in RFEM è impostata sulla teoria del secondo ordine. Ciò si traduce in un rapporto leggermente maggiore di 1,03. L'utente può selezionare il metodo più adatto alla struttura nei "Parametri di calcolo".

Autore

Cisca Tjoa, PE

Cisca Tjoa, PE

Ingegnere dell'assistenza tecnica

Cisca è responsabile dell'assistenza tecnica ai clienti e dello sviluppo continuo dei programmi per il mercato nordamericano.

Parole chiave

progettazione Legno colonna NDS AWC Asta della colonna

Riferimento

[1]   National Design Specification (NDS) for Wood Construction 2018 Edition
[2]   Structural Wood Design Examples

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  • Aggiornato 11. gennaio 2023

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