RFEM 6 中的 2018 NDS 木柱柱设计

将设计一根 10 英尺、公称 8 英寸 ⋅ 8 英寸的 Alaska Cedar Select 结构柱，轴向荷载为 30.00 kips。 该分析的目的是确定调整后的柱的受压系数和调整的受压设计值。 假定杆件两端为正荷载，并且杆件两端有销钉支撑。 在本例中对荷载准则进行了简化。 法向荷载准则见第 3 章。 1.4.4 [1]. 在图 01 和图 02 中分别显示了柱的简单属性和截面属性。

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木柱模型

截面属性

柱属性

在这个例子中使用的横截面是一个 8 英寸见方的柱子。 木柱的截面属性如下图所示：

b = 7.50 in, d = 7.50 in, L = 10.00 ft

总截面积:

A_g = b ⋅ d = 7.50 in ⋅ 7.50 in = 56.25 in²

截面模量:

转动惯量：

使用的材料是“Alaska Cedar, 5"x5" and Largerer, Beam and Stringer, Select Structural”。 材料属性如下：

参考抗压设计值：

F_c = 925 psi

最小弹性模量:

E_最小值= 440 ksi

柱调整系数

对于按照 2018 NDS 规范和 ASD 方法进行的设计，抗压设计值 (f_c ) 必须应用稳定性系数（或调整系数）。 这将最终提供调整后的抗压设计值 (F'_c )。 系数 F'_c由以下公式计算，高度依赖于表 4.3.1 [1] 中列出的调整系数：

F'_c = F_c ⋅ C_D ⋅ C_M ⋅ C_t ⋅ C_f ⋅ C_i ⋅ C_P

下面确定每个调整系数：

C_D - 考虑不同的荷载作用周期，使用荷载持续时间系数。 C_D考虑了雪、风和地震。 除了弹性模量 (E)、梁和柱稳定性的弹性模量 (E_min ) 以及垂直于晶粒的压力 (F_c )（基于第 10 章）外，该系数必须乘以所有参考设计值。 4.3.2 [1]。 C_D在这种情况下按秒设置为 1.00。 2.3.2 [1] 假设荷载持续时间为 10 年。

C_M - 潮湿使用系数参考了锯材结构的设计值，该值基于在第 3 章中规定的潮湿使用条件。 4.1.4 [1]。 在这种情况下，基于秒。 4.3.3 [1]中，C_M取值为0.910。

C_t - 温度系数由杆件在高达 150 华氏度的高温环境中的持续作用控制。 所有参考设计值都将乘以 Ct。 利用表 2.3.3 [1]，假设温度等于或小于 100 华氏度，对于所有参考设计值，C_t设置为 1.00。

C_F - 锯材的尺寸系数不考虑木材作为均质材料。 考虑到柱子的尺寸和木材的类型。 在本例中，我们的柱子的高度小于或等于 12 英寸。 参照表 4D，根据柱的大小，使用系数 1.00。 该信息可以在第二节中找到。 4.3.6.2 [1]。

C_i - 切入系数考虑木材防腐处理和防止真菌生长。 大多数情况下，这涉及压力处理，但在某些情况下需要对木材进行切割，以增加化学覆盖的表面积。 在本例中，我们假设木材是切割的。 杆件属性的乘积系数见表 4.3.8 [1]。

调整后的弹性模量

还必须调整参考弹性模量值（E 和 E_min ）。 调整后的弹性模量（E' 和 E'_min ）由表 4.3.1 [1] 确定，内切系数 C_i等于 0.95，由表 4.3.8 [1] 确定。

E' = E ⋅ C_M ⋅ C_t ⋅ C_i = 1,140,000.00 psi

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

柱稳定系数 (C_P )
在计算柱的抗压设计调整值和抗压设计利用率时，需要使用柱稳定系数 (C_P )。 以下步骤将包括计算 C_P所需的方程和数值。

C_P的计算公式为：式（3.7-1）详见 3.7.1.5。 平行于晶粒的受压设计参考值 (F_c ) 计算如下：

F'_c = F_c ⋅ C_D ⋅ C_M ⋅ C_t ⋅ C_F ⋅ C_i = 673.40 psi

下一个需要在公式中计算的值。 (3.7-1) 是受压构件的屈曲临界设计值 (F_cE )。

长细比的计算公式如下：

将长细比应用于公式 F_cE并计算以下值：

F_cE = 1342.17 psi

最后需要的变量是 (c)，对于锯材等于 0.8。 所有变量都可以应用于公式。对于 C_P ，计算公式 (3.7-1) 并计算以下值。

现在，所有调整系数都由表 4.3.1 [1] 确定。 因此，可以计算调整的平行于纹理的抗压设计值(F'_c )。

F'_c = F_c ⋅ C_D ⋅ C_M ⋅ C_t ⋅ C_F ⋅ C_i ⋅ C_P = 583.602 psi

柱设计利用率

本例的最终目的是获得该简单柱的设计比率。 这将决定在给定荷载下杆件尺寸是否足够，或者是否需要进一步优化。 计算承载力比值时需要调整的绕两个轴平行于晶粒的抗压设计值 (F'_c ) 和平行于晶粒的实际压应力 (f_c )。 在这种情况下，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 ) 按下式计算：

平行于晶粒的抗压设计值(F'_c )和实际压应力(f_c )被用于计算设计比值(η)，按照规范计算。 3.6.3.

RFEM 6 验算

当在 RFEM 6 中按照 2018 NDS 标准设计木材时，木结构设计模块会根据单个或一组杆件的荷载规范和杆件承载力分析和优化截面。 这适用于 LRFD 或 ASD 设计方法。 下面对解析示例和 RFEM 6 的计算结果进行比较和验证。

在杆件中可以对有效长度、使用条件、设计配置和设计支座等设计属性进行调整。 材料和截面也在这里定义。 湿度使用条件设置为潮湿，并且温度等于或小于 100 华氏度。 弯扭屈曲的定义见表 3.3.3 [1]。 材料设置为“用户定义”，并被视为“切割”。

调整的平行于纹理的抗压设计值：

F'_c = 1.000

设计比率:

η = 1.000

RFEM 6 - 木结构设计结果