木柱设计按照 2018 NDS 标准

设计一个 1 米长、截面尺寸为 8 英寸 ⋅ 2 英寸的 Alaslas Cedar Select 柱，其轴向荷载为 30 兆牛。 这种分析的目的是确定调整后的柱子的压缩系数和抗压设计值。 假设杆件的末端和铰支座均布，法向法向荷载作用持续时间。 本例对荷载准则进行了简化。 在3.4节中可以引用正常的荷载准则。 1.4.4 ]] #参见 [1]]]。 在图 01 中显示的是简单的柱子的荷载和尺寸标注的图表。

1 柱子荷载和尺寸

柱属性

本示例中使用的截面为 8" ⋅ 8" 的木柱和木梁组成。 下面是按照实际情况计算得到的木结构柱的截面属性：
b = 7.50 英寸 d = 7.50 英寸 L = 10.00 米

• 毛截面面积：
  $${\mathrm{A}}_{\mathrm{g}} = \mathrm{b} \cdot \mathrm{d} = 7.50 \mathrm{in} \cdot 7.50 \mathrm{in} = 56.25 \mathrm{in}²$$

  总截面面积
• 截面模量:
  $${\mathrm{S}}_{\mathrm{x}} = \frac{\mathrm{b} · {\mathrm{d}}^2}{6} = \frac{(7.50 \mathrm{in}) · {(7.50 \mathrm{in})}^2}{6} = 70.30 {\mathrm{in}}^3$$

  截面模量
• 惯性矩:
  $${\mathrm{I}}_{\mathrm{x}} = \frac{\mathrm{b} · {\mathrm{d}}^3}{12} = \frac{(7.50 \mathrm{in}) · {(7.50 \mathrm{in})}^3}{12} = 263.70 {\mathrm{in}}^4$$

  惯性矩

本例所使用的材料为阿拉斯加雪松，5"x5" 和更大的尺寸，梁和纵梁选择结构性的。 材料属性如下：

• 参考受压设计值: F_c = 925 psi
• 最小弹性模量: E_最小= 440 ksi

柱调整系数

对于按照NDS 2018和ASD方法设计的木构件，必须在抗压设计值f_c基础上加上稳定性系数（或调整系数）。 由此最终得出调整后的抗压设计值 (F'_c )。 系数 F'_c通过下面的公式确定，并且很大程度上取决于表 4.3.1 中所列的调整系数 {%于#Refer [1]]]：
F'_c = F_c ⋅ C_D ⋅ C_M ⋅ C_t ⋅ C_F ⋅ C_i ⋅ C_P

下面确定各个调整系数：

C_D

使用荷载持续时间系数可以考虑荷载作用的不同阶段。 用 C_D考虑了雪、风和地震。 除了弹性模量（E），梁和柱稳定性弹性模量（E_min ）和横纹方向的压力（F_c ）外，基于 Sec 的所有参考设计值除外， 4.3.2 ]] #参见 [1]]] 。 C_D在这种情况下按照第 1 节设置为 1.00。 2.3.2 [1] 假设正常荷载作用持续时间为 10 年。

C_M

潮湿作用系数是对按照 5.15 节潮湿条件的锯材的设计值。 4.1.4 ]] #参见 [1]]] 。 在这种情况下，基于 Sec。 4.3.3 {%12#参照[1]]]，C_M取0.910。

C_t

温度系数是由杆件持续暴露在高达 150 华氏度的高温下控制的。 所有参考设计值都将乘以 C_t 。 根据表 2.3.3 [1]，对于所有参考设计值，C_t设置为 1.00，假设温度等于或小于 100 华氏度。

C_F

锯材的尺寸系数未将木材视为均质材料。 考虑柱子的尺寸和木材的类型。 在本例中，柱子的高度小于或等于 12 英寸。 柱子的尺寸参照表 4D，系数为 1.00。 在 24 节中可以找到这些信息。 4.3.6.2 {%!#Refer [1]]]。

C_i

该切削系数考虑了为抵抗腐烂和避免真菌生长而对木材进行的防腐处理。 在大多数情况下，这涉及到压力处理，但在某些情况下需要对木材进行切割，以增加化学品覆盖的表面积。 在本例中，我们假设木材是有切割的。 参见表 4.3.8{%于#参见 [1]]]，每个杆件属性必须乘以的系数的概述。

调整的弹性模量

必须同时调整弹性模量参考值（E 和 E_min ）。 调整的弹性模量（E' 和 E'_min ）根据表 4.3.1 确定{%于#请参阅 [1]]] ，切入系数 C_i根据表 4.3 等于 0.95 .8 [1]。
E' = E ⋅ C_M ⋅ C_t ⋅ C_i = 1140000 psi

E'_min = E_min ⋅ C_M ⋅ C_t ⋅ C_i = 418,000.00 psi

柱子稳定系数 (C_P )

计算柱子调整后的抗压设计值和抗压设计利用率时，需要指定柱子稳定性系数 (C_P )。 以下步骤将介绍计算 C_P所需的公式和数值。

用于计算 C_p的公式是 Eqn。在第 3.7.1.5 节中引用了 (3.7-1)。 顺纹方向受压设计值 (F_c ) 如下：
F'_c = F_c ⋅ C_D ⋅ C_M ⋅ C_t ⋅ C_F ⋅ C_i = 673.40 psi

下一个需要计算的值（3.7-1）是受压构件的临界屈曲设计值（F_cE ）。

计算长细比：

如果将长细比应用于 F_cE的计算公式中，则可以计算得出以下值：
F_cE = 1342.17 psi

最后一个需要的变量是 (c)，对于锯材，该值等于 0.8。 所有变量都可以应用于Eqn。并计算公式 3.7-1 中的 C_P 。

现在已经确定了表 4.3.1 中的所有调整系数 [1]。 由此可以计算出调整后的顺纹抗压设计值(F'_c )。
F'_c = F_c ⋅ C_D ⋅ C_M ⋅ C_t ⋅ C_F ⋅ C_i ⋅ C_p = 585.86 psi

柱子利用率

在这个例子中的最终目标是计算这个简单柱子的利用率。 由此可以确定，在给定的荷载下，杆件的尺寸是否合适，还是需要进一步优化。 在计算利用率时，需要调整后的顺纹抗压设计值(F'_c )和实际的顺纹压应力f_c 。 这种情况下，截面是对称的，所以 F'_c在 x 轴和 y 轴上是等效的。

实际压应力 f_c的计算方法如下：

调整的顺纹抗压设计值 (F'_c ) 和实际压应力 (f_c ) 用于计算设计利用率 (η)。 3.6.3.

在 RFEM 中的应用

除了 RFEM 中按照 2018 NDS 规范进行木结构设计或木结构设计外，附加模块 RF-TIMBER AWC 根据荷载准则和杆件承载力对截面进行单杆或多杆的优化设计。 适用于结构设计方法 LRFD 或 ASD 。 可以对上面在RF-TIMBER AWC 中对柱子进行建模和设计的结果进行比较。

2 RFEM 模型

在附加模块 RF-TIMBER AWC 的基本数据表中可以选择杆件、荷载条件和设计方法。 材料和截面由 RFEM 定义，荷载的持续时间设置为 10 年。 板件的湿度条件设为“潮湿”，并且温度等于或低于 100 华氏度。 弯扭屈曲的定义按照表 3.3.3 {%于#Refer [1]]]。 模块计算得出的顺纹实际压应力 (f_c ) 为 535.57 psi，调整的顺纹抗压设计值 (F'_c ) 为 583.66 psi。 由这些值可以得出，设计利用率 (η) 为 0.92，与上述手算一致。

3 附加模块 RF-TIMBER AWC