Der folgende Leitfaden zum Unterschied zwischen LRFD und ASD behandelt die folgenden Themen:
- Was sind LRFD- und ASD-Methoden?
- Festigkeit vs. Gebrauchstauglichkeit
- Unterschied zwischen LRFD und ASD:
Was ist LRFD und ASD??
Einfach gesagt, ASD prüft auf zulässige Spannungen und ist älter, eher traditioneller Designprozess; wohingegen LRFD tendenziell eine modernere Methode ist, Berücksichtigung faktorisierter Belastungskräfte und deren Vergleich mit einer maximalen Festigkeit.
ASD und LRFD sind Methoden oder Philosophien, die einen allgemeinen Arbeitsablauf für die Konstruktion von Strukturelementen bereitstellen. Die Gestaltung von Bauteilen dient dem Schutz der öffentlichen Gesundheit, Sicherheit, und allgemeines Wohlergehen der Bewohner der Struktur und der Struktur selbst. Dieses Ziel wird erreicht, wenn Elemente in der Struktur so proportioniert sind, dass, unter bestimmten Belastungen, sie erreichen keinen Grenzzustand.
Last- und Widerstandsfaktor-Design (LRFD)
Einerseits, LRFD steht für Load and Resistance Factor Design. Kurz gesagt, Es besteht darin, Strukturelemente unter Verwendung einiger Faktoren zu dosieren, um ihren Widerstand so zu reduzieren, dass kein anwendbarer Grenzzustand erreicht wird, wenn die Struktur einigen ausgesetzt ist entsprechende LRFD-Lastkombinationen. Diese Lastkombinationen ergeben sich aus der tatsächlichen Faktorisierung (nominell) Belastungen durch andere Faktoren, um die Belastungsbedingungen des endgültigen Zustands zu erhalten. Bei der Konstruktion von Stahl- und Holzkonstruktionen, der Begriff “LRFD” wird verwendet, um auf diese Methode zu verweisen, jedoch, für die Bemessung von Beton- und Mauerwerkskonstruktionen der Begriff “Stärke-Design” wird bevorzugt, wenn auf dieses Verfahren Bezug genommen wird.
Zulässiges Festigkeitsdesign (ASD)
Andererseits, ASD steht für Allowable Stress Design (Wird manchmal auch als Permissible Stress Design bezeichnet). Zusammenfassend, Es besteht aus der Proportionierung von Strukturelementen, so dass elastisch berechnete Spannungen in der Analysephase unter Nennlasten eine bestimmte zulässige Spannung nicht überschreiten. Diese Methode ist auch bekannt als “Arbeitsspannung”. Nennlasten, unter denen die elastischen Spannungen berechnet werden, kommen aus der ASD-Lastkombinationen.
Was ist der Unterschied zwischen Gebrauchstauglichkeit und Festigkeit??
Es gibt zwei Arten von Grenzzuständen; Gebrauchstauglichkeit und Festigkeit. Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit ist erreicht, wenn die Struktur für ihre beabsichtigte Funktion als nicht brauchbar beurteilt wird, dies ist normalerweise mit Durchbiegungs- oder Verschiebungsgrenzen verbunden. Die AISC-Definition von Gebrauchstauglichkeit lautet „ein Zustand in welche die Funktion eines Buildsing, sein Aussehen, pflegenFähigkeit, Haltbarkeit, und Komfort seiner Bewohner sind unter noch erhaltenmal Verwendung." Grenzzustand der Festigkeit wird erreicht, wenn die Struktur unsicher wird, vor dem endgültigen Zusammenbruch, wenn die Materialfestigkeit überschritten wird.
Im Allgemeinen, Wartungsfreundlichkeit sollte erfüllt sein wohingegen Kraftgrenzen gewährleisten Sicherheit der Struktur und müssen erfüllt sein. Eine gute Möglichkeit, dies zu betrachten, ist das Ergebnis oder die Auswirkung der Überschreitung dieser Grenzzustände? Wenn die Stärkegrenzen erreicht sind, die Struktur wird wahrscheinlich einige schwerwiegende Folgen wie Knicken erfahren, Instabilität, Nachgeben oder Totalausfall. Wenn Wartungsprobleme überschritten werden, diese betreffen in der Regel die Menschen und die Nutzung des Gebäudes, zum Beispiel können sich die Insassen unbehaglich fühlenfortable, wenn es übermäßige Verformung gibtrungen oder Vibrationen im Gebäude. Dies soll nicht den Schweregrad oder die Ernsthaftigkeit der Erfüllung von Gebrauchstauglichkeitsprüfungen schmälern, da diese in der Regel vertraglich vorgeschrieben sind, beeinträchtigen die Gebäudenutzung und sind im Schadensfall extrem teuer zu beheben.
Hauptunterschiede zwischen ASD und LRFD
Lastkombinationen
Bei Verwendung von ASD, Die Lastkombinationsfaktoren erhöhen nicht den Wert der kombinierten Betriebslasten, sondern stellen tatsächliche Betriebslasten dar. Die meisten Kombinationen in ASD beinhalten Totlasten mit einem Einheitsfaktor, und in Kombination mit dynamischen Lasten wie Wind, Schnee, und Erdbeben, letztere werden mit einer Zahl kleiner als eins multipliziert, Berücksichtigung eines Gleichgewichts zwischen der Wahrscheinlichkeit der Natur, Wirtschaft, und Sicherheit. Für mehr Informationen, Überprüf den Artikel ASD-Lastkombinationen.
Im Gegensatz, Lastkombinationen in LRFD erhöhen die Werte der Gebrauchslasten, Verwenden von Faktoren größer als eins in den meisten Kombinationen. Diese Faktoren erklären die Unsicherheit über dynamische Lasten, und die Möglichkeit, die erwarteten statischen Belastungen während des Lebenszyklus der Struktur zu überschreiten. Für mehr Informationen, Überprüf den Artikel LRFD-Lastkombinationen.
Staatliche Ungleichheiten begrenzen
Für ASD, Die Grenzzustandsungleichung wird ausgedrückt als:
\(R_a leq frac{R_n}{\Omega}\)
Wo \(R_a), ist die erforderliche Festigkeit basierend auf den aufgebrachten Lasten gemäß der ASD-Lastkombinationen. \(R_n\) ist die vom geprüften Stab gelieferte Nennfestigkeit, sowie \(\Omega\) ist der Sicherheitsfaktor. Der rechte Bruch entspricht dem zulässige Stärke, Dies ist die Obergrenze, die dem Strukturmaterial theoretisch auferlegt wird.
Für LRF, die Grenzzustandsungleichung sieht so aus:
\(R_a leq phi cdot R_n)
Wo \(R_a), ist die erforderliche Festigkeit basierend auf den aufgebrachten Lasten gemäß der LRFD-Lastkombinationen. \(R_n\) ist die vom geprüften Stab gelieferte Nennfestigkeit, sowie \(\Phi) ist der Widerstandsfaktor das variiert je nach zu prüfendem Grenzzustand. Der rechte Bruch entspricht dem Gestaltungsstärke, Dies ist die Obergrenze, die dem Strukturmaterial theoretisch auferlegt wird.
Verfügbare Stärke
Bei ASD, die verfügbare Stärke wird als zulässige Stärke bezeichnet, während es in LRFD als Designstärke bezeichnet wird. In den Grenzzustandsungleichungen, es ist der Begriff auf der rechten Seite. Grafisch, in einer generischen Material-Dehnungs-Spannungs-Kurve, Die verfügbare Stärke sieht aus wie im Bild unten, wobei die verfügbare Stärke für ASD deutlich niedriger ist als die für LRFD. Jedoch, Dies bedeutet nicht, dass LRFD wegen der erforderlichen Stärke immer weniger konservativ als ASD ist (linke Seite der Ungleichung) wird auch durch einige Faktoren in LRFD hochskaliert.
Sicherheitsfaktor
Für die ASD-Philosophie, der Sicherheitsfaktor wird über die verschiedenen Lastkombinationen hinweg als konstant angenommen, sie variiert nur für die verschiedenen Grenzzustandsbedingungen: Axialkraft, Biegemoment, Torsionsmoment, und Scherkraft.
Für LRF, der Sicherheitsfaktor ist in der Grenzzustandsungleichung nicht explizit, aber ein effektiver Sicherheitsfaktor kann wie folgt abgeleitet werden:
\(R_a = U cdot (R_{Service; Ladungen}) \leq \phi \cdot R_n\)
\(R_{Service; Ladungen} \leq frac{R_n}{U/\phi} = frac{R_n}{\Omega_{eff, \; LRFD}}\)
Wo \(U\) sind die unterschiedlichen Lastfaktoren, die für jede Lastkombination spezifisch sind, Daher variiert der effektive Sicherheitsfaktor in LRFD in Abhängigkeit von der Lastkombination und der Bedingung im Grenzzustand (Biegen, Schub-, axial, Drehung) berücksichtigt. Das gesagt, LRFD berücksichtigt die Unsicherheit der aufgebrachten Lasten und der verfügbaren Festigkeit besser, Verteilung der Faktoren in den verschiedenen Lastkombinationen und den Grenzzustandsbedingungen.
Flussdiagramm-Vergleich
Für einen weiteren Vergleich zwischen Grenzzustand und ASD (oder zulässige Spannung), siehe nachstehendes Diagramm:
Verwenden Sie SkyCiv, um Designprüfungen mit LRFD oder ASD durchzuführen
Verwenden von SkyCiv, Es ist möglich, Konstruktionsprüfungen an einer Struktur durchzuführen, unter Verwendung der LRFD- und ASD-Methoden. Für beide, Wir bieten detaillierte Berechnungsberichte, die es leicht machen, zu verstehen, was die Software tut.
Verweise
- 2015 Internationale Bauordnung. International Code Council, 2015.
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