3096x
001714
2021-06-14

Расчёт деревянных балок-колонн по NDS 2018 с помощью дополнительного модуля RF-/TIMBER AWC

В этой статье с помощью дополнительного модуля RF-/TIMBER AWC проверяется адекватность пиломатериала размером 2x4, подвергнутого комбинированному двухосному изгибу и осевому сжатию. Все характеристики и нагрузки рассчитываемой балки-колонны основаны на примере E1.8 из пособия AWC Structural Wood Design Examples 2015/2018.

Этот стержень представляет собой южную сосну № 2, номинал 2х4, 3 фута в длину и используется в качестве стропильного стержня. Боковая опора обеспечивается только на концах стержня, и они считаются шарнирными. Статическая (DL), снеговая (SL) и ветровая (WL) нагрузки применяются в верхней и средней точке балки-колонны, как показано ниже.

Характеристики стержня отображаются при выборе соответствующего сечения и материала в программе.

Поправочные коэффициенты для расчета допускаемых напряжений (ASD), указанные в таблице 4.3.1 NDS 2018

Исходные расчетные значения (Fb, Fc и Emin) умножаются на соответствующие поправочные коэффициенты для нахождения скорректированных расчетных величин. Для пиломатериалов данные коэффициенты приведены в таблице 4.3.1 [1]. Для расчета методом ASD существует одиннадцать различных поправочных коэффициентов. Однако многие из этих коэффициентов в примере из NDS [2] равны 1,0. Не смотря на это, мы кратко поясним далее способ учета отдельных коэффициентов в модуле RF-/TIMBER AWC.

Коэффициенты, рассчитанные программой

CL ... Коэффициент устойчивости балки. Это зависит от геометрии и боковой опоры стержня, как описано в разделе 3.3.3 [1]. Модуль RF-/TIMBER рассчитывает данный коэффициент автоматически. (Примечание: эффективная длина le, используемая для вычисления CL, определяется пользователем в разделе «Эффективная длина» RF-/TIMBER AWC. Необходимо выбрать для соответствующего загружения опцию «по согласно таблице 3.3.3 »с соответствующим загружением.) На изображении ниже показан применимый вариант нагружения для этого примера.

CF ... Коэффициент размера. Это зависит от глубины и толщины стержня, как указано в разделе 4.3.6 [1]. Модуль RF-/TIMBER рассчитывает данный коэффициент автоматически.

Cfu ... Коэффициент гладкости. Он учитывает слабый изгиб оси стержня, как указано в разделе 4.3.7 [1]. Коэффициент рассчитывается в модуле RF-/TIMBER AWC автоматически.

CP ... Коэффициент устойчивости колонны. Это зависит от геометрии, условий торцевой фиксации и боковой опоры стержня, как описано в разделе 3.7.1 [1]. Если сжатый стержень опирается по всей длине, то CP равно 1,0. Данный коэффициент рассчитывается в модуле RF-/TIMBER AWC автоматически для направления оси как максимальных, так и минимальных моментов.

Коэффициенты, определенные пользователем

CD ... Коэффициент длительности нагрузки. Он учитывает различные периоды нагрузки в зависимости от загружения, например, мертвую, снеговую и ветровую, на основе раздела 4.3.2 [1]. Выбор «ASCE 7-16 NDS (древесина)» в качестве стандарта в RFEM активирует параметр продолжительности нагрузки в диалоговом окне Загружения. Настройка класса продолжительности нагрузки (Постоянный, Десять лет и т.д.) по умолчанию основана на «Категории воздействия» в загружении. Данный параметр может быть изменен пользователем в программе RFEM или RF-/TIMBER AWC. Значение, выбранное программой, основано на таблице 2.3.2 [1].

CM ... Коэффициент эксплуатации во влажности. Он учитывает условия эксплуатации стержня при влажности, как указано в разделе 4.1.4 [1]. В модуле RF-/TIMBER AWC пользователь может выбрать «влажные» или «сухие» условия в столбце «Условия эксплуатации».

Ct ... Температурный коэффициент. Он учитывает воздействие повышенных температур до 100 ° F, от 100 до 125 и от 125 до 150, как описано в разделе 2.3.3 [1]. В модуле RF-/TIMBER AWC в разделе «Условия эксплуатации» можно выбрать три температурных диапазона. Значение, выбранное программой, основано на таблице 2.3.3 [1].

Ci ... Коэффициент перфорации. Он учитывает потерю площади из-за небольших надрезов, сделанных в стержне для консервативной обработки для предотвращения гниения, как описано в разделе 4.3.8 [1]. В модуле RF-/TIMBER AWC можно выбрать опцию «ненадрезанный» или «надрезанный» в разделе «Дополнительные расчетные параметры».

Cr ... Коэффициент повторяющегося элемента. Он используется, когда несколько стержней действуют совместно для правильного распределения нагрузки между собой, как описано в разделе 4.3.9 [1]. Cr = 1,15 для стержней, которые соответствуют критериям близости и соединения обшивкой или эквивалентом. В RF-/TIMBER AWC пользователь может в разделе «Дополнительные расчетные параметры» выбрать «неразрезной» или «разрезной».

Примечание: При необходимости, кодовые значения поправочных коэффициентов, вводимых пользователем, могут быть изменены в опции «Стандартные».

Коэффициенты, не используемые в программе

CT ... Коэффициент жесткости при потере устойчивости. Он учитывает вклад фанерной обшивки в сопротивление потере устойчивости сжатых поясов ферм, как указано в разделе 4.4.2 [1]. Этот коэффициент используется для увеличения значения Emin стержня. CT может быть рассчитан вручную по уравнению 4.4-1 [1] или консервативно принят за 1,0.

Cb ... Коэффициент площади опирания. Он используется для увеличения расчетных значений сжатия (Fcp ) для сосредоточенных нагрузок, приложенных перпендикулярно волокнам, как указано в разделе 3.10.4 [1]. Cb можно рассчитать вручную по уравнению 3.10-2 [1] или в консервативном подходе принять равным 1,0.

Фактическое напряжение в балке-колонне

В этом примере сочетание нагрузок упрощено до CН1: DL + SL + WL.

Напряжение сжатия от статических и снеговых нагрузок, fc = 171 psi

Изгибающее напряжение вокруг оси максимальных моментов от ветровой нагрузки fbx = fb1 = 353 фунт/кв.дюйм

Изгибающее напряжение по слабой оси от статических и снеговых нагрузок, fby = fb2 = 1029 psi

Определите скорректированные расчетные значения по таблице 4.3.1 ASD NDS 2018

Расчетное значение критической потери устойчивости при изгибе сжатого стержня по оси максимальных моментов, FcEx.

Расчетное значение критической потери устойчивости при изгибе сжатого стержня по оси минимальных моментов, FcEy.

Скорректированное расчетное значение сжатия в направлении волокон, Fc'.

Расчетное значение критической потери устойчивости изгибаемого стержня, FbE.

Скорректированное расчетное значение изгиба по оси максимальных моментов, Fbx'.

Скорректированное расчетное значение изгиба по оси минимальных моментов, Fby'.

Комбинированный расчетный коэффициент двухосного изгиба и осевого сжатия

После ввода фактических напряжений и расчетных предельных значений, указанных выше, в уравнение 3.9-3 NDS [1] мы получим следующий окончательный коэффициент использования.

И в уравнение 3.9-4 NDS [1]

Результат в RF-/TIMBER AWC

Пользователь может сравнить каждый поправочный коэффициент и скорректированное расчетное значение, полученное при помощи аналитического ручного метода расчета, со сводкой результатов в RF-/TIMBER AWC. Как показано, результаты идентичны. Контрольный коэффициент окончательного расчета = 0,98 основан на методе расчета геометрически линейного расчета (1 степень). Обратите внимание, что по умолчанию для сочетания нагрузок в программе RFEM задан расчет по теории второго порядка. Это дает в результате немного больший коэффициент, равный 1,03. Пользователь может выбрать наиболее подходящий для данной конструкции метод в разделе «Параметры расчета».


Автор

Cisca отвечает за техническую поддержку пользователей и за разработку наших программ для североамериканского рынка.

Ссылки
Ссылки
  1. National Design Specification (NDS) for Wood Construction 2018 Edition
  2. Structural Wood Design Examples (in Englisch)