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2019-11-04

木结构梁按照加拿大规范CSA 2014进行设计

木结构梁设计

在进行设计时,只需简单的支座 杉木和云杉梁(DF-L SS)的长度为10米,名义长度为38米和89米,平均点荷载为1,250基普。 在这种设计中,必须确定调整的弯曲系数和梁的承载力。 假设其作用时间较长。 这里简化了荷载工况。 典型的荷载组合见章节5.2.4 [1] 。 图01显示了简支梁的荷载和尺寸。

梁的属性

本示例中使用的截面是木材,名义尺寸为184 mm。 木结构梁截面属性的实际计算如下:

b = 3.50英寸,d = 7.24英寸,L = 10 ft。

毛截面面积:

ag = b⋅d =(3.50 in。)⋅(7.24 in。)= 25.34in.²

截面模量:

惯性矩:

本例中使用的材料是DF-L SS。 材料属性如下:

弯矩的参考设计值:

fb = 2,393.12 psi

弹性模量:

E = 1,812,970 psi

梁的修改系数

为了按照加拿大规范CSA 086-14设计木结构杆件,必须在弯矩的参考设计值(Fb )上添加修正系数。 最后,我们可以调整得到的设计弯曲值(Fb )和考虑的弯矩承载力(M r )。

Fb =Fb⋅(Kd⋅ķħ⋅ķ小号⋅ķT)

下面,详细解释和确定该示例的每个修改系数。

KD -荷载持续时间系数考虑了不同的荷载周期。 雪荷载,风荷载和地震荷载按照KD计算。 也就是说KD取决于荷载工况。 在这种情况下,假设荷载持续时间很长,则K D根据表5.3.2.2 [1]的数值为0.65。

KS -湿操作系数考虑了锯木的干燥或潮湿条件以及截面尺寸。 在本示例中,我们将在纤维和潮湿的情况下弯曲。 基于表6.4.2 [1] ,Ks等于0.84。

KT -考虑木结构使用过的阻燃剂或其他降低强度的材料处理后的木材的调整系数。 该系数是根据记载的时间,温度和湿度试验的强度和刚度确定的。 该系数请参见6.4.3 [1] 。 在潮湿的情况下,该示例将弹性模量乘以0.95,并且对所有其他属性将乘以0.85。

KZ -尺寸系数考虑了不同的木材尺寸以及如何将荷载施加到梁上。 你可以在章节6.4.5 [1]中找到更多关于该系数的信息。 对于本示例,基于尺寸,弯曲和剪切以及表6.4.5 [1],K Z等于1.30。

KH -系统系数考虑了由三个或更多个基本平行的杆件组成的锯材单元。 两根梁之间的间距不能超过610 mm,并且相互承受的荷载。 该规范在6.4.4 [1]中定义。 在这个例子中,根据表6.4.4,K H等于1.10,因为我们假设它是受屈杆件,并且情况1。

KL -倾斜系数考虑了在梁的长度方向上的侧向支撑,这有助于防止侧向位移和旋转。 倾斜系数(KL )的计算如下。

设计抗弯强度(FB

设计抗弯强度(Fb )在以下章节中确定。 Fb是设计抗弯强度(fb )乘以下面的修正值。

KD = 0.65

KH = 1.10

Ks = 0.84

KT = 0.85

我们现在可以将Fb用于下面的公式。 6.5.4.1 [1]

Fb =Fb⋅(Kd⋅ķħ⋅ķ小号⋅ķT)

Fb = 1221.71 psi

倾斜系数KL

稳定性系数(KL )取自第9节。 6.5.4.2 [1] 。 在确定K L之前,必须计算长细比。 首先,有效长度(Le )取自表7.5.6.4.3 [1]。 在该示例中是一个梁,那么集中的荷载被施加在中间,没有中间柱。 假设的无支承长度lu为10 ft。

Le = 1.61(lu

Le = 16.10 ft。

然后,设置截面的长细比(CB )。 7.5.6.4.3 [1]

CB = 10.69

由于长细比大于10,必须计算C k。 参照节6.4.2,KSE等于0.94。

Ck = 33.91

CB小于Ck ,我们现在可以使用Sect中的K L。 7.5.6.4(b) [1]

KL = 0.9965

梁利用率

本例题的最终目的是计算该支梁的利用率。 通过这种方式,可以发现对于给定的荷载,杆件的大小是否需要相应的优化或进一步的优化。 为了计算设计比,我们需要设计抗弯矩(Mr )和设计弯矩(Mf )。

得出绕x轴的最大弯矩(Mf ):

接下来,可以使用第6.5.4.1节[1]中的操作,计算抗弯矩承载力(M r)。

Mr= 0.90⋅Fb⋅小号⋅ķŽ⋅ķ大号

Mr = 3.63 kip⋅ft。

最后,可以计算出比值(η)。

RFEM中的应用

对于附加模块RF-TIMBER CSA来说,对于在RFEM中按照加拿大规范CSA 086-14进行木结构设计和计算截面时,可以基于荷载准则和单个杆件或一组杆件的阻力对截面进行分析和优化。 当在RF-TIMBER CSA中建模和设计上述梁示例时,可以比较结果。

在附加模块RF-TIMBER AWC的“基本数据”窗口中可以选择杆件,荷载条件和设计方法。 通过RFEM可以定义材料和截面,并且加载持续时间可以设置为“长”。 操作中对湿度的条件为湿,处理为防腐剂(带孔)。 有效长度Le由表格7.5.6.4.3 [1]确定。 模块计算得出的设计弯矩(Mf )为3.125 kip⋅ft。 设计抗弯矩(M r)为3.641 kip⋅ft。 由这些值得出的验算(η)为0.86,与上面所示的手动分析计算非常一致。


作者

Alex 负责北美市场的客户培训、技术支持和持续的程序开发。

链接
参考
  1. CSA O86:14, Engineering Design in Wood
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