セクションDC。5
ASD vs LRFD
最終改訂:11/04/2014
鋼および木材で設計する場合、設計思想の選択が必要です。 具体的には広範な使用の唯一の設計思想は基づく強さである(LRFD)。
Steel
このセクションに深く入る前に、Aisc Steel Construction Manual(SCM)の負荷と抵抗係数の設計と許容強度の設計哲学を説明するセクションと、設計の基礎に関するセク これらはSCMの2-6および2-7ページにあります。
AISCが1986年にLoad and Resistance Factor Design(LRFD)仕様を導入するまで、鉄骨構造の設計は許容応力設計(ASD)方法論のみに基づいていました。 LRFDへの移行は、ほぼすべての大学が導入から10年以内にLRFD仕様を教えることに移行したにもかかわらず、職業によって容易に受け入れられていません。 それはLRFDが安全のより一貫した要因が付いている構造を作り出した十分な証拠があったのに方法を変える専門職によって感知された必要性が
木材
LRFDは木材にとって比較的新しいものです。 これは、仕様の最新版でASDとともにNational Design Specificationに明示的に含まれていました。
コンクリート
作業応力法を使用して複合断面を分析する複雑さのために、はるかに簡単な強度アプローチが最初に導入されました。 強さによって基づく(LRFD)方法はずっと70年代以来の具体的な指定ACI318で使用中である.
二つの仕様の間には二つの大きな違いがありました:
- 荷重と実際の強さまたは究極の強さの比較と
- 安全性の有効要因の違い。
究極の強さ
図DC。5.1
荷重対変位図におけるLRFD/ASD容量
の比較
Rn/W=ASD容量
fRn=LRFD容量
Rn=公称容量
ASDとLRFDの最初の違いは、歴史的に、LRFDが実際の強さと要求された強さを比較する間、古い正当な圧力の設計が実際および正当な圧力を比較したことで 強さ対を見ることの違い 違いは通常、限界状態の不等式の両側をセクションプロパティで乗算または除算するだけであるため、ストレスはあまり問題になりません。 実際には、古い許容応力設計を置き換える新しいAISC許容強度設計（ASD）は、現在、事実上哲学の間にこの違いを排除し、強度ベースの用語に古い応力ベースの用語
5.1は、典型的な軟鋼荷重対2つの方法によって計算された部材強度レベルを示しています。 変形図。 ＡＳＤのための結合された力レベル（Ｐａ、Ｍａ、Ｖ ａ）は、典型的には、部材の負荷容量を、公称強度Ｒｎを安全係数Ｗで割ったものとして計算することによって、部材の降伏荷重より下に維持され、それは、降伏より下の点まで容量を減少させる。 ＬＲＦＤの場合、結合された力レベル（Ｐｕ、Ｍｕ、Ｖｕ）は、公称強度Ｒｎと抵抗係数ｆとの積である計算された部材負荷容量の下に保持される。
部材の強さを考慮するとき、私達は私達の構造の永久的な変形を防ぐために私達の最終的な設計の実際の負荷を降伏の下で常に保ちたいと思います。 したがって、LRFDアプローチを使用する場合は、1.0を超える荷重係数を適用して、最終強度レベルに安全に匹敵する条件でそれらを表現する必要があり これは、異なるタイプの負荷の同時発生に関連する確率を考慮した負荷の組み合わせ方程式で達成されます。
固定対 安全性の変動要因
二つの方法の第二の大きな違いは、印加荷重と部材容量との関係が処理される方法です。 LRFD仕様は、限界状態不等式の必要な強度側に適用される荷重係数の使用による適用荷重の予測可能性と、限界状態不等式の公称強度側の抵抗係数によ ASDの指定は安全の単一の要因に2つの要因を結合します。 安全の要因を独立した負荷および抵抗の要因に分けて壊すことによって（LRFDのアプローチでされるように）安全のより一貫した有効な要因は得られ、使
荷重組み合わせ計算
米国における構造荷重計算の基礎は、ASCE7:Minimum Design Loads for Buildings&Other Structuresとして知られている文書です。 (このドキュメントに関する詳細な議論については、ASCE7-05の初心者ガイドを参照してください。 典型的には、各負荷タイプ（死んだ、生きている、雪、風など）は、それらのサービス負荷レベルで表される。 これに対する1つの例外は、強度レベルで表現される地震荷重です。 個々の負荷は、負荷が同時に発生する確率を考慮する負荷の組み合わせ式。 結果として得られる結合荷重とLRFDの組み合わせ方程式からの荷重効果には”u”の添字が与えられる。 「Ａ」の添字は、ＡＳＤ負荷の組み合わせからの負荷結果を示すために使用される。 このテキストに特に、”s,equiv”の添字は、すべての個々の負荷成分の単純な代数和である負荷の組み合わせの結果を表すために使用されます。
荷重係数は、ASDとLRFDの両方の荷重組み合わせ方程式の係数として適用されます。 抵抗係数はsymbolfで表され、安全係数はsymbolWで表されます。 それらがどのように適用されるかを以下で見ていきます。
多くのエンジニアにとって概念的に困難であると思われるもう一つの問題は、LRFDがメンバーの強さを見ているので、ということです（つまり、LRFDはメンバーの強さを見ているので、lrfdはメンバーの強さを見ているので、lrfdはメンバー “適用された”負荷は負荷要因によって”架空に”高められますメンバーの最終的な強さと安全に比較することができるように。 これらの注意事項およびlrfd負荷係数が適用されている（実際よりも高い）仕様荷重は、究極または因数分解された荷重と呼ばれます。 ASD負荷の組み合わせ式の結果であるASD負荷も因数分解された負荷です。 実際のレベルでの負荷は、サービス負荷と呼ばれます。
LRFD負荷とASD負荷の比較
究極の負荷または因数分解された負荷は、サービス負荷と直接比較することはできません。 サービス負荷を因数分解するか、最終的な負荷を比較する場合は因数分解しない必要があります。 負荷の組み合わせ方程式への影響を考慮すると、これはさらに複雑になります。 負荷を比較するための１つの方法は、個々の負荷成分（Ｐｓ、equivまたはＰｓ、ｅｑ）の代数和に対する負荷組み合わせ結果（ＰｕまたはＰ Ａ）の比である複合負荷係数（ＣＬＦ）を計算 最小のCLFとの負荷の組み合わせは、重要な負荷の組み合わせです。 ＣＬＦの計算を表ＤＣに示す。5.1.
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テーブルDC.5.1 |
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ここで、
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この例は、負荷係数が適用される負荷の組み合わせ方程式にあるため、負荷の組み合わせに関する次のセクションで説明します。
それをすべてまとめると、限界状態不等式の一般的な形式は、それぞれ三つの方法で表現することができます。 テーブルDC.5.2は、4つの一般的な強度限界状態に対するLRFDおよびASDに対してこれがどのように行われるかを示しています。 各方程式は等価であることに注意してください。
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テーブルDC.5.2 |
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フォームの選択は、あなたが何をしようとしているかに依存します。 これは、限界状態がこのテキスト全体で説明され、実証されるにつれて明らかになるでしょう。 一般に、2番目の形式（Req’d nominal effect<actual nominal strength）は、特定のアプリケーションのメンバーを選択（または設計）するときに便利です。 他の2つの形式は、特定のメンバーの容量を分析するときに便利です。
LRFD Effective Factor of Safety
二つの方法を比較するもう一つのアプローチは、LRFD法の有効な安全係数を計算することであり、これはASD安全係数と比較することがで これには、負荷係数と抵抗係数の組み合わせが含まれます。
ASDとLRFDの比較例を行うために軸力限界状態を考えてみましょう。 負荷係数で除算すると、同等の安全係数が得られます。
LRFD:Ps,equiv<Pn(F/CLFLRFD)=Pn/Weff
ここで、lrfd同等の安全係数はWeff=(f/CLFLRFD)という用語です。 fは定数です。 複合荷重係数CLF=Pu/(Ps,equiv)は、異なるタイプの荷重の相対的な大きさによって変化します。 結果はLRFDのための安全の可変的な要因である。 ASDでは、この安全係数は定数として取られます。
変数LRFD Weffは、設計に関連する確率とより一貫していると主張することができます。 その結果、非常に予測可能な荷重（すなわち、主に死んだ荷重）を有する構造は、LRFD WeffがASD Wよりも低く、潜在的に軽い構造をもたらすことになる。 非常に予測不可能な負荷（例えば生きている、風および地震負荷）に服従する構造のためにLRFD Weffはより強い構造で起因するASD Wより高い。 LRFD引数は、ASDが予測可能な負荷を持つ構造に対しては過度に保守的であり、予測可能性の低い負荷の対象となる構造に対しては保守的ではないとい
ASDとLRFDの使用
最後に、構造を設計するときは、どちらか一方の設計思想を選択する必要があることに注意する必要があります。 特定のプロジェクトで2つの哲学を切り替えることはできません！ このテキストでは、ASDとLRFDの両方を使用して、両方に精通していますが、これは実際には標準ではありません。