使用 RF-/TIMBER AWC 模块根据 NDS 2018 进行木梁柱设计

该构件为南方松二号，名义尺寸为2x4，长3英尺，用作桁架构件。侧向支撑仅在构件两端提供，并被视为铰接。恒载（DL）、雪载（SL）和风载（WL）作用于梁柱的顶部和中点，如下所示。

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木梁柱

选择合适的截面和材料后，程序中将显示构件的属性。

锯材2x4的截面属性

南部松木的材料属性

NDS 2018 表4.3.1中的ASD设计调整系数

参考设计值（F_b、F_c和E_min）通过适用的调整系数相乘以确定调整后的设计值。对于锯材，这些系数可在表4.3.1中找到[1]。ASD设计存在十一种不同的调整系数。在NDS示例中，许多这些系数等于1.0[2]。然而，以下简要描述了RF-/TIMBER AWC如何处理每个系数。

程序自动计算的系数

C_L – 梁稳定系数

取决于构件的几何形状和侧向支撑，如第3.3.3节所述[1]。该系数在RF-/TIMBER中自动计算。

注意: 用于计算C_L 的有效长度le由用户在RF-/TIMBER AWC的“有效长度”部分中定义。必须选择带有适当载荷情况的“根据表3.3.3”选项。

下图显示了本示例的适用载荷情况。

有效长度CL系数

C_F – 尺寸系数

取决于构件深度和厚度，如第4.3.6节所述[1]。此系数在RF-/TIMBER AWC中自动确定。

C_fu – 平面使用系数

考虑了构件的弱轴弯曲，如第4.3.7节所述[1]。此系数在RF-/TIMBER AWC中自动计算。

C_P – 柱稳定系数

取决于构件的几何形状、端部固定条件和侧向支撑，如第3.7.1节所述[1]。当压缩构件在其长度上完全支撑时，C_P=1.0。此系数在RF-/TIMBER AWC中自动计算用于强轴和弱轴方向。

用户输入定义的系数

C_D – 载荷持续时间系数

基于负载情况，如恒载、雪载和风载，考虑各种加载期限，如第4.3.2节所述[1]。在RFEM中选择“ASCE 7-16 NDS（木材）”作为标准，将激活负载持续时间选项。在载荷工况对话框中，“动作类别”定义了负载持续时间类别（永久、十年等）的默认设置。用户可以在RFEM或RF-/TIMBER AWC中调整此设置。程序选择的值基于表2.3.2[1]。

C_M – 湿度系数

根据第4.1.4节所述的构件湿度服务条件[1]。用户可以在RF-/TIMBER AWC的“在服务条件”部分中选择“湿”或“干”。

C_t – 温度系数

考虑到暴露在高温环境下（高达100华氏度、100到125、125到150）的情况，如第2.3.3节所述[1]。用户可以在RF-/TIMBER AWC的“在服务条件”部分中选择三个温度范围中的一个。程序选择的值基于表2.3.3[1]。

C_i – 镶嵌系数

考虑到为接收防腐剂而在构件上进行的小镶嵌造成的面积损失，如第4.3.8节所述[1]。用户可以在RF-/TIMBER AWC的“额外设计参数”部分中选择“未镶嵌”或“镶嵌”。

C_r – 重复构件系数

如第4.3.9节所述[1]，用于多重构件共同承载以正确分配载荷。满足紧密间隔且通过面板或等效物连接的构件，C_r=1.15。用户可以在RF-/TIMBER AWC的“额外设计参数”部分中选择“非重复”或“重复”。

注意：如果需要，可以在“标准”选项中更改用户输入调整系数的基于代码的值。

调整系数选项

在程序中排除的系数

C_T – 屈曲刚度系数

考虑了胶合板面板对压缩桁架弦屈曲阻力的贡献，如第4.4.2节所述[1]。此系数用于增加构件的E_min。C_T可以根据公式4.4-1[1]手动计算，也可以保守地取为1.0。

C_b – 轴承面积系数

根据载荷垂直于纹理施加的情况用于增加压缩设计值（F_cp），如第3.10.4节所述[1]。C_b可以根据公式3.10-2[1]手动计算，也可以保守地取为1.0。

梁柱的实际应力

在此示例中，载荷组合已简化为CO1: DL + SL + WL。

• 来自恒载和雪载的压应力，f_c = 171 psi
• 来自主轴风载的弯曲应力，f_bx = f_b1 = 353 psi
• 来自恒载和雪载的辅轴弯曲应力，f_by = f_b2 = 1,029 psi

根据NDS 2018表4.3.1 ASD方法确定调整后的设计值

• 强轴压缩构件的临界屈曲设计值，F_cEx:
  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{cEx}} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{cE}1} = \frac{0.822 · {\mathrm{E}}_{\min }\text{'}}{{\left[{\displaystyle \frac{{\mathrm{l}}_{\mathrm{e}1}}{{\mathrm{d}}_1}}\right]}^2}$$

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{cEx}} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{cE}1} = \frac{0.822 · 510,000 \mathrm{psi}}{{\left[{\displaystyle \frac{36.0 \mathrm{in}}{3.5 \mathrm{in}}}\right]}^2}$$

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{cEx}} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{cE}1} = 3,963 \mathrm{psi}$$

  FcEx	Critical buckling design value for the compression member in the major axis, psi
  Emin'	= Emin ⋅ CM ⋅ CT ⋅ Ci = 510,000 psi
  le1	Effective length = 36.0 in
  d1	Member depth = 3.5 in

  受压杆件强轴临界屈曲设计值 FcEx
• 弱轴压缩构件的临界屈曲设计值，F_cEy:
  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{cEy}} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{cE}2} = \frac{0.822 · {\mathrm{E}}_{\min }\text{'}}{{\left[{\displaystyle \frac{{\mathrm{l}}_{\mathrm{e}2}}{{\mathrm{d}}_2}}\right]}^2}$$

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{cEy}} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{cE}2} = \frac{0.822 · 510,000 \mathrm{psi}}{{\left[{\displaystyle \frac{36.0 \mathrm{in}}{1.5 \mathrm{in}}}\right]}^2}$$

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{cEy}} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{cE}2} = 728 \mathrm{psi}$$

  FcEy	Critical buckling design value for the compression member in the minor axis, psi
  Emin'	= Emin ⋅ CM ⋅ CT ⋅ Ci = 510,000 psi
  le2	Effective length = 36.0 in
  d2	Member thickness = 1.5 in

  受压杆件弱轴临界屈曲设计值, FcEy
• 平行于纹理的调整压缩设计值，F_c':
  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{c}}\text{'} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{cy}}\text{'} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{c}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{D}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{M}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{t}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{F}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{i}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{P}}$$

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{c}}\text{'} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{cy}}\text{'} = 1,450 \mathrm{psi} · 1.6 · 1.0 · 1.0 · 1.0 · 1.0 · 0.29$$

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{c}}\text{'} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{cy}}\text{'} = 673 \mathrm{psi}$$

  Fc'	Adjusted compressive design value parallel to the grain, psi
  Fc	Reference compressive design values parallel to the grain, psi
  CD	Load duration factor
  CM	Wet service factor
  Ct	Temperature factor
  CF	Size factor
  Ci	Incising factor
  CP	Column stability factor

  调整后的竖向抗压设计值Fc'
• 弯曲构件的临界屈曲设计值，F_bE:
  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{bE}} = \frac{1.20 · {\mathrm{E}}_{\min }\text{'}}{{{\mathrm{R}}_{\mathrm{B}}}^2}$$

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{bE}} = \frac{1.20 · 510,000 \mathrm{psi}}{{9.65}^2}$$

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{bE}} = 6,577 \mathrm{psi}$$

  FbE	Critical buckling design value for the bending member, psi
  Emin'	= Emin ⋅ CM ⋅ CT ⋅ Ci = 510,000 psi
  RB	Slenderness ratio = 9.65 < 50 (NDS Equation 3.3-5)

  弯曲杆件屈曲临界设计值FbE
• 调整后的强轴弯曲设计值，F_bx':
  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{bx}}\text{'}= {\mathrm{F}}_{\mathrm{b}1} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{b}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{D}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{M}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{L}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{t}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{F}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{i}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{r}}$$

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{bx}}\text{'}= {\mathrm{F}}_{\mathrm{b}1} = 1,100 \mathrm{psi} · 1.6 · 1.0 · 0.982 · 1.0 · 1.0 · 1.0 · 1.0$$

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{bx}}\text{'}= {\mathrm{F}}_{\mathrm{b}1} = 1,729 \mathrm{psi}$$

  Fbx'	Adjusted major axis bending design value, psi
  Fb	Reference bending design value, psi
  CD	Load duration factor
  CM	Wet service factor
  CL	Beam stability factor
  Ct	Temperature factor
  CF	Size factor
  Ci	Incising factor
  Cr	Repetitive member factor

  调整的强轴弯矩设计值 Fbx'
• 调整后的弱轴弯曲设计值，F_by':
  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{by}}\text{'} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{b}2} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{b}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{D}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{M}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{L}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{t}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{fu}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{F}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{i}} · {\mathrm{C}}_{\mathrm{r}}$$

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{by}}\text{'} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{b}2} = 1,100 \mathrm{psi} · 1.6 · 1.0 · 1.0 · 1.0 · 1.1 · 1.0 · 1.0 · 1.0$$

  $${\mathrm{F}}_{\mathrm{by}}\text{'} = {\mathrm{F}}_{\mathrm{b}2} = 1,936 \mathrm{psi}$$

  Fby'	Adjusted minor axis bending design value, psi
  Fb	Reference bending design value, psi
  CD	Load duration factor
  CM	Wet service factor
  CL	Beam stability factor
  Ct	Temperature factor
  Cfu	Flat use factor
  CF	Size factor
  Ci	Incising factor
  Cr	Repetitive member factor

  ' 调整的弱轴弯矩设计值 Fby'
• 组合双轴弯曲和轴向压缩设计比

将实际应力和上述限制设计值代入NDS方程3.9-3[1]，最终设计比例如下所示。

以及NDS方程3.9-4[1]，

RF-/TIMBER AWC中的结果

用户可以将每个调整系数和调整设计值从分析手工计算方法与RF-/TIMBER AWC中的结果摘要进行比较。如所示，结果是相同的。控制的最终设计比例=0.98基于几何线性分析（1^st 度）计算方法。请记住，RFEM中载荷组合的默认设置为二阶分析。这将导致设计比例略大=1.03。用户可以选择“计算参数”中列出的哪个方法最适合该结构。

设计利用率

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木结构梁柱