Расчет деревянных колонн по норме NDS 2018 в модуле RF-/TIMBER AWC

Техническая статья из области расчета конструкций и использования программ Dlubal Software

  • База знаний

Техническая статья

Эта статья была переведена Google Translator

Посмотреть исходный текст

В данной статье будет с помощью дополнительного модуля RF-/TIMBER AWC проверена пригодность элемента из пиломатериала размером 2х4, который подвергается комбинированному двухосному изгибу и осевому сжатию. Все характеристики рассчитываемой балки-колонны, а также все действующие нагрузки были основаны на примере E1.8 из пособия AWC Structural Wood Design Examples 2015/2018.

Рассматриваемый стержень состоит из южной сосны № 2 с номинальным размером 2х4. Его длина затем достигает 3 футов. Стержень будет использован в качестве фермы. Боковые опоры затем находятся только на его концах и считаются шарнирными. Постоянная нагрузка (DL), а также снеговая (SL) и ветровая нагрузка (WL) применяются к верхней и средней точке балки, как показано ниже.

Подробные характеристики стержня потом можно в программе отобразить после выбора соответствующего сечения и материала.

Поправочные коэффициенты для расчета допустимого напряжения (ASD), указанные в таблице 4.3.1 NDS 2018

Чтобы определить требуемые расчетные значения, нужно умножить исходные расчетные значения Fb, Fc и Emin на соответствующие поправочные коэффициенты. Для пиломатериалов данные коэффициенты приведены в таблице 4.3.1 [1]. В общем имеется для расчета ASD одиннадцать разных поправочных коэффициентов. Однако многие из этих коэффициентов имеют в примере из NDS [2] значение 1,0. Способ учета этих коэффициентов в модуле RF-/TIMBER AWC затем вкратце объясняется в нижеприведенном тексте.

Коэффициенты, рассчитанные программой

CL ... Коэффициент устойчивости балки. Как описано в разделе 3.3.3 [1], он всегда зависит от геометрии и боковой опоры стержня. Модуль RF-/TIMBER рассчитывает его автоматически. (Примечание: Полезная длина le, необходимая для расчета CL должна быть определена пользователем прямо в модуле RF-/TIMBER AWC в окне «1.7 Расчетные длины». Не забудьте также выбрать для соответствущего загружения возможность «по таблице 3.3.3»). Загружение, примененное в данном примере затем показано на рисунке ниже.

CF ... Коэффициент размера. Согласно разделу 4.3.6 [1], он всегда зависит от высоты и толщины стержня. Модуль RF-/TIMBER рассчитывает данный коэффициент автоматически.

Cfu ... Коэффициент плоского применения. Он учитывает изгиб слабой оси стержня в соответствии с указаниями из раздела 4.3.7 [1]. Он рассчитывается в модуле RF-/TIMBER AWC автоматически.

CP ... Коэффициент устойчивости колонны. Как описано в разделе 3.7.1 [1], он зависит от геометрии, условий защемления на конце стержня и его боковой опоры. Так что, когда сжатый стержень поддерживается по всей своей длине, тогда CP равно 1,0. Данный коэффициент рассчитывается в модуле RF-/TIMBER AWC автоматически как для сильных, так и для слабых направлений осей.

Пользовательские коэффициенты

CD ... Коэффициент длительности нагрузки. Согласно разделу 4.3.2 [1], он учитывает различное время действия нагрузки в зависимости от разных типов загружений, таких как собственная, снеговая или ветровая нагрузка. Это значит, что при выборе нормы «ASCE 7-16 NDS (древесина)» в программе RFEM автомарически активируется в диалоговом окне «Загружения» новая функция «Длительность нагрузки». Настройка класса длительности нагрузки по умолчанию (постоянная, 10 лет и т.д.) основана на «категории воздействия» загружения. 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 влажности. Он учитывает влажность стержня в соответствии с разделом 4.1.4 [1] . В модуле RF-/TIMBER AWC можно выбрать «Влажный» или «Сухой» в столбце «Условия влажности».

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

Ci ... Коэффициент перфорации. Он учитывает потерю площади, вызванную небольшими порезами в стержне, которые возникают при консервативной обработке для предотвращения гниения, как описано в разделе 4.3.8 [1] . В модуле RF-/TIMBER AWC можно выбрать вариант «Неперфорированный» или «Перфорированный» в разделе «Дополнительные расчетные параметры».

Cr ... Коэффициент повторения Он используется, когда несколько стержней работают вместе для правильного распределения нагрузки, как описано в разделе 4.3.9 [1]. Ct = 1,15 для стержней, которые соответствуют критериям близкого расстояния и соединения посредством оболочки и т.п. В RF-/TIMBER AWC можно в разделе «Дополнительные расчетные параметры» выбрать «Неповторяющийся» или «Повторяющийся».

Примечание: При необходимости стандартные значения пользовательских поправочных коэффициентов можно изменить с помощью функции «Стандарт».

Факторы, исключенные из программы

CT ... Коэффициент жесткости при потере устойчивости В нем учитывается вклад фанерного покрытия в прочность на изгиб сжатых поясов фермы в соответствии с разделом 4.4.2 [1] . Этот коэффициент используется для увеличения Emin стержня. CT можно рассчитать вручную по уравнению 4.4-1 [1] или консервативно принять за 1,0.

CB ... Коэффициент опорной поверхности Он используется для увеличения расчетных значений сжатия (Fcp ) для сосредоточенных нагрузок, поперечных направлению волокон, согласно разделу 3.10.4 [1] . Cb можно рассчитать вручную по уравнению 3.10-2 [1] или консервативно принять за 1,0.

Фактическое напряжение в стержне колонны

В данном примере сочетание нагрузок упрощено до CO1: DL + SL + WL.

Напряжение сжатия от собственной нагрузки и снеговой нагрузки, fc = 171 psi

Изгибающее напряжение сильной оси от ветровой нагрузки, fbx = fb1 = 353 psi

Изгибающее напряжение слабой оси от собственного веса и снеговой нагрузки, fby = fb2 = 1,029 psi

Определение скорректированных расчетных значений по таблице 4.3.1 ASD NDS 2018

Критическое расчетное значение потери устойчивости сжатого стержня по большой оси, F cEx

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

FcEx Критическое расчетное значение потери устойчивости сжатого стержня по большой оси, psi
Emin' = Emin ⋅ CM ⋅ CT ⋅ Ci = 510 000 фунтов на кв.
le1 Полезная длина = 36,0 дюйма
d1 Высота стержня = 3,5 дюйма

Расчетное значение критической потери устойчивостисжатого стержня по малой оси, F cEy

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

FcEy Критическая потеря устойчивости сжатого стержня по малой оси, psi
Emin' = Emin ⋅ CM ⋅ CT ⋅ Ci = 510 000 фунтов на кв.
le2 Полезная длина = 36,0 дюйма
d2 Толщина стержня = 1,5 дюйма

Скорректированное расчетное значение сжатия в направлении волокон, 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

fc' Скорректированное расчетное значение сжатия в направлении волокон, psi
fC Исходные расчетные значения сжатия в направлении волокон, psi
CD Коэффициент длительности нагрузки
CM Коэффициент эксплуатации во влажности
Ct Температурный коэффициент
CF Коэффициент размера
Ci Коэффициент врезки
CP Коэффициент устойчивости колонны

Критическое расчетное значение потери устойчивости изгибаемогостержня, F bE

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

FbE Критическое расчетное значение потери устойчивости для изгибаемого стержня, psi
Emin' = Emin ⋅ CM ⋅ CT ⋅ Ci = 510 000 фунтов на кв.
RB Коэффициент гибкости = 9,65 <50 (уравнение NDS 3.3-5)

Скорректированное расчетное значение изгиба по большой оси, 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' Скорректированное расчетное значение изгиба по главной оси, psi
Fb Нормативное расчетное значение изгиба, psi
CD Коэффициент наполнения
CM Коэффициент эксплуатации во влажности
CL Коэффициент устойчивости балки
Ct Температурный коэффициент
CF Коэффициент размера
Ci Коэффициент врезки
Cr Коэффициент повторяющегося стержня

Скорректированное расчетное значение для изгиба малой оси, Fна '

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' Скорректированное расчетное значение для малого прогиба оси, psi
Fb Нормативное расчетное значение изгиба, psi
CD Коэффициент наполнения
CM Коэффициент эксплуатации во влажности
CL Коэффициент устойчивости балки
Ct Температурный коэффициент
Cfu коэффициент плоского применения
CF Коэффициент размера
Ci Коэффициент врезки
Cr Коэффициент повторяющегося стержня

Применение сочетания двухосного изгиба и центрального давления

После вставки фактических напряжений и расчетных пределов, показанных выше, в уравнение NDS 3.9-3 [1] , мы получим окончательное расчетное соотношение.

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

И уравнение NDS 3.9-4 [1]

fcFcEy + fbxFbE2  1.0171728 + 3536,5772 = 0.24

Результат в RF-/TIMBER AWC

Отдельные поправочные коэффициенты и скорректированные расчетные значения, полученные с помощью ручного аналитического метода расчета, можно сравнить со сводкой результатов в RF-/TIMBER AWC. Как показано, результаты идентичны. Решающий, конечный коэффициент 0,98 основан на геометрически линейном расчете (1 -й порядок) и методе расчета. Обратите внимание, что по умолчанию для сочетания нагрузок в программе RFEM задано значение теории второго порядка. Это приводит к немного большему коэффициенту, равному 1,03. Пользователь может выбрать наиболее подходящий для данной конструкции метод в разделе «Параметры расчета».

Автор

Cisca Tjoa, PE

Cisca Tjoa, PE

Поддержка клиентов и маркетинг

Cisca обеспечивает техническую поддержку и маркетинг для клиентов Dlubal Software в Северной Америке.

Ключевые слова

расчет Дерево колонна NDS AWC Балка-колонна

Литература

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

Ссылки

Добавить комментарий...

Добавить комментарий...

  • Просмотры 225x
  • Обновления 17. июня 2021

Контакты

Связаться с Dlubal

У вас есть какие-либо вопросы по нашим программам или вам просто нужен совет?
Тогда свяжитесь с нами через бесплатную поддержку по электронной почте, в чате или на форуме или ознакомьтесь с различными решениями и полезными предложениями на страницах часто задаваемых вопросов.

+49 9673 9203 0

info@dlubal.com

Онлайн тренинги | Английский

Программа RFEM для студентов | США

Онлайн-обучение 11. августа 2021 13:00 - 16:00 EDT

Онлайн обучение | Английский

Еврокод 3 | Стальные конструкции по норме DIN EN 1993-1-1

Онлайн-обучение 25. августа 2021 8:30 - 12:30 CEST

Онлайн тренинги | Английский

Еврокод 5 | Деревянные конструкции по норме DIN EN 1995-1-1

Онлайн-обучение 23. сентября 2021 8:30 - 12:30 CEST

Расчет стекла в программе Dlubal

Расчет стекла в программе Dlubal

Webinar 8. июня 2021 14:00 - 14:45 CEST

Что такое воздействия?

Что такое воздействия?

Длительность 3:04 мин

}
RFEM
RFEM

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
RFEM
RF-TIMBER AWC

Дополнительный модуль

Расчет деревянных стержней по американской норме ANSI/AWC NDS

Цена первой лицензии
1 120,00 USD
RSTAB
RSTAB

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
RSTAB
TIMBER AWC

Дополнительный модуль

Расчет деревянных стержней по американской норме ANSI/AWC NDS

Цена первой лицензии
1 120,00 USD