Сочетания нагрузок в расчете деревянных конструкций по европейским и американским нормам

Техническая статья

Эта статья была переведена Google Translator Посмотреть исходный текст

Кроме определения значений нагрузок, в расчете деревянных конструкций необходимо учитывать особенности сочетаемости нагрузок. В отличие от металлоконструкций, у которых наибольшее нагружение включает в себя все неблагоприятные воздействия на конструкцию, у деревянных конструкций значения прочности зависят от продолжительности нагружения и влажности древесины. Кроме того, особые характеристики нужно учитывать и в расчете на предельное состояние по пригодности к эксплуатации. Какое влияние это оказывает на расчет деревянных конструкций и как выполнить расчет в программах RSTAB и RFEM поясняется в данной статье.

Расчет предельной несущей способности у деревянных конструкций

Как упоминалось выше, наибольшие напряжения обычно вызывают наибольшее нагружение конструктивных элементов. Однако в большинстве европейских и американских норм прочность деревянных компонентов зависит от продолжительности нагрузки и влажности материала. Следовательно, может получиться так, что сочетание нагрузок является определяющим, даже если не содержит в себе наибольшее напряжение по отношению к общей сумме. Поэтому важно уделить внимание тому, чтобы найти определяющее сочетание нагрузок. Графически это показано на рисунке 01.

Pисунок 01 - Влияние продолжительности нагружения на расчетное значение прочности

E d = расчетное значение нагрузки
R d = расчетное значение прочности
t = продолжительность нагружения
g = постоянная нагрузка
s = снеговая нагрузка
w = ветровая нагрузка

Случай 1:
Определяющее сочетание нагрузок = g + s + w
Обоснование: Нагрузка от g + s + w наиболее близка к кривой R d .

Случай 2:
Определяющее сочетание нагрузок = g
Обоснование: Нагрузка от g наиболее близка к кривой R d .

Случай 3:
Определяющее сочетание нагрузок = g + s
Обоснование: Нагрузка от g + s наиболее близка к кривой R d .

Случай 4:
Определяющее сочетание нагрузок = g + s
Обоснование: Нагрузка от g + s превышает кривую R d → E d > R d .

Влияние длительности нагрузки рассмотрено в [1] с коэффициентом модификации k mod . В [2] этим обстоятельством управляет коэффициент C D (ASD) или коэффициент λ (LRFD). Швейцарский стандарт [3] упростил влияние длительности нагрузки на прочность с коэффициентом η M и, таким образом, одинаков для всех воздействий, поэтому рисунок 01 для этого не подходит.

Расчет предельного состояния по пригодности к эксплуатации для деревянных конструкций

При выполнении расчета предельного рабочего состояния наибольшие деформации прогиба имеют место в том случае, если учитываются все соотношения деформаций от неблагоприятных воздействий. Согласно [1] , для немецкого и австрийского приложения, например, необходимо проанализировать следующие деформации:

  • Упругая начальная деформация w inst
    состоящая из характерного сочетания
  • Конечная деформация w fin
    включающая в себя характерную начальную деформацию и соотношения ползучести квазипостоянного сочетания
  • Конечная деформация w fin, нетто
    включающая в себя квазипостоянную начальную деформацию и соотношения ползучести квазипостоянного сочетания. По нормам других стран в этом случае также учитывается характерная начальная деформация, однако они являются слишком "требовательными" согласно немецкому и австрийскому приложению.

В [2] не дается четкого объяснения того, из каких загружений следует определять сочетания нагрузок для удобства эксплуатации. Норма ссылается на действующие инженерно-строительные правила. В этом случае IBC (Международный строительный кодекс) [4] можно использовать для определения управляющего сочетания нагрузок (см. Главу 1604.3). Только учет ползучести объясняется в [2] . В отличие от других европейских норм, IBC рассматривает отдельно воздействия по отношению к деформации. Предельные значения деформации являются результатом действия только полезной нагрузки и снеговой или ветровой нагрузки, а в случае ползучести, нагрузки от собственного веса + полезной нагрузки.

Согласно [3] , должны быть проанализированы следующие предельные состояния:

  • редкий расчетный случай
    включающая в себя характерную начальную деформацию и соотношения ползучести квазипостоянного сочетания
  • частый расчетный случай
    включающий в себя типичную начальную деформацию и соотношение ползучести квазипостоянного сочетания
  • квазипостоянный расчетный случай
    включающий в себя квазипостоянную начальную деформацию и соотношение ползучести квазипостоянного сочетания

Учет продолжительности нагрузки, влажности и ползучести древесины в расчетах в RFEM и RSTAB

Для того, чтобы в расчете учитывать продолжительность нагрузки, влажность древесины и ползучесть, программы RFEM и RSTAB содержат отдельные нормы для классификации случаев нагружения и их сочетаний. В соответствующей норме содержится добавочная настройка «древесина».

Pисунок 02 - Специальные настройки для деревянных конструкций в общих данных

В свойствах соответствующей нормы можно, таким образом, задать специфические параметры, например, определение коэффициента ползучести. Это значит, что будут установлены необходимые настройки для создания сочетаний нагрузок.

Pисунок 03 - Выбор коэффициента ползучести

Чтобы принять во внимание продолжительность действия нагрузки в расчете, при создании нагружения нужно задать соответствующую продолжительность нагрузки.

Pисунок 04 - Присвоение продолжительности действия нагрузки у нагружений

Она будет автоматически учтена в расчетных модулях (RF-/TIMBER Pro, RF-/TIMBER AWC, RF-LAMINATE и т.д.) и присвоена отдельным нагружениям.

Pисунок 05 - Присвоение продолжительности действия нагрузки отдельным сочетаниям нагрузок

Таким образом обеспечивается то, что расчет предельной несущей способности для каждого сочетания нагрузок выполняется с самой короткой продолжительностью нагрузки из имеющихся случаев нагружения.

При расчете предельного рабочего состояния, в общих данных соответствующего дополнительного модуля нужно присвоить предельные значения соответствующему расчетному случаю. Если нагружения создаются вручную, без применения автоматического сочетания нагрузок, присвоение значений также должно быть выполнено вручную.

Pисунок 06 - Присвоение расчетного случая у предельного рабочего состояния

Предельные значения могут быть скорректированы в настройках нормы или в настройках Национального приложения у соответствующего расчетного случая.

Pисунок 07 - Предельные значения в расчете деформаций

Ключевые слова

ползучесть продолжительность нагружения коэффициент изменения kmod

Литература

[1]   Eurocode 5: Design of timber structures - Part 1-1: General - Common rules and rules for buildings; EN 1995-1-1:2010-12
[2]   National Design Specification (NDS) for Wood Construction 2018 Edition
[3]   SIA 265:2012: Holzbau. Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich, 2012.
[4]   2018 International Building Code (IBC)

Ссылки

Контакты

Свяжитесь с Dlubal

У вас есть какие-либо вопросы или необходим совет?
Свяжитесь с нами через бесплатную поддержку по электронной почте, в чате или на форуме или найдите различные предлагаемые решения и полезные советы на страницах часто задаваемых вопросов.

+49 9673 9203 0

info@dlubal.com

RFEM Основная программа
RFEM 5.xx

Основная программа

Программное обеспечение для расчета конструкций методом конечных элементов (МКЭ) плоских и пространственных конструктивных систем, состоящих из плит, стен, оболочек, стержней (балок), тел и контактных элементов

Цена первой лицензии
3 540,00 USD
RSTAB Основная программа
RSTAB 8.xx

Основная программа

Программное обеспечение для расчета конструкций рам, балок и ферм, выполняющее линейные и неьинейные расчеты внутренних сил, деформаций и опорных реакций

Цена первой лицензии
2 550,00 USD
RFEM Деревянные конструкции
RF-TIMBER AWC 5.xx

Дополнительный модуль

Расчет деревянных стержней по американской норме ANSI/AWC NDS

Цена первой лицензии
1 120,00 USD
RSTAB Деревянные конструкции
TIMBER AWC 8.xx

Дополнительный модуль

Расчет деревянных стержней по американской норме ANSI/AWC NDS

Цена первой лицензии
1 120,00 USD
RFEM Деревянные конструкции
RF-TIMBER CSA 5.xx

Дополнительный модуль

Расчет деревянных стержней по канадской норме CSA 086-14

Цена первой лицензии
1 120,00 USD
RSTAB Деревянные конструкции
TIMBER CSA 8.xx

Дополнительный модуль

Расчет деревянных стержней по канадской норме CSA 086-14

Цена первой лицензии
1 120,00 USD
RFEM Деревянные конструкции
RF-TIMBER Pro 5.xx

Дополнительный модуль

Расчет деревянных конструкций по Eurocode 5, SIA 265 и/или DIN 1052

Цена первой лицензии
1 120,00 USD
RSTAB Деревянные конструкции
TIMBER Pro 8.xx

Дополнительный модуль

Расчет деревянных конструкций по Eurocode 5, SIA 265 и/или DIN 1052

Цена первой лицензии
1 120,00 USD
RFEM Соединения
RF-JOINTS Timber - Timber to Timber 5.xx

Дополнительный модуль

Расчет прямых деревянных соединений по Еврокод 5

Цена первой лицензии
360,00 USD
RSTAB Соединения
JOINTS Timber - Timber to Timber 8.xx

Дополнительный модуль

Расчет прямых деревянных соединений по Еврокод 5

Цена первой лицензии
360,00 USD
RFEM Соединения
RF-JOINTS Timber - Steel to Timber 5.xx

Дополнительный модуль

Расчет непрямых деревянных соединений с элементами жесткости типа дюбелей и стальными плитами по норме Еврокод 5

Цена первой лицензии
850,00 USD
RSTAB Соединения
JOINTS Timber - Steel to Timber 8.xx

Дополнительный модуль

Расчет непрямых деревянных соединений с элементами жесткости типа дюбелей и стальными плитами по норме Еврокод 5

Цена первой лицензии
850,00 USD
RFEM Прочие
RF-LIMITS 5.xx

Дополнительный модуль

Сравнение результатов с заданными предельными значениями

Цена первой лицензии
580,00 USD
RSTAB Прочие
LIMITS 8.xx

Дополнительный модуль

Сравнение результатов с заданными предельными значениями

Цена первой лицензии
580,00 USD
RFEM Прочие
RF-LAMINATE 5.xx

Дополнительный модуль

Расчет прогибов и напряжений ламинированных и многослойных поверхностей

Цена первой лицензии
1 120,00 USD