SkyCiv-documentatie

Uw gids voor SkyCiv-software - tutorials, handleidingen en technische artikelen

TechNotes

  1. Huis
  2. TechNotes
  3. Structurele 3D
  4. LRFD versus ASD

LRFD versus ASD

What is ASD and LRFD?

ASD en LRFD zijn methodologieën of filosofieën die een algemene workflow bieden voor het ontwerpen van structurele elementen. Het ontwerpen van structurele elementen is gericht op het waarborgen van de volksgezondheid, veiligheid, en algemeen welzijn van de gebruikers van de constructie en de constructie zelf. Dit doel wordt bereikt wanneer elementen in de constructie zo worden geproportioneerd dat:, onder bepaalde belastingen, ze bereiken geen grenstoestand.

Aan de ene kant, LRFD staat voor Load and Resistance Factor Design. Kortom, het bestaat uit het proportioneren van structurele elementen met behulp van enkele factoren om hun weerstand te verminderen, zodat er geen toepasselijke grenstoestand wordt bereikt wanneer de structuur wordt onderworpen aan een aantal geschikte LRFD-belastingscombinaties. Die belastingscombinaties zijn het resultaat van het in rekening brengen van de werkelijke (nominaal) laadt door andere factoren om de ultieme laadcondities te krijgen. Bij het ontwerpen van staal- en houtconstructies, de voorwaarde “LRFD” wordt gebruikt om naar deze methode te verwijzen, echter, voor het ontwerp van beton- en metselwerkconstructies de term “sterkte ontwerp” heeft de voorkeur bij het verwijzen naar deze methode.

SkyCiv S3D showing design results as per AISC 360 16 LRFD

Anderzijds, ASD staat voor Allowable Stress Design (Also sometimes referred to as Permissible Stress Design). samengevat, het bestaat uit zodanige proportionele constructiedelen dat de elastisch berekende spanningen in de analysefase onder nominale belastingen een gespecificeerde toelaatbare spanning niet overschrijden. Deze methode is ook bekend als: “werkstress ontwerp”. Nominale belastingen, waaronder de elastische spanningen worden berekend, kom uit de ASD-belastingscombinaties.

SkyCiv S3D showing design results as per AISC 360 16 ASD

What is the difference between Serviceability and Strength?

Er zijn twee soorten grenstoestanden:; bruikbaarheid en kracht. Grenstoestand bruikbaarheid is reached when the structure is judged not to be useful for its intended function, dit wordt normaal gesproken geassocieerd met doorbuigings- of verplaatsingslimieten. The AISC definition of Serviceability is “a state in which the function of a building, its appearance, maintainvermogen, durability, and comfort of its occupants are preserved under normal usage.” Strength limit state is reached when the structure becomes unsafe, voorafgaand aan de uiteindelijke ineenstorting wanneer de materiaalsterkte wordt overschreden.

In het algemeen, 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.

Belangrijkste verschillen tussen ASS en LRFD

Belastingcombinaties

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, sneeuw, and earthquake, the latter are multiplied by a number less than one, accounting for a balance between the probability of nature, economics, and safety. Voor meer informatie, 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. Voor meer informatie, check the LRFD load combinations article.

Limit State Inequalities

For ASD, the limit state inequality is expressed as:

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

Waar \(R_a\), is the Required Strength based on the loads applied as per the ASD-belastingscombinaties. \(R_n\) is the Nominal Strength provided by the checked member, en \(\Omega\) is de 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:

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

Waar \(R_a\), 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, en \(\phi) is de 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. Echter, 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

Voor de ASS-filosofie, the factor of safety is taken as constant across the different load combinations, it only varies for the different limit state conditions: axiale kracht, buigend moment, 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:

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

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

Waar \(U\) 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 (buigen, schuintrekken, axiaal, torsie) considered. Dat gezegd hebbende, 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

SkyCiv gebruiken, het is mogelijk om ontwerpcontroles uit te voeren op een constructie, met behulp van de LRFD- en ASD-methodologieën. Voor beide, we bieden gedetailleerde berekeningsrapporten die het gemakkelijk maken om te begrijpen wat de software doet.

SkyCiv S3D showing detailed design reporting for ASD and LRFD

Referenties

  1. 2015 Internationale bouwcode. Internationale Code Raad, 2015.

Nieuw bij SkyCiv Structurele 3D? Schrijf je vandaag GRATIS in!

= gamma_
Oscar Sanchez
Productontwikkelaar
BEng (Civiel)
LinkedIn
Was dit artikel nuttig voor jou?
Ja Nee

Hoe kunnen we helpen?

Ga naar boven