木结构柱设计按照NDS 2018使用RF-/TIMBER AWC
技术文章
在本文中,附加模块RF-/TIMBER AWC验证了由2x4尺寸Lumber(锯材)承受双轴受弯和集中受压的柱子的适应性。 杆件属性和荷载是根据AWC 2015/2018木结构设计示例E1.8得出的。
该杆件为南方松木2号,名义尺寸为2x4(1.5英寸x 3.5英寸),长3英尺,用作桁架杆件。 只在杆件两端提供侧向支撑。 另外,自重,雪荷载,雪荷载,风荷载也分别作用在柱子的上,中点,如下所示。
如果在程序中选择了合适的截面和材料,杆件属性就会显示出来。
NDS 2018中表4.3.1中ASD设计的调整系数
将参考设计值(F b ,Fc和Emin )乘以相关的调整系数,得出调整后的设计值。 这些系数在表4.3.1 [1]中给出。 ASD设计中有11种不同的调整系数。 在NDS示例[2]中,许多这样的系数都等于1.0。 但是,以下内容简要说明RF-/TIMBER AWC如何考虑各个因素。
程序计算的系数
Cl ... 梁稳定性系数。 这取决于在3.3.3 [1]中描述的杆件几何形状和侧向支撑。 该系数在RF-/TIMBER中自动计算。 (注意: 用户在RF-/TIMBER AWC的“ 1.7有效长度”模块窗口中定义了计算CL的有效长度le。 该选项“ Acc。 至表3.3.3“必须与相应的荷载工况一起选择”。 下图显示了适用于该示例的荷载工况。
C[F7] ... 尺寸系数。 根据4.3.6 [1]中杆件的高度和厚度设置。 该系数在RF-/TIMBER AWC中自动确定。
Cfu ... 平面系数。 根据章节4.3.7 [1]设置的考虑杆件短轴的弯曲。 该系数在RF-/TIMBER AWC中自动计算。
CP ... 柱子稳定性系数。 这取决于几何形状,杆件端部的约束条件和杆件的侧向支撑,如第3.7.1 [1]节中所述。 如果压杆在其整个长度上被完全支撑,则CP = 1.0。 在RF-/TIMBER AWC中自动对该长轴和弱轴方向的该系数进行计算。
用户自定义系数
CD ... 荷载作用持续时间的系数。 根据第4.3.2节[1] ,它根据荷载工况考虑不同的荷载时间例如自荷载,雪荷载和风荷载。 RFEM中选择“ ASCE 7-16 NDS(木)”作为标准激活了“荷载工况”对话框中的“作用持续时间”选项。 荷载持续时间类别(永久,十年等)的默认设置是基于荷载工况的“作用类别”。 可以由用户在RFEM或RF-/TIMBER AWC中进行调整。 程序选择的取值基于表2.3.2 [1] 。
CM ... 湿度系数。 根据章节4.1.4 [1]考虑到杆件的湿度条件。 在RF-/TIMBER AWC中的“湿度条件”列中选择“湿”或“干”。
Ct ... 温度系数。 它按照2.3.3 [1]中的规定考虑了杆件承受的最高温度为100、100至125°F和125至150°F。 在RF-/TIMBER AWC的“气候条件”部分中可以选择三个温度范围。 程序选择的取值基于表2.3.3 [1] 。
Ci ... 射孔系数。 它考虑了由杆件小切口引起的面积损失,该损失在进行防腐处理时发生,如第4.3.8 [1]节中所述。 在RF-/TIMBER AWC中的“附加设计参数”部分中可以选择“非穿孔”或“穿孔”选项。
Cr ... 重复系数 该参数用于当多个杆件共同作用按照章节4.3.9 [1]中的规定正确分配荷载时使用。 Ct = 1.15,对于满足紧密间距和通过护套等连接准则的杆件。 在RF-/TIMBER AWC中的“附加设计参数”部分中选择“不重复”或“重复”。
提示: 如有需要,用户自定义调整因子的基于标准的值可以通过“标准”选项进行更改。
系数排除在外
CT ... 屈曲的刚度系数 按照4.4.2 [1]中的规定考虑层压板覆层对受压桁架弦屈曲强度的影响。 该系数用于增加杆件的Emin 。 CT可以通过公式4.4-1 [1]手动计算或保守地设为1.0。
CB ... 支座截面系数 根据3.10.4 [1]中的规定,可以增大对垂直于晶粒方向的集中荷载的抗压设计值(Fcp )。 Cb可以通过公式3.10-2 [1]手动计算或保守地取为1.0。
柱子中的实际应力
在本示例中,荷载组合简化为CO1: DL + SL + WL。
来自自重和雪荷载的压应力,fc = 171 psi
风荷载作用下的长轴弯曲应力fbx = fb1 = 353 psi
自重和雪荷载引起的弱轴弯曲应力,fby = fb2 = 1.029 psi
根据NDS 2018表4.3.1 ASD方法计算调整后的设计值
压杆截面屈曲临界设计值F cEx
[F12] F cEx | 压杆件临界屈曲临界设计值,psi |
Emin' | = E分钟⋅CM⋅(CT)⋅CI = 510000磅 |
le1 | 有效长度= 36.0 in |
[SCHOOLTRAINING.NUMBEROFSTUDENTS]1 | 杆件高度= 3.5 in |
短轴受压杆件临界屈曲屈曲设计值F cEy
[F12] F | 短轴受压杆件临界设计屈曲,psi |
Emin' | = E分钟⋅CM⋅(CT)⋅CI = 510000磅 |
le2 | 有效长度= 36.0 in |
d2 | 杆件厚度= 1.5 in |
调整后的纹理方向抗荷载设计值Fc'
[F7]c' | 调整纵向方向抗压验算值psi |
Fc | 方向纹理设计参考值psi |
CD | 荷载作用持续时间系数 |
CM | 潮湿系数 |
Ct | 温度系数 |
CF | 尺寸系数 |
Ci | 切入系数 |
CP | 柱子稳定系数 |
弯曲杆件屈曲临界设计值F bE
FbE | 抗弯构件屈曲临界设计值psi |
Emin' | = E分钟⋅CM⋅(CT)⋅CI = 510000磅 |
RB | 长细比= 9.65 <50(NDS公式3.3-5) |
调整长轴抗弯设计值Fbx'
[F7]bx' | 调整长轴弯曲设计值psi |
Fb | 折弯参照设计值psi |
CD | 荷载作用持续时间系数 |
CM | 潮湿系数 |
CL | 梁稳定性系数 |
Ct | 温度系数 |
CF | 尺寸系数 |
Ci | 切入系数 |
Cr | 杆件均布作用系数 |
调整了短轴弯曲的设计值F,
[F7]by' | 调整轴偏移量psi的调整值 |
Fb | 折弯参照设计值psi |
CD | 荷载作用持续时间系数 |
CM | 潮湿系数 |
CL | 梁稳定性系数 |
Ct | 温度系数 |
Cfu | 平整系数 |
CF | 尺寸系数 |
Ci | 切入系数 |
Cr | 杆件均布作用系数 |
双轴弯曲和中心压力的组合使用
通过在NDS公式3.9-3 [1]中插入上面显示的实际应力和设计极限,得出最终设计比。
fc | 自重和雪荷载产生的压应力 |
[F7]c' | 调整粒方向的抗压验算值 |
[F12]bx | 风荷载作用下长轴弯曲应力 |
[F7]bx' | 调整了主轴弯曲的设计值 |
[F12] F cEx | 主轴受压承载力的临界设计值。 |
[F12]by | 由自重和雪荷载引起的弱轴弯曲应力 |
[F7]by' | 调整了短轴弯曲的设计值 |
[F12] F | 短轴方向受压构件屈曲临界设计值 |
FbE | 弯曲杆件屈曲临界设计值 |
和NDS公式3.9-4 [1]
fc | 自重和雪荷载产生的压应力 |
[F12] F | 短轴方向受压构件屈曲临界设计值 |
[F12]bx | 风荷载作用下长轴弯曲应力 |
FbE | 弯曲杆件屈曲临界设计值 |
结果输出到RF-/TIMBER AWC
您可以将手动分析方法中的各个调整系数和调整后的设计值与RF-/TIMBER AWC中的结果摘要进行比较。 如图所示,结果相同。 最终的最终利用率0.98是根据一阶几何线性分析和计算方法计算得出。 请注意,RFEM中荷载组合的默认设置为二阶理论。 得出的比例为1.03。 用户可以在“计算参数”中选择最适合该结构的方法。
作者

Cisca Tjoa, PE
技术支持工程师
Cisca 负责北美市场的客户技术支持和程序的持续开发。
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