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LRFD gegen ASD

What is ASD and LRFD?

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.

Einerseits, LRFD steht für Load and Resistance Factor Design. Zusamenfassend, 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.

SkyCiv S3D showing design results as per AISC 360 16 LRFD

Andererseits, ASD steht für Allowable Stress Design (Also sometimes referred to as Permissible Stress Design). 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 “Arbeitsstressdesign”. Nennlasten, unter denen die elastischen Spannungen berechnet werden, kommen aus der ASD-Lastkombinationen.

SkyCiv S3D showing design results as per AISC 360 16 ASD

What is the difference between Serviceability and Strength?

Es gibt zwei Arten von Grenzzuständen; Gebrauchstauglichkeit und Festigkeit. Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit is reached when the structure is judged not to be useful for its intended function, dies ist normalerweise mit Durchbiegungs- oder Verschiebungsgrenzen verbunden. The AISC definition of Serviceability is “a state in which the function of a building, its appearance, maintainability, durability, and comfort of its occupants are preserved under normal usage.” Strength limit state is reached when the structure becomes unsafe, vor dem endgültigen Zusammenbruch, wenn die Materialfestigkeit überschritten wird.

Allgemein, serviceability should be met whereas strength limits ensure safety of the structure and must be met. A good way to look at this is what is the outcome or effect of these limit states being exceeded? If the Strength Limits are reached, the structure is likely to experience some serious consequences such as buckling, instability, yielding or complete failure. If Serviceability issues are exceeded, these generally affect the people and usage of the building, for instance the occupants may feel uncomfortable if there is excessive deformations or vibrations in the building. This is not to discount the severity or seriousness of meeting serviceability checks, as these are generally contractually required, affect the building use and are extremely expensive to rectify if failure occurs.

Hauptunterschiede zwischen ASD und LRFD

Lastkombinationen

When using ASD, the load combinations factors do not increase the value of the service loads being combined but represent actual service loads. Most of the combinations in ASD include dead load with a unit factor, and when combined with dynamic loads like wind, Schnee, and earthquake, the latter are multiplied by a number less than one, accounting for a balance between the probability of nature, economics, and safety. Für mehr Informationen, check the ASD load combinations article.

In contrast, load combinations in LRFD do increase the values of service loads, using factors greater than one in most of the combinations. These factors account for the uncertainty about dynamic loads, and the possibility of overpassing the expected static loads during the structure’s life cycle. Für mehr Informationen, check the LRFD load combinations article.

Limit State Inequalities

For ASD, the limit state inequality is expressed as:

\(R_a \leq \frac{R_n}{\Omega}\)

Wo \(R_a\), is the Required Strength based on the loads applied as per the ASD-Lastkombinationen. \(R_n\) is the Nominal Strength provided by the checked member, und \(\Omega\) ist der factor of safety. The fraction on the right corresponds to the allowable strength, which is the upper limit theoretically imposed on the structure material.

For LRFD, the limit state inequality looks like this:

\(R_a \leq \phi \cdot R_n\)

Wo \(R_a\), is the Required Strength based on the loads applied as per the LRFD load combinations. \(R_n\) is the Nominal Strength provided by the checked member, und \(\Phi) ist der resistance factor that varies depending on the limit state being checked. The fraction on the right corresponds to the design strength, which is the upper limit theoretically imposed on the structure material.

Available Strength

In ASD, the available strength is referred to as allowable strength, while in LRFD it is called design strength. In the limit state inequalities, it is the term on the right-hand side. Graphically, in a generic material strain-stress curve, the available strength looks as in the picture below, where the available strength for ASD is clearly lower than the one for LRFD. jedoch, this does not mean that LRFD is always less conservative than ASD because the required strength (left-hand side of the inequality) is also scaled up by some factors in LRFD.

Available-Strength for ASD vs LRFD

Factor of Safety

Für die ASD-Philosophie, the factor of safety is taken as constant across the different load combinations, it only varies for the different limit state conditions: Axialkraft, Biegemoment, torsion moment, and shear force.

For LRFD, the factor of safety is not explicit in the limit state inequality, but an effective factor of safety can be derived as follows:

\(R_a = U \cdot (R_{service\; Ladungen}) \leq \phi \cdot R_n\)

\(R_{service\; Ladungen} \leq frac{R_n}{U/\phi} = frac{R_n}{\Omega_{eff, \; LRFD}}\)

Wo \(U\) are the different load factors that are specific for each load combination, therefore the effective factor of safety in LRFD varies depending on the load combination and limit state condition (Biegen, scheren, axial, Drehung) considered. Das gesagt, LRFD accounts better for the uncertainty of loads applied and the strength available, spreading the factors in the different load combinations and the limit state conditions.

Flowchart Comparison

For a further comparison between Limit State and ASD (or Permissible Stress), refer to the diagram below:

Use SkyCiv for running design checks using LRFD or ASD

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.

SkyCiv S3D showing detailed design reporting for ASD and LRFD

Verweise

  1. 2015 Internationale Bauordnung. International Code Council, 2015.

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Oscar Sanchez Produktentwickler
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