Сочетания нагрузок в расчете деревянных конструкций по европейским и американским нормам

Техническая статья

Кроме определения 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 - Influence of the Load Duration on the Design Value of the Strength

Ed = расчетное значение нагружения
Rd = расчетное значение прочности
t = продолжительность нагружения
g = постоянная нагрузка
s = снеговая нагрузка
w = ветровая нагрузка

Случай 1:
Определяющее сочетание нагрузок = g + s + w
Обоснование: Нагружение g + s + w находится ближе всего к кривой Rd.

Случай 2:
Определяющее сочетание нагрузок = g
Обоснование: Нагружение g находится ближе всего к кривой Rd.

Случай 3:
Определяющее сочетание нагрузок = g + s
Обоснование: Нагружение g + s находится ближе всего к кривой Rd.

Случай 4:
Определяющее сочетание нагрузок = g + s
Обоснование: Нагружение g + s превышает кривую Rd → Ed > Rd.

Влияние продолжительности нагрузки учитывается по норме [1] с помощью коэффициента изменения kmod. В [2] эта ситуация управляется с помощью фактора C D (ASD) и коэффициента λ (LRFD). Швейцарский стандарт [3] просто определяет влияние длительности нагрузки на прочность с коэффициентом η M и, таким образом, одинаков для всех действий; Следовательно, рисунок 01 не действителен в этом случае.

Проектирование предельного состояния пригодности для деревянных конструкций

При выполнении расчета предельного состояния работоспособности самые большие отклонения происходят, если учитываются все коэффициенты отклонения неблагоприятных действий. Согласно [1] следующие деформации должны быть проанализированы, например, для немецкого и австрийского приложения:

  • упругий начальный деформация ш инст
    состоящий из характерной комбинации
  • окончательная деформация w fin
    состоящий из характерной начальной деформации и коэффициентов ползучести квазипостоянной комбинации
  • конечная деформация w fin, нетто
    состоящий из квазипостоянной начальной деформации и коэффициентов ползучести квазипостоянной комбинации. Он также рассчитывается с характерной начальной деформацией для других стран, но это считается слишком "строгим" согласно немецкому и австрийскому Приложению.

В [2] прямо не объясняется, какие варианты нагрузки должны использоваться для определения комбинаций нагрузки для удобства обслуживания. Это относится к общепринятым строительным инженерным стандартам. В этом случае IBC (Международный строительный кодекс) [4] можно использовать для определения комбинации управляющих нагрузок (см. Главу 1604.3). Только с учетом ползучести объясняется в [2] . В отличие от других европейских стандартов, IBC рассматривает действия в отношении деформаций отдельно. Предельные значения являются результатом только приложенных нагрузок, снега или ветра для деформации и в случае ползучести от собственного веса + приложенная нагрузка.

Согласно [3] следующие предельные состояния должны быть проанализированы среди прочего:

  • редкая дизайнерская ситуация
    состоящий из характерной начальной деформации и коэффициентов ползучести квазипостоянной комбинации
  • частая проектная ситуация
    состоящий из частой начальной деформации и коэффициентов ползучести квазипостоянной комбинации
  • квазипостоянная проектная ситуация
    состоящий из квазипостоянной начальной деформации и коэффициентов ползучести квазипостоянной комбинации

Учитывая продолжительность нагрузки, влажность древесины и ползучесть в RFEM и RSTAB

Чтобы учесть продолжительность нагрузки, влажность и ползучесть древесины, RFEM и RSTAB содержат отдельные стандарты для классификации вариантов нагрузки и их комбинаций. «Древесина» добавляется в соответствующем стандарте.

Pисунок 02 - Special Settings in Timber Construction in the General Data

В свойствах соответствующего стандарта можно установить специфические для стандарта параметры, такие как определение коэффициента ползучести. Таким образом, необходимые настройки выполняются для создания комбинации нагрузок.

Pисунок 03 - Selecting the Creeping Coefficient

Чтобы учесть влияние продолжительности нагрузки во время проектирования, при создании варианта нагрузки определяется соответствующая продолжительность нагрузки.

Pисунок 04 - Load Duration Assignment for the Load Cases

Он автоматически включается в модули проектирования (RF- / TIMBER Pro, RF- / TIMBER AWC, RF-LAMINATE и т. Д.) И присваивается отдельным комбинациям нагрузок.

Pисунок 05 - Load Duration Assignment for the Individual Load Combinations

Затем гарантируется, что расчет конечного предельного состояния для каждой комбинации нагрузок всегда выполняется с самой короткой продолжительностью нагрузки из ограниченных вариантов нагрузки.

Для предельного состояния работоспособности предельные значения соответствующей проектной ситуации присваиваются в общих данных соответствующего дополнительного модуля. Если комбинации нагрузок генерируются вручную, без использования автоматической комбинации нагрузок, присвоение также должно выполняться вручную.

Pисунок 06 - Назначение проектной ситуации для состояния предела работоспособности

Предельные значения могут быть скорректированы в настройках стандарта или в настройках Национального приложения для соответствующей проектной ситуации.

Pисунок 07 - Предельные значения для анализа деформации

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