I calcoli manuali, i fogli di calcolo o i software a elementi finiti lineari non possono catturare con precisione questo comportamento non lineare. I chiodi scorrono e alla fine raggiungono lo snervamento prima che il rivestimento o l'intelaiatura raggiungano la loro capacità, il che influenza una porzione significativa della rigidezza e della deformazione della parete a taglio.
Con le capacità non lineari di RFEM 6, il modello genera automaticamente una cerniera lineare non lineare tra la superficie di rivestimento e gli elementi di intelaiatura in base al comportamento carico-scorrimento dei connettori secondo il SDPWS 2021. Il progetto dei connettori è la fase successiva eseguita nel modulo aggiuntivo Timber Design per garantire un'adeguata capacità montante-rivestimento della parete a taglio.
L'equazione di scorrimento dei connettori del SDPWS
La Tabella C4.2.3D [1] fornisce la relazione carico-scorrimento per dimensioni comuni di chiodi (6d, 8d, 10d) nei pannelli strutturali in legno. Per ogni dimensione, la tabella fornisce:
- Un carico massimo del connettore, Vₙ (lb/connettore), al quale il connettore inizia a snervarsi
- Un'equazione di scorrimento, eₙ, in funzione del carico del connettore
Gli esponenti delle equazioni di scorrimento dei connettori indicano che la connessione si irrigidisce e si ammorbidisce in modo non lineare man mano che si avvicina allo snervamento. Questo comportamento duttile per le pareti a taglio è necessario per eventi laterali come sisma o vento.
Facendo riferimento al SDPWS, questo comportamento di scorrimento è trattato solo lungo la lunghezza del montante in direzione longitudinale. Lo scorrimento non lineare può essere applicato anche in direzione trasversale, ma ciò non è specificamente menzionato nella norma. Esiste anche un'equazione separata per i connettori installati in legname verde rispetto a legname secco, nonché un aumento del 20% dello scorrimento per rivestimenti di grado non strutturale. Queste impostazioni opzionali sono incluse in RFEM 6 quando si definiscono i connettori rivestimento-trave della parete a taglio, come mostrato nell'immagine seguente.
Verifica della curva carico-scorrimento di RFEM 6
Si suppone una parete a taglio in legno modellata in RFEM 6 con chiodi comuni 8d a interasse di 6 in (2 connettori/ft), rivestimento strutturale di grado I e legname secco. Facendo riferimento alla Tabella C4.2.3D [1], il carico di snervamento massimo è 220 lb/connettore e l'equazione di scorrimento per legname secco è:
eₙ = (Vₙ/616)3,018 (in)
RFEM 6 genera una cerniera lineare non lineare automatica tra i montanti e il rivestimento con 10 punti intermedi, come mostrato nell'immagine seguente.
Le coordinate e la pendenza dei punti 9 e 10 del diagramma sono ulteriormente verificate per confermare l'applicazione dell'equazione di scorrimento dei connettori della Tabella C4.2.3D [1].
Forza distribuita del punto 10 (n) a 220 lb/connettore (snervamento):
n₂₂₀ = (220 lb/connettore)(2 connettori/ft)(1 ft/12 in) = 36,667 lb/in
Scorrimento corrispondente del punto 10 (u):
uₓ,₂₂₀ = (220/616)3,018 = 0,0447 in
Forza distribuita del punto 9 (n) a 198 lb/connettore (90% dello snervamento):
n₁₉₈ = (198 lb/connettore)(2 connettori/ft)(1 ft/12 in) = 33,0 lb/in
Scorrimento corrispondente del punto 9 (u):
uₓ,₁₉₈ = (198/616)3,018 = 0,0325 in
Pendenza (rigidezza della molla) tra i punti 9 e 10:
Cᵤ,ₓ = (36,667 − 33,0)/(0,0447 − 0,0325) ≈ 301 lb/in²
Gli stessi calcoli sono applicati direttamente lungo la curva carico-scorrimento multi-punto della Tabella C4.2.3D [1]. Il modello cattura il comportamento non lineare della connessione su tutto l'intervallo di carico. Ciò sostituisce l'approccio manuale, in cui lo scorrimento dei chiodi viene ignorato, considerato lineare o applicato come un unico termine di deformazione empirico alla fine di un calcolo manuale, senza alcuna visibilità su come la rigidezza cambi con il carico o su come lo scorrimento ridistribuisca la forza tra i pannelli.
Progetto dei connettori per capacità di taglio unitaria nominale
Lo scorrimento non lineare dei connettori influenza direttamente l'analisi della parete a taglio in RFEM 6. Il progetto dei connettori è la fase successiva eseguita nel modulo aggiuntivo Timber Design. Le prescrizioni di progetto del SDPWS 2021, Tabella 4.3A, forniscono la capacità nominale (vₙ) influenzata da:
- Materiale del rivestimento e spessore nominale minimo (5/16 in, 3/8 in, 7/16 in, 15/32 in, ecc.)
- Tipo e dimensione del connettore (chiodo comune 6d, 8d, 10d)
- Interasse dei chiodi al bordo del pannello (6, 4, 3 o 2 in)
Una parete a taglio modellata in RFEM 6 consente l'inserimento delle variabili sopra indicate che possono non rientrare nei valori della tabella. Pertanto, nel modulo aggiuntivo Timber Design vengono applicate le seguenti ipotesi per questi scenari:
- Uno spessore del pannello inferiore al minimo della tabella costituisce un errore di progetto. Uno spessore superiore al valore della tabella viene arrotondato per difetto senza capacità aggiuntiva assunta (ad es., 19/32 in fa riferimento alla riga 15/32 in).
- L'interasse dei chiodi è tabulato solo a 6, 4, 3 e 2 in. Un interasse tra i valori viene arrotondato per difetto al valore più conservativo (ad es., 3,5 in fa riferimento a 3 in). Oltre 6 in costituisce un errore di progetto; meno di 2 in è limitato alla riga di 2 in.
Le note a piè di pagina della tabella che modificano le capacità per specie specifiche di intelaiatura, grado del pannello e altre condizioni, sono considerate automaticamente nel progetto dei connettori.
Il progetto completo dei connettori è riportato sotto la Verifica di progetto UL7100, come mostrato di seguito. La resistenza ammissibile al taglio rispetto alla sollecitazione è data come rapporto di progetto con equazioni di verifica dettagliate, riferimenti alla norma e output dati trasparente.
Dai controlli manuali al progetto basato su FEA
La curva carico-scorrimento e le verifiche di progetto della capacità chiudono un ciclo che in precedenza richiedeva calcoli manuali separati in ogni fase o ipotesi lineari meno accurate. La cerniera lineare non lineare di RFEM 6 governa il modo in cui il modello si deforma sotto carico, catturando lo scorrimento dei chiodi del pannello come una delle quattro fonti di deformazione del SDPWS. Il modulo aggiuntivo Timber Design verifica indipendentemente la resistenza dei connettori rispetto alla sollecitazione di taglio in tutte le posizioni dei connettori per garantire un progetto sicuro e accurato.
Per ulteriori informazioni su questo argomento, fare riferimento al Webinar | 2024 NDS / 2021 SDPWS Timber Shear Wall Design in RFEM 6 collegato di seguito.