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2021-06-14

木结构梁柱设计按照 NDS 2018 使用 RF-/TIMBER AWC 模块

在本文中,使用附加模块 RF-/TIMBER AWC 验证了一个 2x4 尺寸的木材在承受双轴受弯和轴压组合作用的充分性。 梁柱属性和荷载基于 AWC 2015/2018 中木结构设计实例 E1.8 计算得出。

该杆件是一棵南方二号松木,名义尺寸为 2x4,长 3 英尺,用作桁架杆件。 侧向支座只在杆件端部提供,并且被认为是销接的。 如下图所示,在梁柱的顶部和中点施加恒荷载 (DL)、雪荷载 (SL) 和风荷载 (WL)。

在程序中选择合适的截面和材料后,将显示杆件属性。

ASD 设计的调整系数见 NDS 2018 表 4.3.1

参考设计值(Fb 、Fc和 Emin )乘以适用的调整系数,以确定调整后的设计值。 对于锯材,这些系数见表 4.3.1 [1] 。 ASD 设计有 11 种不同的调整系数。 在 NDS 示例[2]中,其中许多系数等于 1.0。 下面将简要介绍 RF-/TIMBER AWC 如何计算每个系数。

程序计算的系数

Cl ... 梁稳定性系数。 它取决于部分 3.3.3 [1]中所述的杆件的几何形状和侧向支撑。 该系数在 RF-/TIMBER 中自动计算。 (注: 用于计算 CL的有效长度 le 由用户在 RF-/TIMBER AWC 的“有效长度”部分中定义。 选项“ACC. 必须选择相应的荷载工况(见表 3.3.3")。

C[F7] ... 尺寸系数。 它取决于部分 4.3.6 [1]中指定的杆件高度和厚度。 该系数在 RF-/TIMBER AWC 中自动确定。

Cfu ... 单位面积利用率。 它考虑了第 4.3.7 节[1]中规定的杆件的弱轴弯曲。 该系数在 RF-/TIMBER AWC 中自动计算。

CP ... 柱的稳定性系数。 它取决于部分 3.7.1 [1]中描述的几何形状、端部固定条件和杆件的侧向支撑。 当受压构件在其整个长度上被完全支撑时,CP = 1.0。 在 RF-/TIMBER AWC 中会自动计算强轴和弱轴的该系数。

由用户输入定义的系数

CD ... 荷载工期系数。 根据第 4.3.2 节[1]介绍的荷载工况,例如静荷载、雪荷载和风荷载等各种荷载工期。 在 RFEM 中选择“ASCE 7-16 NDS(木结构)”作为标准可以激活荷载工况对话框中的荷载持续时间选项。 荷载持续时间等级(永久、十年等)的默认设置是基于荷载工况的“作用类别”。 用户可以在 RFEM 或 RF-/TIMBER AWC 中调整该设置。 程序选择的值基于表 2.3.2 [1]

CM ... 潮湿使用系数。 它考虑了杆件的含水率使用条件,如第 4.1.4 节[1]中所述。 用户可以在 RF-/TIMBER AWC 的“使用条件”部分选择“湿式”或“干式”。

Ct ... 温度系数。 如第 2.3.3 节[1]中所述,它考虑了暴露于高达 100 华氏度、100 到 125 和 125 到 150 的高温。 用户可以在 RF-/TIMBER AWC 的“使用条件”部分中选择三个温度范围。 程序选择的取值依据[1]中的表 2.3.3 。

Ci ... 切入系数。 如第 4.3.8 节[1]所述,它考虑了在杆件上进行防腐处理以防止腐烂的小切口面积的损失。 用户可以在 RF-/TIMBER AWC 的“附加设计参数”部分选择“非切边”或“切边”。

Cr ... 重复杆件系数。 当多个杆件共同作用以在它们之间正确分配荷载时使用,如第 4.3.9 节[1]中所述。 Cr = 1.15,对于满足采用板件或等效结构紧密布置的杆件。 用户可以在 RF-/TIMBER AWC 的“附加设计参数”部分选择“不重复”或“重复”。

备注: 如果需要,可以在“标准”选项中更改用户输入的调整系数的基于代码的值。

程序中不包含的系数

CT ... 屈曲刚度系数。 它考虑了胶合板覆盖件对受压桁架弦杆屈曲承载力的贡献,如第 4.4.2 节[1]中所述。 该系数用于增加杆件的 Emin 。 CT可以按照公式 4.4-1 [1]手动计算,或保守地取 1.0。

CB ... 支座面积系数。 它用于增加按第 3.10.4 节[1]中规定的垂直于纹理的集中荷载的受压设计值 (Fcp )。 Cb可以按照公式 3.10-2 [1]手动计算,也可以保守地取 1.0。

梁-柱中的实际应力

在本例中,荷载组合简化为 CO1: DL + SL + WL。

来自恒荷载和雪荷载的压应力,fc = 171 psi

风荷载产生的强轴弯曲应力,fbx = fb1 = 353 psi

恒荷载和雪荷载产生的弱轴弯曲应力,fby = fb2 = 1,029 psi

按照 NDS 2018 表 4.3.1 ASD 法确定调整设计值

受压杆件在强轴上的临界屈曲设计值,FcEx

受压构件在弱轴上的临界屈曲设计值 FcEy

平行于纹理的抗压设计值调整 Fc'

受弯杆件的屈曲临界设计值 FbE

调整的强轴受弯设计值, Fbx'

调整的弱轴抗弯设计值, Fby'

双轴弯轴受压组合设计利用率

将上面给出的实际应力和极限设计值代入 NDS 公式 3.9-3 [1] ,最终设计比值如下所示。

并且 NDS 公式 3.9-4 [1] ,

结果在 RF-/TIMBER AWC

用户可以在 RF-/TIMBER AWC 中将手工计算得出的每个调整系数和调整后的设计值与结果汇总进行比较。 如图所示,结果是相同的。 控制的最终设计比率= 0.98是基于几何线性分析(1)的计算方法。 请记住,在 RFEM 中荷载组合的默认设置是二阶分析。 这将导致设计比 = 1.03 稍大。 用户可以在“计算参数”中选择最适合结构的方法。


作者

Cisca 负责北美市场的客户技术支持和持续的程序开发。

链接
参考
  1. National Design Specification (NDS) for Wood Construction 2018 Edition
  2. Structural Wood Design Examples (in Englisch)