Structural Steelwork Design to BS5950

7/27/2019 Structural Steelwork Design to BS5950

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S T R U C T U R A L ,A f lT h e S t r u c t u r a l E n g i n e e rr e v i e w i n g t h e f i r s t e d i t i o n

T h i s m a r k e t l e a d i n g s t u d e n t t e x t c o v e r s t h e d e s i g n o fs t r u c t u r a l s t e e l w o r k t o 5 5 5 9 5 0 P a r t 1 .t h e s u b j e c t I n t w o p a r t s , t h e f i r s t d e a l s w i t h d e s i g n a ta n e l e m e n t a r y l e v e l f a m l i l a r i s l n g t h e r e a d e r w i t hB S 5 9 5 0 . P a r t t w o t h e n p r o c e e d s t o c o v e r a l l a s p e c t so f t h o d e s i g n o f w h o l e b u i l d i n g s , h i g h l i g h t i n g t h ei n t e g r a t i o n o f ' e l e m e n t s ' t o p r o d u c e e c o n o m i c , s a f es t r u c t u r e s .T h o s e c o n d e d i t i o n h a s b e e n t h o r o u g h l y a n du p d a t e d t o t a k e a c c o u n t o f r e c e n t r e s e a r c h a n d d e s i g nd e v e l o p m e n t s a n d a n e w c h a p t e r o n p l a t e g i r d e r s h a sb e e n a d d e d . T h e r e v i s e d t e x t r e t a i n s a l l t h e p o p u l a r

f e a t u r e s o f t h e o r i g i n a l w o r k . I n p a r t i c u l a r , r e a d e r s v . i l lf i n d t h a t t h e o u t h o r s : e x p l a i n c o n c e p t s c l e a r l y u s e a n e x t r e m e l y p r a c t i c a l a p p r o a c h. i n c i u d o n u S i e r o S v o v k S e x a m p l e s a n d r e a ls c e n a r i o s. c o v e r w h o l e s t r u c t u r e d e s i g n - t a k e t h e r e a d e r s t e p - b y . s t e p t h r o u g h t h e B r i t k hS t a n d a r d

S t r u c t u r a l S t c e l w a r k D e s i m r t o B S 5 9 5 0 I s a c a r e t e x tf o r c I v i l / s t r u c t u r a l e n g i n e e r i n g d e g r e e a n d B T E C H I W / Dc o u r s e s . I t w i l l a l s o p r o v e u s e f u l t o p r o f e s s I o n a le n g i n e e r s n e e d i n g t o f a m i l l a r i s e t h e m s e l v e s w i t h5 5 5 9 5 0 P a r t l a n d t h e d e s i g n o f c o m p l e t e b u I l d i n g s ,p a r t i c u l a r l y p o r t a l f r a m e s .L i M o r r i s v : a s f o r m e r l y R e a d e r i i i S t r u c h i r a l E n p i n e c r i n ga t t h e U n l v e r : ; i t y r z i f l r . n c h e s t o r .D R P l u m i s L e c t u r e r i n S t r u c t u r a l 3 1 t h t :U n i t t r r . i t y o f

1 1

9 0 0 0 0 )

9 7 8 0 5 8 2 2 3 0 8 8 0I S B N

c a w t e s , o f S u t t o N M D C I

. 5 .

- -- - - 'D F c o m p r e s s i o n , OC R , w e b - o p t i m i z a t i o n w i t h C VI S I ON ' s P d f C o m p r e s s o r
http://www.cvisiontech.com/pdf_compressor_31.htmlhttp://www.cvisiontech.com/pdf_compressor_31.htmlhttp://www.cvisiontech.com/pdf_compressor_31.htmlhttp://www.cvisiontech.com/pdf_compressor_31.htmlhttp://www.cvisiontech.com/pdf_compressor_31.htmlhttp://www.cvisiontech.com/pdf_compressor_31.htmlhttp://www.cvisiontech.com/pdf_compressor_31.htmlhttp://www.cvisiontech.com/pdf_compressor_31.html


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P D F c o m p r e s s i o n , OC R , w e b - o p t i m i z a t i o n w i t h C VI S I ON ' s P d f C o m p r e s s o r
http://www.cvisiontech.com/pdf_compressor_31.htmlhttp://www.cvisiontech.com/pdf_compressor_31.html


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S T R U C T U R A LS T E E L W OR KD E S I G Nt o1 3 5 5 9 5 0

2 n d E D I T I ON



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S T R I J C T L J R A LS T E E L W O R KD E S I G Nt oB S 5 9 5 0

2 n d E D I T I O N

L J M o r r i s0

D R P I u m

o t P e a r s o n E d u c a t i o nH a r r o w E n g l a n d L o n d o n - N e w Y o r k P n d i n g k i n s i a c - S . n F r a n c i s c o T o r o n s a - D o s s M I l l s . O n l a s l a - h y d s s c yT o k y o S i n g a p o r e - H o n g K o n g - S e o u l T a i p e i - C a p o b o w s M a d r i d - I l e a l c o C l Y r A n o s l n s d a s o s - M a n l c s s - F a s i o - M i l a n

P D F c o m p r e s s i o n , O C R , w e b - o p t i m i za t i o n w i t h C VI S I O N 's P d fC o m p r e s s o r


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http://www.cvisiontech.com/pdf_compressor_31.html


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v i i i C ON T E N T S C ON T E N T S i x3 . 4 M o m e n t c a p a c i t y o f m e m b e r s ( l o c a lc a p a c i t y c h e c k )3 . 5 B u c k l i n g r e s i s t a n c e ( m e m b e r b u c k l i n gc h e c k )3 . 6 O t h e r c o n s i d e r a t i o n s3 . 7 E x a m p l e 4 . B e a m s u p p o r t i n g c o n c r e t ef l o o r s l a b ( r e s t r a i n e d b e a m )3 . 8 E x a m p l e 5 . B e a m s u p p o r t i n g p l a n t l o a d s( u n r e s t r a i n e d b e a m )S t u d y r e f e r e n c e s

4 P U R L I N S A N D S I D E R A I L S 4 24 . 1 D e s i g i t r e q u i r e m e n t s f o r p u r l i n s a n d s i d e 4 2r a i l s4 . 2 E x a m p l e 6 . P u r l i n o n s l o p i n g r o o f4 . 3 E x a m p l e 7 . D e s i g n o f s i d e r a i l4 . 4 E x a m p l e 8 . D e s i g n o f p u r l i n 4 9

7 . 7 E x a m p l e 1 3 . C o l u m n f o r i n d u s t r i a lb u i l d i n g7 . 8 E x a m p l e 1 4 . L a c e d c o l u m n f o r i n d u s t n a lb u i l d i n gS t u d y r e f e r e n c e s

B C O L U M N B A S E S & B R A C K E T S 9 48 . 1 C o l u m n b a s e s8 . 2 D e s i g n o f c o l u m n b a s e s8 . 3 B r a c k e t s8 . 4 D e s i g n o f b r a c k e t s8 . 5 E x a m p l e . 1 5 . D e s i g n o f s l a b b a s e8 . 6 E x a m p l e 1 6 . D e s i g n o f c r a n e g i r d e rb r a c k e t ( f a c e )8 . 7 E x a m p l e 1 7 . D e s i g n o f c r a n e g t r d e rb r a c k e t ( l a p p e d )

S t u d y r e f e r e n c e s5 C R A N E G I R D E R S 5 2

5 . 1 C r a n e w h e e l l o a d s5 . 2 M a x i m u m l o a d e f f e c t s5 . 3 E x a m p l e 9 . C r a n e g i r d e r w i t h o u t l a t e r a lr e s t r a i n t a l o n g s p a n5 . 4 E x a m p l e I D . C r a n e g i r d e r w i t h l a t e r a lr e s t r a i n tS t u d y r e f e r e n c e s

6 T R U S S E S 6 56 . ! T y p e s o f t r u s s a n d t h e i r u s e6 . 2 L o a d i n g a n d a n a l y s i s6 . 3 S l e n d e r n e s s o f m e m b e r s6 . 4 C o m p r e s s t o n r e s t s t a n c e6 . 5 T e n s i o n c a p a c i t y6 . 6 C o n n e c t i o n s6 . 7 E x a m p l e I I . R o o f t r u s s w i t h s l o p i n g r a f t e r6 . 8 E x a m p l e 1 2 . L a t t i c e g t r d e rS t u d y r e f e r e n c e s

7 S i M P L E A N D C OM P O U N D C OL U M N S 8 07 . 1 T y p e s o f c o l u m n

7 . 2 A x i a l c o m p r e s s i o n7 . 3 S l e n d e r n e s s7 . 4 B e n d i n g a n d e c c e n t n c i t y7 . 5 L o c a l c a p a c i t y7 . 6 O v e r a l l b u c k l i n g

9 C OM P O S I T E B E A M S & S L A B S9 . I C o m p o s i t e b e a m s9 . 2 S h e a r a n d m o m e n t c a p a c i t y o f c o m p o s i t eb e a m s9 . 3 S h e a r c o n n e c t o r s9 . 4 L o c a l s h e a r i n c o n c r e t e9 . 5 D e f l e c t i o n s9 . 6 C o m p o s i t e s l a b s9 . 7 E x a m p l e I S . C o m p o s i t e b e a m i n b u i l d i n gS t u d y r e f e r e n c e s

t O B R A C I N G 1 1 31 0 . 1 L o a d i n g r e s i s t e d b y b r a c i n g1 0 . 2 S t v a y s t a b i l i t y1 0 . 3 M u l t i - s t o r e y b r a c i n g1 0 . 4 S i n g l e - s t o r e y b r a c i n g1 0 . 5 B e a m , t r u s s a n d c o l u m n b r a c i n g1 0 . 6 E x a m p l e 1 9 . G a b l e w i n d g i r d e r a n d s i d eb r a c i n g1 0 . 7 E x a m p l e 2 0 . M u l t i - s t o r e y w i n d b r a c i n gS t u d y r e f e r e n c e s

I I P L A T E G I R D E R S 1 2 1l l . i I n t r o d u c t i o n1 1 . 2 D e s i g n o f u n s t i f f e n e d p l a i e g i r d e r

3 03 1

3 13 23 64 0

8 59 '9 3

4 34 7

9 49 59 69 79 9

1 0 1

1 0 21 0 3

5 25 45 56 16 4

6 56 66 7

6 96 97 07 17 67 8

1 0 61 0 61 0 71 0 81 0 9I I D

1 1 0l i Z

8 08 18 28 38 48 5

1 1 31 1 31 1 41 1 51 1 61 1 61 1 9

1 2 0

1 2 11 2 4



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X C O N T E N T SC O N T E N T S X I

1 1 . 3 E x a m p l e 2 1 . D e s i g n o f u n s t i f l ' e n e d p l a t eg i r d e r t h i c k w e b s

1 1 . 4 E x a m p l e 2 2 . D e s i g n o f u n s t i f f e n e d p l a t eg i r d e r t h i n w e b s1 1 . 5 D e s i g n o f s t i f f e n e d p l a t e g i r d e r

1 1 . 6 E x a m p l e 2 3 . D e s i g n o f s t i f f e n e d p l a t eg i r d e r e x c l u d i n g t e n s i o n f i e l d a c t i o nI 1 . 7 D e s i g n o f g i r d e r m c h i d i n g t e n s i o n f i e l da c t i o n

1 1 . 8 E x a m p l e 2 4 . D e s i g n o f s t i f f e n e d p l a t eg i r d e r u t i l i zi n g t e n s i o n f i e l d a c t i o n

I . 9 O t h e r c o n s i d e r a t i o n sS t u d y r e f e r e n c e s

P A R T I I T H E D E S I G N O F S T R U C T U R A LS T E E L F R A M E W O R K S1 2 D E S I G N O F S I N G L E - S T O R E YB U I L D I N G - L A T T I C E G I R D E R A N DC O L U M N C O N S T R U C T I O N

1 2 . 1 i n t r o d u c t i o n1 2 . 2 D e s i g n b n e f1 2 . 3 P r e l i m i n a r y d e s i g n d e c i s i o n s1 2 . 4 L o a d i n gD e s i g n o f p u r l i n s a n d s h e e t i n g r a i l sD e s i g n o f l a t t i c e g i r d e rD e s i g n o f c o l u m n m e m b e r s

O v e r a l l s t a b i l i t y o f b u i l d i n gD e s i g n o f g a b l e p o s t sD e s i g n o f c o n n e c t i o n sD e s i g n o f f o u n d a t i o n b l o c k1 2 . 1 2 O I l i e rS t u d y r e f e r e n c e s

1 2 51 2 91 3 51 3 61 4 31 4 5

1 6 3

1 6 31 6 51 6 51 6 61 7 01 7 41 9 11 9 6

2 0 52 0 6

2 1 92 2 2

2 2 4

1 3 . 9 D e s i g n o f c o n n e c t i o n s1 3 . 1 0 G a b l e f r a m i n g1 3 . 1 1 O v e r a l l s t a b i l i t y o f b u i l d i n g1 3 . 1 2 D e s i g n o f m a i n c o l u m n b a s e1 3 . 1 3 D e s i g n o f f o u n d a t i o n b l o c k1 3 . 1 4 O i l i e r c o n s i d e r a t i o n s

1 4 D E S I G N O F A N O F F I C E B L O C K 2 8 1C O M P O S I T E C O N S T R U C T I O N1 4 . 1 L a y o u t a n d b a s i c c h o i c e s 2 8 11 4 . 2 L o a d i n g1 4 . 3 R o o f b e a m d e s i g n1 4 . 4 T y p i c a l f l o o r b e a m d e s i g nC o l u m n d c s i g n4 . 51 4 . 6 C o n n e c t i o n s

1 4 . 1 W i n d b r a c i n g1 4 . 8 W i n d r e s i s t a n c e b y f r a m e a c t i o nS t u d y r e f e r e n c e s

I S D E T A I L I N G P R A C T I C E A N D O T H E R 3 0 5R E Q U I R E M E N T S1 5 . 1 F a b n c a t i o n p r o c e s s e s1 5 . 2 S t e e l w o r k d r a w i n g s

1 5 . 3 C o s t c o n s i d e r a t i o n s1 5 . 4 F i r e p r o t e c t i o n1 5 . 5 C o r r o s i o n p r o t e c t i o n

S t u d y r e f e r e n c e sA p p e n d i x A 3 1 5A p p e n d i x B 3 1 7I n d e x

1 3 D E S I G N O F S I N G L E - S T O R E YB U I L D I N G - P O R T A L F R A M EC O N S T R U C T I O N2 2 6

3 1 9

'3 . 31 3 . 4

1 3 . 51 3 . 6

1 3 . 71 3 . 8

1 3 . 1 I n t r o d u t t i o n1 3 . 2 D e s i g n b r i e fD e s i g n i n f o r m a t i o nD e s i g n o f p u r l i n s a n d s h e e t i n g r a i l sS p a c i n g o f s e c o n d a r y m e m b e i sD e s i g n o f p o r t a l f r a m eF r a m e s t a b i l i t yM e m b e r s t a b i l i t y l a t e r a l t o r s i o n a lb u c k l i n g

2 2 62 2 72 2 72 2 8

2 2 82 2 92 4 22 4 3

2 5 62 6 52 7 32 7 52 7 72 7 9

1 5 51 5 9

1 6 1

S t u d y r e f e r e n c e s 2 7 9

1 2 . 51 2 . 61 2 . 71 2 . 81 2 . 9

1 2 , 1 01 2 . 1 1

2 8 42 8 62 9 12 9 63 0 0

3 0 13 0 33 0 4

3 0 53 0 73 1 23 1 2

3 1 33 ']



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F o r e w o r d t o F i r s t E d i t i o n

I n 1 9 6 9 , t h e U n t i s h S t a n d a r d s I n s t i t u t i o n C o m m i t t e e 1 1 / 2 0 r e s p o n s i b l e f o rB S 4 4 9 , a p e r m i s s i b l e s t r e s s s n - u c t u r a t s t e e t w o r k d e s i g n c o d e , i n s t i g a t e d t h ep r e p a r a t i o n o f a n e w d r a f t c o d e b a s e d o n l i m i t s l a t e p n n c i p l e s a n di n c o r p o r a t t n g t h e l a t e s t r e s e a r c h 1 0 1 0 t h e b e h a v i o u r o f s t r u c t u r a l c o m p o n e n t sa n d c o m p l e t e s t r u c t u r e s . T h e d r a f t w a s i s s u e d f o r p u b l i c c o m m e n t i n 1 9 7 7a n d a t t r a c t e d c o n s i d e r a b l e a d v e r s e c o m m e n t f r o m a n i n d u s t r y l o n ga c q u a i n t e d w i t h t h e s i m p l e r d e s i g n m e t h o d s i n 1 1 5 4 4 9 .I t w a s r e a l i z e d b y t h e n e w l y c o n s t i t u t e d E S ! C o m m i t t e e , C S B / 2 7 , t h a t ar e d r a f t o f t h e 1 1 / 2 0 d o c u m e n t w o u l d b e n e c e s s a r y b e f o r e i t w o u l d b ea c c e p t a b l e t o t h e c o n s t r u c t i o n i n d u s t r y . T h e w o r k o f r e d r a f l i n gu n d e r t a k e n b y C o n s t r a d o , p a r t l y f b n d e d b y I b e E u r o p e a n C o a l a n d S t e e lC o m m u n i t y , a n d t h e t a s k w a s g u i d e d b y a s m a l l s t e e n n g g r o u p r e p r e s e n t i n gt h e i n t e r e s t s o f c o n s u l t i n g e n g i n e e r s , s t e e t w o r k f a b n c a l o r s a n d t h eD e p a r t m e n t o f t h e E n v i r o n m e n t .P o o r t o t h e c o m p l e t I o n o f t h e r e d r a f t , c a l i b r a t i o n w a s c a r r i e d o u t b y t h eB u i l d i n g R e s e a r c h E s t a b l i s h m e n t t o d e n v e s u i t a b l e v a l u e s f o r l o a d a n dm a t e n a l f a c t o r s , a n d d e s i g n e x e r c i s e s t o c o m p a r e t h c d e s i g n o f w h o l es t r u c t u r e s t o t h e d r a f t c o d e w i t h d e s i g n s t o U S 4 4 9 w e r e d i r e c t e d b yC o n s t r a d o . T h e o b j e c t o f t h e s e s t u d i e s w a s t o a s s e s s w h e t h e r t h er e c o m m e n d a t i o n s t o b e c o n t a i n e d w i t h i n t h e n e w c o d e w o u l d p r o d u c es t r u c t u r a l d e s i g n s w h i c h w o u l d b e n o l e s s s a f e t h a q d e s i g n s t o B S 4 4 9 b u tw o o l d g i v e a n i m p r o v e m e n t I n o v e r a l l e c o n o m y .

T h e r e s u l t i n g c o d e o f p r a c t i c e , 1 1 5 5 9 5 0 : P a r t I , p u b l i s h e d i n 1 9 8 5 .c o v e n n g t h e d e s i g n i n s i m p l e a n d c o n t i n u o u s c o n s t r u c t i o n o f h o t r o l l e d s t e e ls e c t i o n s , a n d P a r t 2 , d e a l i n g w i t h t h e s p e c i h c a t t o t t o f m a t e r i a l s , f a b n e a t i o na n d e r e c t i o n , a c h i e v e d t h e g r e a t e r s i m p l i c i t y s o u g h t b y i n d u s t r y w h i l ea l l o w i n g t h e d e s i g n o f b u i l d i n g s t r u c t u r e s l o b e b a s e d o n t h e m o r e r a t i o n a ia p p r o a c h o f l i m i t s t a t e t h e o r y t h a n t h e p e r m i s s i b l e s t r e s s m e t h o d o f U S 4 - 4 9 ,P a r t 3 , w h i c h i s i n t h e c o u r s e o l p r e p a r a t i o n , w i l l g i v e r c c o t n m e n d a t t o n s f o rd e s i g n i n c o m p o s i t e c o n s t r u c t I o n .W h i l e U S 5 9 5 0 : P a r t i s e x p l i c i t i n i t s d e s i g n r e c o m m e n d a t i o n s , t h e c o d ei s i n t e n d e d t o b e u s e d b y a p p r o p n a t e l y q u a l i f i e d p e r s o n s w h o h a v e e x p e r i e n c et o s t r u c t u r a l s t e e l w o r k d e s i g n a n d c o n s t r u c t t o n . T h e r e i s a n e e d , t h e r e f o r e , f o r



10/174

x i v F O R E W O R Da t e x t f o r u n i v e r s i t y a n t i c o l l e g e s t u d e n t s e n g a g e d o n c o u r s e s i n c i v i l a n ds t r u c t u r a l e n g i n e e n n g w h i c h g i v e s c l e a r g u i d a n c e o n t h e a p p l i c a t i o n o f t h ec o d e t o t y p i c a l b u i l d i n g s t r u c t u r e s b y w o r k e d e x a m p l e s w h i c h s e t o u t t h ec a l c u l a t i o n s u n d e r t a k e n i n t h e d e s i g n o ffi c e . T h i s i s a c h i e v e d i n t h i s b o o kt h r o u g h e x p l a n a t o r y t e x t , fu l l c a l c u l a t i o n s a n d r e f e r e n c e t o t h e B S 5 9 5 0 :P a r t I c l a u s e s .T h e f i r s t p a r t o f t h e b o o k d e a l s w i t h t h e d e s i g n o f v a n o u s t y p e s o fs t r u c t u r a l m e m b e r s a n d t h e s e c o n d p a r t d e a l s w i t h c o m p l e t e d e s i g n s o f t h em o s t c o m m o n l y e n c o u n t e r e d s t r u c t u r e s , n a m e l y , s i n g l e - s t o r e y i n d u s t n a lb u i l d i n g s a n d m u l t i - s t o r e y o f f i c e b l o c k s . A p a r t f r o m t h e r e l e v a n t c o d e s a n ds t a n d a r d s , r e f e r e n c e s a r e g i v e n t o w e f l e s t a b h s h e d p u b l i c a t i o n s c o m m o n l yf o u n d i n t h e d e s i g n e r s o f f i c e . T h e b o o k s h o u l d a l s o b e u s e f u l t o t h e d e s I g ae n g i n e e r r e q u i n n g a n u n d e r s t a n d i n g o f t h e a p p l i c a t i o n o f t h e l i m i t s t a t e c o d e .

P A . R o t t e rP a r t n e r , S c o t t J V I / s o n K i r k p a t r i c k a n d P a r t n e r sM e m b e r o f 1 3 5 5 9 5 0 c o m m i t t e e

T H E D E S I G N O F S T R U C T U R A LS T E E L E L E M E N T S

A s i m p l e b a s i s f o r d e s i g n i s t o c o n s i d e r a s t r u c t u r a l f r a m c w o r k c o m p o s e d o f an u m b e r o f e l e m e n t s c o n n e c t e d t o g e t h e r . L o a d s a r e s u s t a i n e d b y t h e e l e m e n t ,a n d i t s r e a c t i o n s t r a n s f e r r c d t o o i l i e r e l e m e n t s v i a t h e c o n n e c t i o n s . I n t h i ss i m p l e c o n c e p t f o r d e s i g n i t i s e s s e n t t a l t h a t t h e o v e r a l l a c t i o n o f t h ef r a m e w o r k i s c o n s i d e r e d . T h e r e f o r e a n i n t r o d u c t i o n t o t h e c o n c e p t o f o v e r a l ls t a b i l i t y o f t h e s t r u c t u r e i s g i v e n i n t e r m s o f b r a c i n g s y s t e m s .



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I N T R O D U C T I O N T O D E S I G NI N S T E E L W O R K

S t r u c t u r a l s t e e l w o r k c a n b e e i t h e r a s i n g l e m e m b e r o r a n a s s e m b l y o f an u m b e r o f s t e e l s e c t i o n s c o n n e c t e d t o g e t h e r i n s u c h a w a y t h a t t h e y p e r f o r m as p e c i f i e d f u n c t i o n . T h e f u n c t i o n r e q u i r e d b y a c l i e n t o r o w n e r w i l l v a ne n o r m o u s l y h u t m a y i n c l u d e :

b u i l d i n g f r a m e s b y w h i c h l o a d s m u s t b e s u p p o r t e d s a f e l y a n dw i t h o u t u n d u e m o v e m e n t , a n d t o w h i c h a w e a t h e r p r o o f e n v e l o p em u s t b e a t t a c h e d ; c h e m i c a l p l a n t s u p p o r t s b y w h i c h l o a d s m u s t b e s u p p o r t e d h u tw h i c h c o m m o n l y r e n t n r e n o e x t e r n a l e n v e l o p e ; c o n t a i n e r s w h i c h w i l l r e t a i n l i q u i d s , g r a n u l a r m a t e r i a l s o r g a s e s ,a n d w h i c h m a y a l s o b e e l e v a t e d a s a f u r t h e r s t r a c t u r a l f u n c t i o n ; m a s t s w h i c h m u s t s a f e l y s u p p o r t m e c h a n i c a l o r e l e c t n c a ie q u i p m e n t a t s p e c i f i e d h e i g h t s a n d i n w h i c h t h e d e f l e c t t o n s ,v i b r a t t o n s a n d f a t i g u e m u s t b e c o n t r o l l e d ; c h i m n e y s w h i c h w i l l s u p p o r t f l u e s c a r r y t o g w a s t e g a s e s t o s a f eh e t g h t s ; b r i d g e s w h i c h m u s t s u p p o r t t r a f f i c a n d o t h e r l o a d s o v e r g r e a t l yv a r y i n g s p a n s a n d f o r w h i c h d e g r e e s o f m o v e m e n t m a y b ep e r m i t t e d ; t e m p o r a r y s u p p o r t s u s e d d u r i n g t h e c o n s t r u c t i o n o f s o m e p a i l o f as t r u c t u r e , w h i c h m a y b e o f s t e e l w o r k . c o n c r e t e , b r i c k w o r k , e t c . , i tw h i c h s a f e t y f o r s h o r t p e n o d s a n d s p e e d o f a s s e m b l y a r e i m p o r t a n t .

i t w i l l b e n o t i c e d t h a t b o t h s a f e t y a n d m o v e m e n t o f t h e s t r u c t u r e s d e s c r i b e da r e i m p o r t a n t f o r p r o p e r f u n c t t o n a n d , t o g e t h e r w i t h e c o n o m y , t h e s e w i l l b et h e m a i n c o n s i d e r a t i o n s w h e n d i s c u s s t n g t h e d e s t g n m e t h o d l a t e r , I t s h o u l d b en o t e d t h a t t h e d e s i g n o f o n l y s o m e o f t h e a b o v e s t r u c t u r e s i s c o v e r e d b yB S 5 9 5 0 a n d h e n c e d i s c u s s e d i n t h e l a t e r c h a p t e r s .S t e e l s e c t i o n s a r e r o l l e d o r f o r m e d i n t o a v a r i e t y o f c r o s s - s e c t i o n s , as e l e c t i o n o f w h i c h t s s h o w n t n Fi g . 1 . 1 , t o g e t h e r w i t h t h e i r c o m m o nd e s c r i p t i o n s . T h e m a j o r i t y o f t h e s e c r o s s - s e c t i o n s a r e o b t a t n e d b y t h e h o tr o l l i n g o f s t e e l b i l l e t s i n a r o l l i n g m i l l , w h i l e a m i n o r i t y , s o m e t i m e s i n v o l v t n gc o m p l e x s h a p e s , a r e c o l d f o r m e d f r o m s t e e l s h e e t . H o l l o w s e c t i o n s a r e

o b t a i n e d b y e x t r u s i o n o r b y b e n d i n g p l a t e s t o t h e r e q u i r e d c r o s s - s e c t i o n , a n d



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2 0 S T R U C T U R A L S T E E L W O R K D E S I G N T O O S 5 9 5 0 L O A D I N G A N D L O A D C O M B I N A T I O N S 2 1


20/174

= 5 2 1 k N m= 6 7 6 k NS 5 a = 2 3 8 k N

+

DaF i g . 2 . 4 I n f l u e n c e l i n ef o r M , ,

F i g . 2 . 5 I n f l u e n c e l i n ef o r R f i

F i g . 2 . 6 I n f l u e n c e l i n ef o r 5 , b

a A

S p a n l o a d e d l \ t o m e n t o r f o r c e c o e f f i c i e n t s ai f ,

I 0 . 0 9 42 0 . 0 2 4 0 . 6 5 2 0 . 4 3 33 0 . 0 0 6 0 5 4 5 0 . 0 4 94 ft 0 0 3 0 . 0 0 5 0 . 0 8 00 . 0 2 7 0 . 0 1 3 0 . 0 0 5

+a

4 E

H e n c e t h e m a x i m u m v a l u e o f M 1 o c c u r s w i t h t h e l o a d a r r a n g e m e n t s h o w na n d= ( 0 . 0 9 4 x 5 7 ! 0 0 2 4 x 2 8 3 + D . 0 0 6 < 5 7 1 0 . 0 0 3 x 2 8 3 ) 8 . 0

S i m i l a r l y ,

( e ) L o a d p a t t e r n f o r r e a c t i o n R bM a x i m u m a s I n ( d ) ( F i g . 2 . 5 ) .

( I ) L o a d p a t t e r n fo r s h e a r fo r c e 8 a bM a x i m u m a s i n I c ) ( F i g . 2 . 6 ) .

A 1 B 2 C

A r r a n g e m e n t s o f l o a d i n g f o r m a x i m u m m o m e n t s a n d f o r c e s :

( g ) M o m e n t s a n d f o r c e s

3

S p a n l o a d i n g ( k N )i f ' s I F ',

F o r m o m e n t M iF o r m o m e n t . 4 4F o r r e a c t i o n R bF o r s h e a r fo r c e

5 7 !5 7 !5 7 !5 7 !

2 8 35 7 15 7 !2 8 3

5 7 !2 8 32 8 35 7 1

2 8 35 7 15 7 !5 7 1

2 . 7 E X A M P L E 3 . L O A D I N G O F A P O R T A L F R A M E( a ) F r a m e

S e e F i g . 2 . 7 : p i t c h e d p o r t a l w i t h p i n n e d fe e t ; s p a n 3 8 r n , s p a c e d a t 6 mc e n t r e s .

3 . 4 m5 . 6 m F r a m e s a t 6 . 0 m e a n i r a s

3 0 . 0 mF i g . 2 . 7 P o r t a l fr a m e

M o m e n t s a n d fo r c e s m a y b e fo u n d b y a n y a n a l y t i c a l m e t h o d , b u t fo r e q u a ls p a n c a s e s c o e ffi c i e n t s a r e w h e r e , fo r e x a m p l e= ( a i 1 + a 1 2 1 1 ' 2 + + a 1 4 1 1 1 1 ) L

a n d M 1 , R , , a n d 5 a b a r e g i v e n b y s i m i l a r e x p r e s s i o n s .T h e c o e ffi c i e n t s e m a y b e s u m m a n ze d :

( b ) L o a d i n gS e l f w e i g h t o f fr a m eC l a d d i n g ( r o o f a n d w a l l s )S n o w a n d s e r v i c e sW i n d p r e s s u r e q ( w a l l s )W i n d p r e s s u r e q ( r o o f)

0 . 9 0 k N / m0 . 0 9 k N / m '0 . 7 5 k N / m '1 . 2 0 k N / m '1 . 2 0 k N / m '

W i n d p r e s s u r e s a r e b a s e d o n a b a s i c w i n d s p e e d o f 5 D m / s fo r a l o c a t i o n i nS c o t l a n d .F a c t o r g ' 1 5 , a n d a r e b o t h t a k e n a s 1 . 0 a n d fa c t o r s 3 a s 0 . 8 8 fo r a h e i g h t o f1 D m .

T h e d e s i g n w i n d s p e e d i s h e n c e 4 4 m / s . g i v i n g a d y n a m i c p r e s s u r e o f1 . 2 0 k N / m ' .


2 2 S T R U C T U R A L S T E E L W OA K D E S I G N T O 0 5 5 9 5 0 I L OA D I N G A N D L OA D C OM B I N A T I ON S 2 3


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I t i s p o s s i b l e t o u s e a l o w e r w i n d p r e s s u r e b e l o w a h e i g h t o f S m b u t t h i sm a k e s t h e a n a l y s i s m o r e c o m p l e x f o r v e r y l i t t l e r e d u c t i o n i n f r a m e m o m e n t s .( c ) P r e s s u r e c o e f f i c i e n t s

E x t e r n a l p r e s s u r e c o e f f i c i e n t s ( C , , , ) m a y b e f o u n d a n d a r e s u m m a n z e d i n t h ef o l l o w i n g t a b l e . T h e s e v a l u e s a r e o b t a i n e d f r o m r e f e r e n c e 1 2 ) .

C , , , f o r f r a m e m e m b e rA D B C C D D E

W i n d o n s i d e 0 . 7 1 . 2 0 . 4 0 2 5W i n d o n e n d 0 . 5 0 . 6 0 . 6 0 . 5

D e a d l o a d o n r o o f i s c a l c u l a t e d o n t h e p r o j e c t e d a r e a ( Fi g . 2 . 1 0 ) :S e l f w e i g h t = 0 . 9 x 1 9 . 3 = 1 7 . 5 k NC l a d d i n g = 0 0 9 x 1 9 . 3 x 6 . 0 = l 0 . 5 k NT o t a l W d . = 2 8 . Ok N

D e a d l o a d o n w a l l s ( Fi g . 2 . 1 1 ) :S e l f w e i g h t = 0 . 9 x 5 . 5 = 5 . 0 k N

C B

5 . 5

Fi g . 2 . 1 0 F i g . 2 . 1 1

W i n d l o a d s f o r c a s e ( 1 ) o n s i d e + i n t e r n a l p r e s s u r c :W i n d l o a d o n ' v a i l ( F i g . 2 . 1 3 ) = 0 . 5 x 1 . 2 0 x 6 . 0 x 5 . 5 = l 5 k N

W i n d p r e s s u r e o n r o o f i s d i v i d e d i n t o v e r t i c a l a n d h o r i z o n t a l c o m p o n e n t s( Fi g . 2 . 1 4 ) ,

- -

C a s e( C , , . C , , , ) f o r t r a m e m e m b e rA B B C C D D E

I . W i n d o n s i d e + i n I e m a t 0 . 5 1 . 4 0 . 6 0 . 4 5p r e s s u r e2 . W i n d o n s i d e + n i e m a l 1 . 0 0 . 9 0 . 1 0 , 0 5s u c t i o n3 . W i n d o n e n d + i n t e r n a l 0 . 7 0 . 8 0 . 8 0 . 7p r e s s u r e4 . W i n d o n e n d + i n t e m a l 0 . 2 0 . 3 0 . 3 0 . 2s u c t i o n

V r t i c a l c o m p o n e n t 1 . 4 x 1 . 2 0 x 6 . 0 ' t 1 9 . 0 l 9 2 k Nl - l o n z o n t a l c o m p o n e n t = 1 . 4 x 1 . 2 0 x 6 . 0 x 3 , 4 ' = 3 4 k N

S

IFi g . 2 . 1 3 Fi g . 2 . 1 4

( I t IIC

1 0 D m 1

I t m a y b e n o t e d t h a t c a s e 4 i s s i m i l a r t o c a s e 3 , b u t h a s l o w e r v a l u e s a n d m a yb e d i s c a r d e d .

M e m b e r l o a d s

I n t e r n a l p r e s s u r e c o e f f i c i e n t s ( C , , , ) s h o u l d b e o b t a i n e d t f l , a n d a r e t a k e n i nt h i s e x a m p l e a s + 0 . 2 ( m a x i m u m ) a n d 0 . 3 ( m i n i m u m ) w h i c h a r ec o m b i n e d a l g e b r a i c a l l y w i t h t h e v a l u e s o f a b o v e .Fi g u r e 2 . 8 s h o w s t h e i n d i v i d u a l p r e s s u r e c o e f f i c i e n t s , a n d Fi g . 2 . 9 s h o w st h e v a n o u s c o m b i n a t i o n c a s e s .

a ) W i n d o n s i d e u I W i n d o n e n dFi g . 2 . 8

C l a d d i n g = 0 . 0 9 x 5 . 5 x 6 . 0T o t a l = 3 . Ol c H= 8 . Ok N

I c ) I n t e r n a l p r e s s u r e I d ) l n t t r n s l s u c t i o n

Fi g . 2 . 9C a s e I I n + b I C a s e 2 I n + d l C a s e 3 ) b ' + c I C a s e 4 l b + d l

W II I I H ( l ) i ) l l I I l I m p o s e d l o a d o n r o o f g i v e n o n p l a n a r e a ( a n d s e r v i c e s ) ( Fi g . 2 . 1 2 ) :S n o w l o a d l Fk = 0 . 7 5 x 1 9 . 0 x 6 . 0 = 8 6 k MF I g . 2 . 1 2



22/174

2 6 S T R U C T U R A L S T E E L W OR I < D E S I G N T O B S 5 9 5 0 L OA D I N G A N D L O A D C OM B I N A T I ON S 2 7


23/174

Fi g . 2 . 1 6 B e n d i n gm o m e n t sf o r c o m b i n a t i o n

G r o u p I f , H . i A l 0 A l , ,I . 1 . 4 1 1 1 ,

+ 1 . 6 1 1 1 1 5 3 1 5 3 1 7 7 1 7 7 a 4 3 3 1 5 R 4 32 . 1 . 4 W , ,+ I . 4 1 1 ' , t 1 3 4 1 1 7 1 9 0 1 1 6 7 1 3 2 3 9 7 1 33 . t . 2 1 1 1 ,+ 1 . 2 0 1+ I . 2 1 1 ' . , a 2 1 4 8 2 3 8 6 2 5 0 9 5 2 5 64 . t . D 0 ' , ,+ I . 4 1 V , i 1 5 4 ' 1 2 7 2 0 ! 1 2 7 7 6 4 ' 2 5 9 7 6 4t O W ,

8 2 8 2 1 2 5 1 2 5 5 5 7 1 6 7 5 5 7W h i l e t h e s e r a t t l e s a r e m a x i m a t o p p o s i i e n i g s ) l a m e g r o u p 4 c o n i b i n o m o n i t n s 5 9 3 0 ) s i t m a r o v e r ' p u a a n do v e n a n t u n g o n l y . i i i s u n e c e s s a o y , I r n w e v e r f o r a l l t h e e f f e c t s o f a l o a d c o r n b t n a m ' n n t o b e e o m n n l d e e e d ( n o r a l s oC h a p i e r l 2 )

M a x i m u m a n d m i n i m u m v a l u e s m a y b e s e l e c t e d f r o m t h e t a b l e . B e n d i n gm o m e n t d i a g r a m s m a y b e d r a w n a s s h o w n i n F i g s . 2 . 1 6 a n d 2 . 1 7 .

2 . W i n d L o a d i n g B r i t i s h S t a n d a r d I n s t i t u t e C l ' ) , C h a n t e r V P a r t 23 . M o v i n g l o a d s e f f e c t s M a r s h a l l W . T . & N o t i o n n . M . ( 1 9 9 0 ) M o v I n g l o a d sa n d i n f l u e n c e l i n e s , S r n s c n , r e s , p p . 7 9 i 0 6 . L o n g m a n4 . M o v m n g l o a d e f f e c t s W a n g C . K . ( 1 9 8 3 ) I n f l u e n c e l i n e s f u r s t a t i c a l l yd e t e r m i n a t e b e a m s , i n t e r n i e d i n a m e S t n , c : u r a l . 4 n n l v s : s ,p p . 4 5 9 6 7 . M c G r a w 4 l i I l5 . I n f l u e n c e l i n e s C o a t e s I L C . . C o u l i e M . C . & K o n g F . K . ( 1 9 8 8 )M u e l l e r . B r e n l a u ' s p n n c i p l e . M o d e l a n a l y s i s , S t n , c n s r u l. 9 n o l v s t s , p p . 1 2 7 3 1 . V a n N o s t r a n d R e i n h o l d6 . I n f l u e n c e l i n e s W a n g C . K . ( 1 9 8 3 ) I n f l u e n c e l i n e s f u r s t a t i c a l l yd e t e r m i n a t e b e a m s . ) n r e r n n e d i o , e S ! n s c t u r a l A n a l y s t s .p p . 4 9 6 5 0 3 . K l c G r a w - l - I i l l7 . B M a n d S F c o e f f i c i e n t s ( 1 9 9 2 ) D e s i g n t h e o r y . S t e e l D e s i g n e r r 3 - ! a o i a o l .p p . 1 0 5 1 4 . B l a c k w e l l

8 . B M a n d S F c o e f f i c i e n t s ( 1 9 9 2 ) D e s i g n t h e o r y S t e e / D e r : g r i e r s M n n u r a lp p . 1 0 8 0 9 7 . B l a c k w e l l

F I g . 2 . 1 7 B e n d i n gm o m e n t sf o r c o m b i n a n o n 2

2 5 2

Fi n a l l y t h e e f f e c t o f w a l l d e a d l o a d c a n b e a d d e d , i f a x i a l f o r c e i n t h ec o l u m n s i s r e q u i r e d ( c o m b i n a t i o n 1 ) :M a x i m u m a x i a l f o r c e a t A = 1 7 7 + 1 . 4 x 8 . 2 = 1 9 0 k NM i m m u r n a x i a l f o r c e a t A = 2 0 9 + 1 . 0 x 8 . 2 = 2 0 1 k N

T h e a l t e r n a t i v e m e t h o d o f a n a l y s t s i s b y a p p l i c a t i o n o f p l a s t t c t h e o r y t s e eC h a p t e r 1 3 ) . i n t h i s e l a s t i c a n a l y s i s o f a p o r t a l f r a m e , t h e l o a d i n gc o m b i n a t i o n s c a n b e a d d e d , b u t i n C h a p t e r 1 3 e a c h l o a d c o m b i n a t i o np r o d u c e s i t s o w n u r n q u e c o l l a p s e m e c h a n i s m , i . e . e a c h l o a d c o m b i n a t i o nm u s t b e a n a l y s e d i n d e p e n d e a t l y w h e n a p p l y i n g p l a s t i c t h e o r y .

S T U D Y R E FE R E N C E ST o p i c1 . L o a d i n g

R e f e r e n c e s5 5 6 3 9 9 D e s i g n L o a d i n g f o r B u i l d i n g sP a r t 1 : D e a d a n d i m p o s e d l o a d s ( 1 9 8 4 )P a n 2 : W i n d l o a d s ( 1 9 9 5 )P a s t 3 : i m p o s e d r o o f l o a d s ( 1 9 8 8 )



24/174


25/174

3 2 S T R U C T U R A L S T E E L W O R K D E S I G N T O B S 5 9 5 0 S E A M S i N B U i L D I N G S 3 3


26/174

C o n n e c t i o n s m u s t b e p r o v i d e d a t j u n c t i o n s b e t w e e n m e m b e r s a n d m u s ts a f e l y t r a n s m i t t h e c a l c u l a t e d l o a d s f r o m o n e m e m b e r t o t h e n e x t . A v a r i e t yo f c o n n e c t i o n d e t a i l s e x i s t f o r m o s t c o m m o n s i t u a t i o n s a n d a r e f u l l yd e s c r i b e d i n t h e S C ! h a n d b o o k t 4 1 . D e s i g n i n f o r m a t i o n f o r c o n n e c t i o n s i sg i v e n i n s e c t i o n 6 . B S 5 9 5 0 , w h i c h i n c l u d e s s o m e g u i d a n c e o n b o l t s p a c t a ga n d e d g e d i s t a n c e s . B o l t a n d w e l d . s i z e s a n d c a p a c i t i e s a r e g i v e n i nr e f e r e n c e ( 5 ) .

3 . 7 E X A M P L E 4 . B E A M S U P P O R T I N G C O N C R E T E F L O O R S L A B( R E S T R A I N E D B E A M )( a ) D i m e n s i o n s

( S e e F i g . 3 . 2 . )

B e a m s c e n t r e sS p a n ( s i m p l y s u p p o r t e d )C o n c r e t e s l a b ( s p a r m m g i n t w o d i r e c t t o n s )F i n i s h i n g s c r e e d

r - i

BC

7 . 4 i n

i - i

( 1 ) L o a d i n g

.

F o r p r e l i m i n a r y c a l c u l a t i o n , a n e s t i m a t e d s e l f w e i g h t i s i n c l u d e d . A s s u m eb e a m t o b e 5 3 3 x 2 1 0 x 9 2 t I E ( g r a d e 4 3 A ) . I n s s u f f i c i e n t l y a c c u r a t e t o t a k eb e a m w e i g h t o f 9 2 k g i m = 0 . 9 2 k N / m . M e m b e r s i z e m u s t b e f i n a l l yc o n f i r m e d a f t e r a l l t h e d e s i g n c h e e k s h a v e b e e n e a r n e d o u t .

D e a d l o a d

I m p o s e d l o a d W ; :

2 3 . 7 x 0 . 2 5 0 2= 0 . 9 0 k N / j n 2

6 . 8 3 I N / r n 2

U l t i m a t e l o a d ( f a c t o r e d ) ( F i g . 3 . 4 ) :

( c ) B M a n d S F

I A x 7l . 4 x 5 7 + l . 6 x 4 2I A x 1 2 3 + 1 . 6 x 9 0

M a x a n u m u l t i m a t e m o m e n t M , ( m i d - s p a n )= I D x 7 . 4 / 8 + 2 3 2 x 3 . 0 1 5 8 x 1 . 7 7 4 x 1 0 . 3 5 = 5 7 3 k N mM a x i m u m u l t i m a t e s h e a r f o r c e F , = 1 0 ) 2 + 2 3 2 = 2 3 7 k N

S h e a r c a p a c i t y = 0 . 6 p ,= 0 . 6 x 0 . 2 7 5 x 5 3 1 . 1 x 1 0 . 2 = 5 9 7 k NT h e r e f o r e , a s F , / P ? < 0 . 6 , t h e r e w i l l b e n o r e d u c t i o n I n m o m e n t c a p a c i t y ( s e ec l a u s e 4 . 2 . 5 ) .

( e ) M o m e n t c a p a c i t yT h e c o n c r e t e s t a b p r o v i d e s f u l l r e s t r a i n t t o t h e c o m p r e s s i o n f l a n g e ( F i g . 3 . 6 ) ,a n d l a t e r a l t o r s i o n a l b u c k l i n g i s n o t c o n s i d e r e d . T h e c h o s e n U B i s

S e l f w e i g h tD e a d l o a d s l a bD e a d l o a d s c r e e d

0 . 9 2 x 7 A = 7 k N

A r e a o f s i a b s u p p o r t e d b y b e a m ( F i g . 3 . 3 ) :r e c t a n g l e s 2 x 1 . 4 x 3 . 0 = 8 . 4 m 2t r i a n g l e s 4 x 3 . 0 x 3 . 0 / 2 = 1 8 . 0 m 2o n r e c t a n g l e s 6 . 8 3 x 8 . 4 = 5 7 k No n t r i a n g l e s 6 . 8 3 x 1 8 . 0 = 1 2 3 k N

6 . 0 m7 . 4 m2 S O m m t h i c k4 O m m t h i c kM a i n b e a m

o n r e c t a n g l e s 5 . 0 x 8 . 4 = 4 2 k No n t u i a o g l e s 5 . 0 x 1 8 . 0 = 9 0 k N

4 0 m m s c r e e d\

u n i f o r m l y d i s t r i b u t e do n r e c t a n g l e so n t r i a n g l e s

F i g . 3 . 2 S l a b a n d b e a m s

/ I5 0 m m s l a bE O m

= 1 0 k N= 1 4 7 I N= 3 1 6 k N

3 D m l A m 3 D mF I g . 3 . 3l O k N

A 7 . 4 mU ,

7 4 7 4

a L a L3 . O m 1 . 4 m 1 D m3 . 4

( S e e F i g . 3 . 5 . )S F

F t g . 3 . 5

( d ) S h e a r c a p a c i t yU s i n g t h e d e s i g n s t r e n g t h f r o m T a b l e 1 . 2 f o r g r a d e 4 3 A s t e e l , n o t i n g t h a tm a x i m u m t h i c k n e s s o f s e c t i o n i s 1 5 . 6 m m :

p , , = 2 7 5 N / m m 2c l a u s e 4 . 2 . 3

T y p i c a l b a y o f l a r g e r f l o o r a r e a

C o n c r e t e s l a bS c r e e d ( 4 0 m m )I m p o s e d l o a d2 3 . 7 I N / m 30 . 9 k N / m 2

5 . 0 k N / m 2 S h e a r f o r c e 0 . 2 6



27/174

3 0 S T R U O 1 U R A L S T E E L W O R K D E S I G N T O S I $ 0 5 03 . 8 E X A M P L E 5 . B E A M S U P P O R T I N G P L A N T L O A D S

B E A M S I N B U I L D I N G S 3 7


28/174

P a

fl ul ' l g . 3 . 1 0

t , J 1 ' l $ n i 1 . S m

3 . 1 2

( U N R E S T R A I N E D B E A M )( a ) D i m e n s i o n s

M u m b e a m i s s i m p l y s u p p o r t e d a n d s p a n s 9 . 0 m ( F i g . 3 . 9 ) . B o i l e r s a r es u p p o r t e d s y m m e t n c a l l y o n s e c o n d a r y b e a m s ( A a n d B ) o f s p a n 6 . 0 m , w h i c ha r e a t 5 . 0 m c e n t r e s .

W i t h r e f e r e n c e t o F i g . 3 . 1 1

( c ) B M a n d S F

F i g . 3 . 9 P l a n t l o a d s

W i t h r e f e r e n c e t o F i g . 3 . 1 2 :

F l o o n n g o n b e a m B = 5 . 4 k NI m p o s e d l o a d o n b e a m B = 4 0 . 5 k NU l t i m a t e p o i n t l o a d W 4 = 1 . 4 ( 4 . 0 + 7 . 2 ) + 1 . 6 ( 2 0 0 + 5 4 ) = 4 2 2 k NU l t i m a t e p o i n t l o a d T V 8 = 1 . 4 ( 4 . 0 + 5 . 4 ) + 1 . 6 ( 2 0 0 4 0 . 5 ) = 3 9 8 k N

U l t i m a t e s h e a r f o r c eF , = 1 9 / 2 x 4 2 2 x 6 . 0 / 9 . 0 + 3 9 8 x 1 . 0 / 9 . 0 = 3 3 5 k NU l t i m a t e s h e a r f o r c eF 2 = 1 9 / 2 x 3 9 8 x 3 . 0 / 9 . 0 4 2 2 x 3 . 0 / 9 . 0 = 5 0 4 k N

U l t i m a t e m o m e n t = 3 3 5 x 3 . 0 = 1 0 0 5 k N a ,U l t i m a t e m o m e n t M 0 = 5 0 4 x 2 . 0 = 5 0 4 k f l mN o t e t h a t i n c a l c u l a t i n g t h e m o m e n t s , t h e s m a l l r e d u c t i o n d u e t o t h e s e l fw e i g h t i s i g n o r e d .

D e s i g n s t r e n g t h fo r s t e e l 1 9 . 7 m m t h i c k ( g r a d e 4 3 A ) = 2 6 5 N / n u n 2 ( s e eT a b l e 1 . 2 ) .= O . 6 x 2 6 5 x 6 0 9 6 x l 1 . 9 x k N

S h e a r f o r c e = 3 3 5 k N= 3 3 5 / 1 1 5 3 = 0 . 2 9= 5 0 4 / 1 1 5 3 = 0 . 4 4 0 . 6

T h i s m a x i m u m c o e x i s t e n t s h e a r f o r c e i s p r e s e n t a t p o i n t B , w h i l e t h em a x i m u m m o m e n t o c c u r s a t p o i n t A .

( b ) L o a d i n gB o i l e r l o a d i n g ( e a c h )O p e n s t e e l f l o o n n g ( c a r i i e d o n b e a m s A a n d B )I m p o s e d l o a d ( o u t s i d e b o i l e r a r e a )

C d ) S h e a r c a p a d t y

6 . 0

c l a u s e 4 . 2 . 3

4 0 0 k N0 . 3 k N / m 24 . 5 k N / r n 2

S h e a r c a p a c i t y P . = 0 . 6 p r - i ,

T h e b o i l e r s p r o d u c e r e a c t i o n s o f I O U k N a t t h e e n d o f e a c h s e c o n d a r y b e a m .A l l o w 4 . 0 k N f o r t h e s e l f w e i g h t o f e a c h s e c o n d a r y b e a m ( n o t d e s i g n e d h e r e ) .A s s u m e 6 1 0 x 3 0 5 x 1 4 9 1 W ( g r a d e 4 3 ) f o r m a i n b e a m .

S e l f w e i g h t ( u l t i m a t e ) = 1 . 4 x 9 . 0 x 1 . 4 9 = 1 8 . 8 k NW i t h r e f e r e n c e t o F i g . 3 . 1 0 :

F l o o r i n g o n b e a m A = 0 . 3 x 4 . 0 x 6 . 0 = 7 . 2 k NI m p o s e d l o a d o n b e a m A = 4 . 5 x 3 . 0 x 4 . 0 = 5 4 . 0 k N

S h e a r f o r c e F 2 = 5 0 4 k N

( e ) M o m e n t c a p a c i t yc l a u s e 3 . 5 . 2 T h e c h o s e n s e c t i o n i s a p l a s t i c s e c t i o n ( b / T = 7 . 7 ) .

M o m e n t c a p a c i t y = 2 6 5 , < 4 5 7 0 x = 1 2 1 0 k N mM o m e n t r a t i o M 4 / M c = l 0 0 5 / 1 2 1 0 = 0 . 8 3 < IS e c t i o n i s s a t i s f a c t o r y .



29/174

4 0 S T R U C T U R A L S T E E L W O R K D E S I G N T O 9 5 5 9 5 0( i i ) B E A M B O L T S

B E A M S I N n U I L D I N G S 4 19 . M o m e n t i s r e a m e t h o d C o a t e s I L C . , C a u l k M . G . & K o n g F . K . ( 1 9 8 8 )


30/174

= 5 0 4 / 5 = l 0 O . 8 k N= M d , , , J 1 d 2= 2 5 . 3 x O . 2 0 / 2 ( 0 . 1 0 2 + 0 . 2 0 2 )= 5 0 . 6 k M= 1 ( 1 0 0 . 8 2 + 5 0 6 2 ) = 1 1 3 k N= 0 . 3 7 5 x 2 x 3 0 3 = 2 2 7 k N= 2 2 x 1 1 . 9 x i . 0 3 5 = 2 7 1 l e N= 2 2 x 1 1 . 9 x 0 . 4 6 0 = 1 2 0 k M C2 4 3 k N

a

R e f e r e n c e sB o w l i n g P . 3 . , K n o w l e s P . & O w e n s G . W . ( 3 9 8 8 ) fS t r u c t u r a l S t e e l D e s i g n . S t e e l C o n s t r u c t i o n i n s t i t u t e rM a r s h a l ! W . T . & N e l s o n H . M . ( 3 9 9 0 ) E l a s t i c s t a b i l i t ya n a l y s i s . S t r u c t u r e , p p . 4 2 0 5 2 . L o n g m a n

C o a t e s R . C . , C o u t i e M . G . & K o n g F . K . ( 3 9 8 8 )I n s t a b i l i t y o f s t r u t s a n d f r a m e w o r k s , S t r u c t u r a l A n a l y s i s ,p p . 5 8 7 3 . V n N o s t r a n d R e i n h o l d

C r o x t o n P . L . C . & M a r t i n L i i . ( 1 9 9 0 ) A r e a - m o m e n tm e t h o d s o f a n a l y s t s , S o l v i n g P r o b l e m s i n S t r u c t u r e s .v o l . 2 . p p . 2 3 4 7 . L o n g a n a n

( S e e F i g . 3 . 1 5 . )V e r t i c a l s h e a r / b o l tH o r i z o n t a l s h e a r / b o l t

R e s u l t a n t s h e a r / b o l tS h e a r c a p a c i t y ( d o u b l e s h e a r )c l a u s e 6 . 3 . 3 . 3 B e a r i n g c a p a c i t y / b o l tB e a r i n g c a p a c i t y o f w e b p l a t e P 5 ,h u t x 3 1 . 9 x 0 . 4 6 0 / 2

B e a m b o l t c o n n e c t i o n i s s a t i s f a c t o r y .5 0 . 6

M o m e n t . a r e a m e t h o d s . S t r u c t u r a l A n a l y s i s , p p . 1 7 6 S I .V a n N o s t r a n d R e i n h o l d1 0 . D e f l e c t i o n M a r s h a l l W . T . & N e l s o n t i M . ( 1 9 9 0 ) S i n g u l a n t yf u n c t i o n s , S t r u c t u r e s , p p . 2 3 3 8 . L o n g n s a nI I . D e f l e c t i o n I l e a r n E l . ( 1 9 8 5 ) S l o p e a n d d e f l e c t i o n o f b e a m sM e c h a n i c s o f M a t e r i a l s v o l . 1 , p p . 3 0 2 7 . P e r g a m o n

( i i i ) A N G L E C L E A T S D i r e c t i o no f 1 1 3 t Nr e s u l l a n t

c l a u s e 4 . 2 . 3F I g . 3 . 3 5

S h e a r a r e a o f c l e a t s ( 2 4 n u n h o l e s )= 0 . 9 ( 5 0 0 x 1 2 x 2 5 x 2 x 3 2 x 2 4 ) = 8 2 0 8 m m 2S h e a r c a p a c i t y P . = 0 . 6 x 0 . 2 7 5 x 8 2 0 8 = 1 3 5 0 l e NF V / P , = 5 0 4 / 1 3 5 0 = 0 . 3 7

C o n n e c t i o n c l e a t i s s a t i s f a c t o r y .

S T U D Y R E F E R E N C E ST o p i c

I . L a t e r a l r e s t r a i n tB S 3 9 5 02 . S t r u t b e h a v i o u r

3 . S t r u t b e h a v i o u r

4 . C o n n e c t i o n s5 . B o l t d e t a i l s6 . D e f l e c t i o n f o r m u l a e7 . C o n n e c t i o n s8 . M o m e n t - a r c s m e t h o d

( 3 9 9 3 ) J o i n t s i n S i m p l e C o n n e c t i o n s v o l . I . S t e e lC o n s t r u c t i o n I n s t i t u t e( 1 9 8 5 ) S t e e l u ' a r k D e s i g n v o l . I , S e c t i o n p t o p e r u e s ,m e m b e r c a p a c i t i e s , S t e e l C o n s t r u c t i o n i n s t i t u t e( 3 9 9 2 ) D e s i g n t h e o r y , S t e e l D e s i g n e r s ' M a n u a l .p p . 1 0 2 6 S O . B l a c i r w e l l( 1 9 9 2 ) J o i n t s I n S i m p l e C o n n e c t i o n s v o l . 2 . S t e e lC o n s t r u c t i o n I n s t i t u t e



31/174


32/174


33/174


34/174

P U R L I N S A N D S I D E f l A I L S 5 10 S T R U C T U R A L S T E E L W OR I < D E S I G N T O OS 5 9 5 0

a n d f l e x i b i l i t y d u n n g s i t e e r e c t i o n . Fo r t h e p u r l i n d e s i g n e d i n S e c t i o n 4 . 2 a ( I ) B u c k l i n g r e s i s t a n c e


35/174

l e n g t h o f n o t m o r e t h a n t w o s p a n s ( 1 2 m ) w o u l d b e a c c e p t a b l e ( t h e y c a n b ed e l i v e r e d b u n d l e d t o g e t h e r t o r e d u c e f l e x i b i l i t y ) . C o n u n r n t y c a n a l s o b e A = = 6 0 0 0 / 2 2 . 4 = 2 6 8a r r a n g e d b y U s e o f s i t e c o n n e c t i o n s c a p a b l e o f t r a n s m i t t i n g b e n d i n g m o m e n t s . T h e f a c t o r a i s o b t a i n e d f r o m E S t a b l e 1 6 f o r / 3 = 0 a n d y = A l / A l 0 . j 0S u c h c o n n e c t i o n s a r e c o s t l y t o f a b n c a t e a n d t o a s s e m b l e a n d a r e r a r e l y u s e d a s t h e e n d m o m e n t A l a n d s i m p l y s u p p o r t e d m o m e n t A l 0 a r e e q u a l ( b u ti n s m a l l s t r u c t u r a l e l e m e n t s s u c h a s p u r l i n s a n d s i d e r a i l s . U s i n g t h e s a m e o p p o s i t e s i g n ) , h e n c ee x a m p l e a s i n S e c t i o n 4 . 2 , t h e d e s i g n i s r e p e a t e d f o r a p u r l i n c o n t i n u o u s o v e rt w o s p a n s o f 6 . 0 m . a 0 . 6 6i t t = 1 . 0

i t = 0 . 9 0 2( a ) D i m e n s i o n s A / x = 2 6 8 / 1 4 . 5 = 1 8 . 5w h e r e x i s t h e t o r s i o n a l i n d e x .A s S e c t i o n 4 . 2 ( a ) . E S t a b l e 1 4 = 0 . 4 9= 0 . 6 6 x 0 . 9 0 2 ' < 0 . 4 9 x 2 6 8 = 7 8( b ) L o a d i n g

E S t a b l e 1 1 p j , = 1 7 0 N / r n m 2A s S e c t i o n 4 . 2 : a s s u m e p u r l i n t o b e 1 5 2 x 7 6 c h a n n e l , 4 3 s t e e l : = 1 7 0 x 1 3 0 x = 2 2 . 1 k N m= 2 . 8 8 k N I= 2 . 7 1 1 2 . 4 / 2 2 . 1 + 4 . 5 / ( 2 7 5 x 4 1 . 3 x = 0 . 9 61 1 ' d y = 0 . 9 9 k NU l t i m a t e l o a d r i ' , = 1 6 . 5 k NU l t i m a t e l o a d I V , = 6 . 0 k W ( g ) D e f l e c t i o n

Fr o m E x a m p l e 6 . t h e i m p o s e d l o a d a t s e r v i c e a b i l i t y l i m i t s t a t e i sc ) D I I a n d S F= 7 . 9 5 k WW i t h r e f e r e n c e t o Fi g . 4 . 1 2 : & = 7 . 9 5 x 6 0 0 & / ( l 8 5 x 2 0 5 x 8 5 2 x = 5 . 3 m m

M , k N m M a x i m u m u l t i m a t e m o m e n t ( a t c e n t r a l s u p p o d ) = 2 . 8 9 k W: > / 5 ' = 1 4 . 5 m m= 1 6 . 5 x 6 . 0 / 8 = 1 2 . 4 k N m D e f l e c t i o n l i m i t G 0 0 0 / 2 0 0 = 3 O m m0 4 N F, = 0 . 6 5 x 1 6 . 5 = 1 0 . 4 k WS i . = 4 . 5 k W mFI g . 4 . 1 2 F , , = 3 . 8 k W

( d ) S h e a r c a p a c i t yS h e a r f o r c e i s l e s s t h a n 0 . 6 s h e a r c a p a c i t y , a s S e c t i o n 4 . 1 ( d ) .

( e ) M o m e n t c a p a c i t yE S t a b l e 7 T h e 1 5 2 x 7 6 c h a n n e l i s a c o m p a c t s e c t i o n ( b / T = 8 . 4 5 ) , h e n c e

5 x 1 3 0 x 1 0 3 = 3 5 . 8 k N mv ! ' 7= 9 . Ok N mI

1 2 . 4 / 3 5 . 8 + 4 . 5 / 9 . 0 = 0 . 8 5



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37/174

5 6 S T R U C T U R A L S T E E L W O R K D E S I G N T O a s S S S O C R A N E G I R D E R S 5 7D e a d l o a d d u e t o s e l f w e i g h t o f g i r d e r ( 1 . 7 9 + 0 . 3 6 k N / m ) a n d r a i l ( e ) S h e a r c a p a c i t y( 0 . 2 5 k N / m ) i n c l u d i n g y , i s


38/174

c l a u s e 4 . 2 . 3 D e s i g n s t r e n g t h f o r c h o s e n s e c t i o n w i t h f l a n g e 2 2 m m t h i c k :T a b l e 1 . 2 p , = 2 6 5 N / m m 2J ' d 1 . 4 x 2 . 4 0 3 < 6 . 5 = 2 I . 8 k N i : ). 1 - S h e a r c a p a c i t y P s . , = 0 . 6 p , A ,

= 0 . 6 x O . 2 6 5 x 6 1 7 . 5 x 1 4 . 12 5 k g / r n r a i l = 0 4 1 < 0 . 6 0S h e a r c a p a c i t y P = 0 . 6 x 0 . 2 6 5 ( 3 0 7 x 2 3 . 6 + 2 8 0 x l 2 0 ) = 2 0 3 0 k NF / P , = 0 . 0 1 < 0 . 6 08 0 x 2 0 p l a t e ( 3 5 k g / n I :

1 7 9 k g / r n U B- ( 0 M o m e n t c a p a c i t yF i g . 5 . 5

c l a u s e 3 . 5 . 5 T h e c h o s e n s e c t i o n ( F i g . 5 . 6 ) I S a p l a s t i c s e c h o n w i t hb i f ( i n t e r n a l ) = 2 8 0 / 2 0 = 1 4d ) B M a n d S F b i f ( e x t e r n a l ) = 7 5 . 5 / 1 0 . 4 = 6 . 5

M o m e n t d u e t o v e r t i c a l w h e e l l o a d s i se i t h e r = 3 3 5 x 6 . 5 / 4 = 5 4 4 k N : r 2 8 0o r 2 0 ( L / 2 c / 4 ) 2 / L = 2 x 3 3 5 ( 6 . 5 / 2 3 . 5 / 4 ) 2 / 6 . 5I I= 5 8 1 k N m ( 6 6 4 k N m w h e n a c t i n g a l o n e ) F ,M o m e n t d u e t o d e a d l o a d = 2 l . 5 x 6 . 5 / 8 = I B l c N m 1 'M a x . u l t i t h a t e m o m e n t M , = 5 8 1 + 1 8 ' j _ _= 5 9 9 k N m ( 6 8 2 k N m w h e n a c t i n g a l o n e ) j - 4 r . - - P l a s t i c N AA l t h o u g h t h e d e a d l o a d m a x i m u m B M o c c u r s a t m t d - s p a n , a n d t h e w h e e l F I g . 5 . 6 t a x i s o t e q u a l a r i a )m a x i m u m o c c u r s a d i s t a n c e c / 4 a w a y , i t i s u s u a l t o a s s u m e t h e v a l u e o f A - f r t o - "b e t h e s u m o f t h e m a x i m a a s s h o w n . F o r t h e b u i l t - u y s e c t i o n c h o s e n , t h e d e s i g n e r m a y n e e d t o c a l c u l a t e t h e p l a s t i co m e n t d u e t o s u r g e l o a d = 2 x 9 . 1 ( 6 . 5 / 2 3 . 5 / 4 ) 2 / 6 . 5

i c m o d u l u s ( 5 , ) t ' 1 ) , i f t i d s i s n o t a v a i l a b l e i n p u b l i s h e d t a b l e s . T h e p r o p e r t i e s= 1 5 . 8 k N m m a y b e o b t a i n e d f r o m f o r m u l a e g i v e n i n A p p e n d i x A .M a x . u l t i m a t e m o m e n t = 1 5 . 8 k N m : o f p l a t e = 2 8 0 x 2 0 = 5 6 0 0 m m 2S h e a r f o r c e d u e t o v e r t i c a l w h e e l l o a d s i s : T o t a l a r e a A = 2 2 8 + 5 6 0 0 x l 0 _ 2 = 2 8 4 c m 2( V ( 2 c I L ) = 3 3 5 a 3 . 5 / 6 . 5 )= 4 9 0 k N ( 5 6 0 k N w h e n a c t i n g a l o n e ) . : , ' P l a s t i c s e c t i o n p r o p e r t i e s :V e r t i c a l s h e a r f o r c e d u e t o d e a d l o a d 2 I . 8 / 2 = 1 l k N 4 = 5 6 0 0 1 ( 2 x l 4 . I ) = l 9 8 . 6 n u n ( i . e . l 3 O m m b e l o w t o p f a c e )M a x . u l t i m a t e s h e a r f o r c e F , = 4 9 0 + I I = 5 5 2 0 + [ 1 4 . t x 1 9 8 . 6 2 + 5 6 0 0 ( 6 1 7 . 5 / 2 + 2 0 / 2 5 0 1 k N ( 5 7 1 k N w h e n a c t i n g a l o n e ) = 6 7 5 0 c m 3L a t e r n I s h e a r f o r c e d u e t o s u r g e l o a d = 9 . 1 ( 2 3 . 5 / 6 . 5 ) = 1 3 . 3 k N ( f o r t o p f l a n g e o n l y ) = ( 2 3 . 6 x 3 0 7 2 / 4 + 2 0a x . u l t i m a t e s h e a r f o r c e = 1 3 . 3 k N : ' r - : = 9 4 8 c m 3a x . u l t i m a t e r e a c t i o n R 1 = 4 9 0 + 2 1 . 8 = 5 1 2 k N E l a s t i c s e c t i o n p r o p e r t i e s :1 ? . = I 3 . 3 k N -4 = 5 6 0 0 ( 6 1 7 . 5 + 2 0 ) / ( 2 8 4 x 1 0 2 )4 = 1 5 2 0 0 0 + 2 2 8 x 6 2 8 2 x+ 5 6 0 0 ( 6 1 7 . 5 / 2 + 2 0 / 2 _ 6 2 . 8 ) 2 x= 1 9 8 0 0 0 c m 4Z , = 1 9 8 0 0 0 / ( 6 1 7 . 5 / 2 + 6 2 . 8 ) = 5 3 2 0 c m 3

4 = 1 1 4 0 0 + 2 0 x 2 8 & / ( l 2 x 1 5 1 0 0 c m 1



39/174

( i ) W e b b e a r i n gA t t h e s a m e p o i n t s t h e w e b o f t h e g i r d e r m u s t

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

C R A N E G I R D E R S 6 10 0 S T R U C T U R A l . S T E E L W O R K D E B t O N T O E S I B I D

( I t ) C o n n e c t i o n


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F i g . 5 . 1 0

b e c h e c k e d fo r l o c a l( s e e F i g . 5 . 1 0 ) . I f n e c e s s a r y , b e a n n g s t i ffe n e r s m u s t b e i n t r o d u c e d t o p r e v e n tl o c a l c r u s h i n g o f t h e w e b .c l a u s e 4 . 1 1 . 5 L o a d d i s p e r s i o n u n d e r w h e e l = 2 ( 7 5 + 4 3 . 6 + I 6 . S ) = 2 7 0 m m

D e a n n g c a p a c i t y = 2 7 0 x 1 4 . 1 x 0 . 2 6 5 = I O a 9 k NM a x i m u m w h e e l l o a d = 3 8 3 k N

R a i l ,'\ / 4 5 ' 1 5fl a n g e \- p l a t e . - x 1 6 . 5U n d e r w h e e lo o t o lfi l l e t l i i

1 6 . 5i n 2 . 5

1 A t s u p p o r tL o a d d i s p e r s i o n a t s u p p o r t :

M i n i m u m s t i ff n 2 = ( 2 3 . 6 + l 6 . S ) 2 . S = l O O m mF 1 = 5 7 1 k N ( s u p p o r t r e a c t i o n )b , = 5 7 1 / ( 1 4 . 1 x 0 . 2 6 5 ) 1 0 0 = 5 3 m m

W e b b e a n n g a t t h e s u p p o r t r e q u i r e s a m i n i m u m s t i f f b e a n n g o f 5 3 m m ; c h e c kt h a t t h e s u p p o r t s p r o v i d e t h i s m i m m u m s t i f f b e a n n g t o p r e v e n t w e b b e a n n gc a p a c i t y o f t h e g i r d e r fr o m b e i n g e x c e e d e d ( s e e F i g 5 . 1 0 ) .

( J ) D e fl e c t i o nS e r v i c e a b i l i t y v e r t i c a l w h e e l l o a d e x c l u d i n g i m p a c t

1 9 1 . 4 k I NM a x . d e fl e c t i o n fo r p o s i t i o n= a 3 / L 3 ) / 6 E Ja = ( L c ) / 2 = l . 5 m

D e fl e c t i o n l i m j t = 6 5 0 0 / 6 0 0 = l O . 8 m m

T h e v e r t i c a l fo r c e s a r e t r a n s m i t t e d t o t h e s u p p o r t i n g b r a c k e t b y d i r e c t b e a n n g( F i g . 5 . 1 1 ) . H o r i zo n t a l - r e a c t i o n s a r e p r e s e n t fr o m s u r g e l o a d ( 1 3 . 3 k I N ) a n dh o r i zo n t a l b r a k i n g ( 1 5 . 3 k N ) . T h e s u r g e l o a d i s t r a n s m i t t e d t o t h e c o l u m n b yt h e d i a p h r a g m ( F i g . 5 . 7 ) . T h e b r a k i n g fo r c e w i l l b c t r a n s m i t t e d b y n o m i n a lb o l t s ; p r o v i d e , s a y t w o M 2 0 b o l t s ( g r a d e 4 . 6 ) .

5 . 4 E X A M P L E J O . C R A N E G I R D E R W I T H L A T E R A L R E S T R A I N TT h e d e s i g n i n S e c t i o n 5 . 3 m a y b e r e p e a t e d b u t i n c l u d i n g a l a t t i c e r e s t r a i n t t ot h e c o m p r e s s i o n fl a n g e . I n p r a c t i c e s u c h a l a t t i c e g i r d e r m a y h a v e b e e np r o v i d e d s p e c i fi c a l l y f o r t h i s p u r p o s e , o r t o s u p p o r t a c c e s s p l a t fo r m s o rw a l k w a y s ( F i g . 5 . 1 2 ) . I n m o d e m U K p r a c t i c e i t i s r a r e l y e c o n o m i c t o i n c l u d es u c h a r e s t r a i n t i n o r d e r t o r e d u c e t h e b e a m s i ze , e x c e p t i n h e a v y m d u s t n a lb u i l d i n g s .

( a ) D i m e n s i o n sA s S e c t i o n 5 . 3 .

( b ) L o a d i n gA s S e c t i o n 5 . 3 ( m a k i n g n o c o r r e c t i o n fo r t h e c h a n g e d s e l f w e i g h t ) .

( c ) W h e e l t o a d sA s S e c t i o o 5 . 3 .

C d ) B M a n d S FA s S e c t i o n 5 . 3 , i . e .

M a x . I t '! , = 5 9 9 k N m ( 6 8 3 k N m w h e n a c t i n g a l o n e )M a x . I t '! . , = 1 5 . 8 k N m

( e ) S h e a r c a p a c i t yA s m a l l e r U B m a y b e c h o s e n a s l a t e r a l r e s t r a i n t i s p r o v i d e d . A s s u m e a5 3 3 x 2 1 0 x 1 2 2 U B w i t h n o p l a t e a d d e d . N o t e t h a t i n t h e d e s i g n i n S e c t i o n5 . 3 w e b b e a n n g a n d b u c k l i n g w e r e c n t i c a t , h e n c e a r e v i s e d s e c t i o n h a v i n g as i m i l a r w e b t h i c k n e s s i s c h o s e n .

F i g . 5 . 1 2

I - -- C 4D F c o m p r e s s i o n , O C R , w e b - o p t i m i za t i o n w i t h C VI S I O N 's P d fC o m p r e s s o r

6 2 S T R U C T U R A L S T E E L W OR K D E S I G N T O 5 5 5 9 5 0 C R A N E G I R D E R S 6 3

= O . 6 x 0 . 2 6 5 x 5 4 4 . 6 x 1 2 . 8 = 1 0 8 k Nc l a u s e 1 . 2 . 3 S h e a r c a p a c i t y p 5 = ( I ) C o n n e c t i o n
http://www.cvisiontech.com/pdf_compressor_31.htmlhttp://www.cvisiontech.com/pdf_compressor_31.htmlhttp://www.cvisiontech.com/pdf_compressor_31.htmlhttp://www.cvisiontech.com/pdf_compressor_31.htmlhttp://www.cvisiontech.com/pdf_compressor_31.htmlhttp://www.cvisiontech.com/pdf_compressor_31.html


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( I ) M o m e n t c a p a c i t y

F' / P , = 5 7 1 / 1 1 0 8 = 0 . 5 2

T h e c h o s e n U S i s a p l a s t i c s e c t i o n ( b I T = 5 . 0 )M o m e n t c a p a c i t y A l a =B u t

S e c t i o n i s s a t i s f a c t o r y .

( h ) D e f l e c t i o nW h e e l l o a d = 1 9 1 . 4 k NC a l c u l a t i o n a s i n S e c t i o n 5 . 3 ( j ) g i v e s b = 9 . Om mL i m i t = 6 5 0 0 / 6 0 0 = 1 0 . 5 m m

A s S e c t i o n 5 . 3 b u t t h e l a t t i c e t r a n s m i t s h o r i z o n t a l f o r c e s t o t h e s u p p o r t : h e n c et h e d i a p h r a g m i s n o t n e e d e d .

T h e l a t t i c e g i r d e r w h i c h p r o v i d e s r e s t r a i n t t o t h e c r a n e g i r d e r t o p f l a n g e i sl o a d e d b y

( i ) t h e r e s t r a i n t f o r c e o f 1 1 . 4 5 1 1 4 ( 1 3 . 0 6 k N w h e n a c t i n g a l o n e ) w h i c h i sc o n s i d e r e d t o b e d i s t r i b u t e d b e t w e e n t h e n o d e s o f t h e l a t t i c e ;( i i ) i h e s u r g e l o a d o f 9 . 1 k N p e r w h e e l ( 1 0 . 4 t i N w h e n a c t i n g a l o n e ) .2 8 . 6 k N i o t a i

I I I I I1 2 3 4 5 6 7 8 9

T h e t r u s s i s a n a l y s e d b y g r a p h i c s , c a l c u l a t i o n , o r c o m p u t e r , g i v i n g m e m b e rf o r c e s a s t a b u l a t e d ( t i N ) :P a n e l i o p c h o r d B o t t o m c h o r d D i a g o n a l P o s t

I 0 2 1 . 2 3 0 . 0 02 2 1 . 2 3 8 . 3 2 4 . 2 1 7 . 13 3 8 . 3 5 1 . 3 1 8 . 4 1 3 , 04 5 1 . 3 5 1 . 0 0 . 3 0 . 35 4 6 . 6 5 1 . 0 6 . 1 06 3 8 1 4 6 , 6 1 1 . 9 4 . 37 2 5 . 7 3 8 . 2 1 1 . 7 8 , 48 0 2 5 . 7 3 6 . 3 1 2 . 59 0

T h e a p p l i e d f o r c e s m a y a c t m e i t h e r d i r e c t i o n a n d h e n c e t h e m e m b e r f o r c e sm a y b e e i t h e r t e n s i o n o r c o m p r e s s i o n . D e s i g n i n g t h e c h o r d m e m b e r s f o r ac o m p r e s s i o n o f 5 1 . 3 t i N ; u s e a 3 5 x 4 5 x 6 e q u a l a n g l eA L 5 I r , , . t . 0 x 8 1 3 / 8 . 6 7 9 4

p = I 3 5 N / m m 2

D e s i g n i n g t h e d i a g o n a l s f o r a c o m p r e s s i o n o f 3 6 . 2 t i N u s i n g t h e s a m e s i n g l ea n g l e :E f f e c t i v e l e n g t h L e = 1 . 0 x 8 l 3 / c o s 4 5 = 1 1 5 0 m mA = 1 1 5 0 / 8 . 6 7 = 1 3 3= 8 3 N / m m 2

P r

( j ) L a t t I c e

6 2 3 m m

= 0 . 2 6 5 x 3 2 0 0 = 8 4 9 k N m= I . 2 p , 4= 1 . 2 x 0 . 2 6 5 x 2 7 9 9 = 8 9 0 k N m= 6 8 3 / 8 4 9 = 0 . 8 0

c l a u s e 4 , 3 . 2 T h e e f f e c t o f t h e l a t e r a l m o m e n t M , . i s c o n s i d e r e d l a t e r i n p a r t U ) i nc o m b i n a t i o n w i t h a r e s t r a i n t f o r c e e q u a l 1 0 2 . 5 % o f t h e f l a n g e f o r c e . N o t e t h a tt h e v a l u e o f 1 % t n t h e i n i t i a l v e r s i o n b f c l a u s e 4 . 3 . 2 w a s c o n s i d e r e d l o b e t o os m a l l .Fl a n g e f o r c e m a y b e e s t i m a t e d a s : 5 9 9 / 0 . 5 2 3 = 1 1 4 5 t i N ( 1 3 0 6 t i N w h e na c t i n g a l o n e ) ; s e e Fi g . 5 . 1 3 .R e s t r a i n t f o r c e = 2 8 . 6 t i N ( 3 2 . 6 t i N w h e n a c t i n g a l o n e )

Fi g ( g ) W e b b u c k l i n g / b e a r i n gM i n i m u m s t i f f b e a n n g l e n g t h a i s u p p o r t t o r e s i s t r e a c t i o n o f 5 7 1 t i N .f t 5 4 4 . / 2 2 7 2 m mA = 2 . 5 x 4 7 7 / l 2 . 8 9 3

E S t a b / e 2 7 c P r = 1 3 4 N / m m 2M m . b e a n n g l e n g t h b , = 5 7 1 / ( 1 2 . 8 x O . 1 3 4 ) 2 7 2 = 6 1 m mn , = ( 2 l . 3 + 1 2 . 7 ) 2 . 5 8 5 m mM m . b e a n n g l e n g t h b , = 5 7 l / ( 1 2 . 8 x 0 . 2 6 5 ) 8 5 = 8 4 m m

T h e r e f o r e , a s t i f f b e a n n g l e n g t h o f a t l e a s t 8 4 r u i n i s n e e d c d a t t h e s u p p o r t s t og i v e a d e q u a t c b e a r i n g s t r e n g t h f o r t h e g i r d e r .

F i g . 5 . 1 4

9 . 1 1 N 9 . 1 I N

4 5 .8 b a y s a t 8 1 3 . 5 m m

E S t a b l e 2 7 c C o m p r e s s i o n r e s i s t a n c e = A g P r= 5 . 0 9 x l 3 5 x

E S t a b l e 2 7 c



42/174


43/174


44/174


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46/174

7 4 S T R U C T U R A L S T E E L W OR i < D E S I G N T O E S 5 9 5 0 T R U S S E S 7 5( I ) S t r u t ( m e m b e r 1 0 )

M a x . c o m p r e s s i o n F = 2 3 . 9 k Nc l a u s e 4 . 8 . 3 . 2 F / A g p , . + / t l , J & i , , !

1 2 1 . 9 / ( 2 1 . 2 x 2 7 5 x 1 0 5 + 3 3 6 / 6 7 = 0 7 1


47/174

( h ) B o t t o m c h o r d d e s i g nM a x t e n s I O n = 1 I 3 . 0 k NM a x c o m p r e s s i o n 3 9 . 2 k N

U s e t w o 7 5 x 5 0 x 6 u n e q u a l a n g l e s s p a c e d 8 m m a p a r t ( s e m i - c o m p a c t )E f f e c t i v e a r e a A , = a i + 5 a , a , + a , )a i = ( L t 1 2 ) t D t= 1 7 5 3 ) 6 2 2 x 6 = 3 0 0 m m 'a l l o w i n g f o r o n e 2 2 m m d i a m e t e r h o l e i n c a l c u l a t i n g U I :

a 2 = 1 5 0 3 ) 6 = 2 8 2 m m 'A , = 3 0 0 + 5 x 3 0 0 x 2 8 2 1 ( 5 x 3 0 0 + 2 8 2 )= 5 3 7 m m ' / a n g l eN o t e t h a t A , b e c o m e s n e t a r e a i f c l a u s e 4 , 6 . 3 , 3 i s s a t i s f i e d .T e n s i o n c a p a c i t y F , = A , p , = 2 x 5 3 7 x 0 . 2 7 5 = 2 9 5 1 6 4C o m p r e s s i o n r e s i s t a n c e m u s t b e c h e c k e d a s s u m i n g l a t e r a l r e s t r a i n t t o t h eb o t t o m c h o r d a t t h e c h o r d b r a c i n g c o n n e c t i o n s , m a x i m u m s p a c i n g 4 . 6 4 m( F i g . 6 . 8 ) .

r , , 2 1 , 4 m mA , , , = 4 6 4 0 / 2 1 . 4 = 2 1 7A r = 5 8 0 / 1 0 . 8 = 5 4

( f o r c o n n e c t i o n s a t q u a r t e r p o i n t s , i . e . 0 . 5 8 m c e n t r e )A , , = , / ( 2 l 7 ' + 5 4 ' ) = 2 2 4M a x i m u m s l e n d e r n e s s = 2 5 0C o m p r e s s i o n s t r e n g t h P . = 3 4 N / m m 2C o m p r e s s i o n r e s i s t a n c e = A g P c= 1 4 . 4 x 3 4 x l 0 " = 5 0 . 4 3 6 4S e c t i o n i s s a t i s f a c t o r y .

M a x . t e n s i o n = 1 0 , 3 k NU s e 6 0 x 6 0 x 6 e q u a l a n g l e

1 8 . 2 m mL = L 7 2 m0 . 8 5 L J r , , = 1 2 5 o rAC o m p r e s s i v e s t r e n g t h P . = 9 1 N / m m ' f o r A = 1 2 5C o m p r e s s i o n r e s i s t a n c e = A g P c= 6 . 9 1 x 9 1 xS e c t i o n i s s a t i s f a c t o r y .

C o n n e c t i o n

= 1 6 0 x 2 x 0 , 2 4 5 = 7 8 k NH e a r i n g c a p a c i t y o f b o l t s F , , , , d t p , , , , = 2 x 2 0 x 6 x 0 . 4 5 0 3 0 8 k NB e a r i n g c a p a c i t y o f a n g l e s F , , , = d i p , , , = 2 x 2 0 x 6 x 0 . 4 5 0 = 1 0 8 k Nb u t F , , , e l p , , , / 2 = 4 0 x 6 x 0 , 4 5 0 / 2 = 5 4 k NC l e a r l y a b o l t s i z e o f a s l o w a s I 6 m m w o u l d b e p o s s i b l e .G u s s e t p l a t e s t r e s s c a n b e b a s e d o n a n e f f e c t i v e w i d t h ( F i g . 6 . 7 ) o f6 0 / c o s 3 0 ' 2 2 = 4 7 m m .

S e c t i o n s a t i s f a c t o r y .B u c k l i n g r e s i s t a n c e m o m e n t o f t h e s e c t i o n m u s t b e c h e c k e d u s i n g :

S l e n d e r n e s s A= 2 1 5 5 / 2 6 . 2 = 8 2c l a u s e 4 , 3 , 8 B u c k l i n g r e s i s t a n c e 4= 0 . 8 x 2 7 5 x 2 4 . 3 x l 0 " 3 = 5 . 3 5 k N m

O v e r a l l b u c k l i n g c h e c k ( s i m p l i f i e d a p p r o a c h ) :c l a u s e 4 . 8 . 3 . 3 F/ A c P t + m M J A I , , I w h e r e n i = 3 . 0

1 2 1 , 9 / 2 6 1 + 3 . 3 6 / 5 . 3 5 1 . 0 0

c l a u s e 4 . 6 . 3 . 2

F i g . 6 , 5 a n dc l a u s e 4 . 7 . i O . 2 a1 3 5 t a b l e 2 7 c

C h e c k t h e s t r e n g t h o f t h e c o n n e c t i o n j o t n t n g m e m b e r s 6 , 7 . 1 0 a n d 1 3 .A s s u m e a n 8 m m t h i c k g u s s e t p l a t e a n d 2 0 m m b o l t s ( g r a d e 4 , 6 ) , s e e F i g 6 . 1 4 .M a x , f o r c e ( m e m b e r 1 3 ) = 3 L 3 k N

F o r c e c h a n g e b e t w e e n m e m b e r s 6 a n d 7 i s 3 2 . 2 k N . I f m e m b e r s 6 a n d 7 w e r et o b e j o i n e d a t t h i s c o n n e c t i o n ( t o c h a n g e s i z e o r r e d u c e f a b n c a t , n n l e n g t h s )t h e n m a x i m u m f o r c e ( m e m b e r 6 ) w o u l d b e 9 6 . 9 k N .

' 9

c l a u s e 4 7 . 3 . 2 b 5 t a b l e 2 7 c

F i g . 6 . 1 4 2 2 m m h o l e s b r 2 0 m m b o i i a

c l a u s e 6 . 3 . 2 S h e a r c a p a c i t y o f b o l t s ( d o u b l e s h e a r )c l a u s e 6 . 3 . 3 . 2c l a u s e 6 . 3 . 3 . 3


1 0 S T R U C T U R A L S T E E L W O ffi ( D E S I G N T O E S 5 0 3 0 - i * S M T R U S S E S 7 7P l a t e s t r e s s = 3 2 . 3 x 4 7 ) = 8 6 N / m i n 2( M a x i m u m v a l u e i s p , = 2 7 5 N / m m 2 )T h e r e m a i n i n g h - u s s m e m b e r s m a y b e d e s i g n e d i n t h e s a m e w a y , w i t h t h e

( c ) T r u s s fo r c e sA n a l y s i s o f t h e t r u s s t 1 2 1 u n d e r t h e n o d a l l o a d s g i v e s t h e m e m b e r f o r c e s ( k 3 4 )


48/174

c o m p r e s s i o n f o r c e u s u a l l y b e i n g t h e m a i n d e s i g n c n t e r j o n . I t s t i o u l d b e n o t e dt h a t i t i s g o o d p r n c t i c e t o l i m i t t h e n u m b e r o f d i f f e r e n t m e m b e r s i z e s b e i n gu s e d , p r o b a b l y n o t m o r e t h a n f o u r i n t o t a l . T h e d e f l e c t i o n o f a r o o f t r u s s i s n o tu s u a l l y c r i t i c a l t o t h e d e s i g n , a n d t h e e f f e c t s o f s a g u n d e r l o a d m a y b e o f f s e tb y p r e - c a m b e r i n g t h e t r u s s d u r i n g fa b n c a t i o n b y , s a y , 5 0 m m o r l O O m m . I ft h e d e f l e c t i o n i s r e q u i r e d t h e n h a n d o r g r a p h i c a l o r t h e v i r t u a lw o r k m e t h o d t 9 i O ) . o r a p p r o p n a t e p r o g r a m s m a y b e u s e d . I t s h o u l d b e n o t e dt h a t d e f l e c t i o n d u e t o b o l t s l i p c a n b e s i g n i f i c a n t c o m p a r e d w i t h d e a d l o a de l a s t i c d e f i e c t i o n s .

( a ) D i m e n s i o n sS e e F i g . 6 . 1 5 : l a t t i c e g i r d e r f a b n c a t e d f r o m t u b u l a r s e c t i o n s , s p a n 8 . 0 m ;s p a c i n g 3 . 5 m . ( d )

i n t h e t a b l e :

T o p c h o r dM e m b e r F o r c e

B o t t o m c h o r dM e m b e r F o r c e

D i a g o n a l sM e m b e r F o r c e

I34

1 8 83 2 24 0 24 2 9

5678

1 0 7 2 6 8 3 7 5 4 2 9

9I DI I1 21 31 41 5t o

1 5 2- 1 4 41 1 4

7 67 6

3 83 8

0

C o m p r e s s i o n f o r c eB M i n t o p c h o r d

i s p o s i t i v e .

D e a d l o a d o n t i m b e r j o i s t :f l o o r 0 . 5 x 3 . 5 x 0 . 5 = 0 . 8 S k Nf i n i s h e s 0 . 2 x 3 . 5 x 0 . 5 = 0 . 3 5 k Nw e i g h t o f t r u s s ( e s t i m a t e d ) = 0 . 3 7 k NT o t a l l o a d I V , , = 1 . 6 0 k NI m p o s e d l o n d o n t i m b e r j o i s tI T ' , = 4 . 0 x 3 . 5 x 0 . 5 = 7 . O O k N

L o a d o n g i r d e r f r o m e a c h j o i s t = 1 . 4 W ,, + 1 . 6 W ,1 . 4 x 1 . 6 0 x 1 . 6 x 7 . 0 0 = l 3 . 4 k NC o n c e n t r a t e d l o a d a t n o d e s = 2 6 . 8 k N

M a x . c o m p r e s s i o n F = 4 2 9 k NM a x . B M M X 1 . 6 S k N mU s e 9 0 x 9 0 x - 6 . 3 I 1 R Sr 3 4 . l m mS l e n d e r n e s s A = 0 . 8 5 x l 0 0 0 / 3 4 . i = 2 5S t r u t t a b l e f o r R I - I S i s t a b l e 2 7 aC o m p r e s s i v e 2 7 0 N / m m 'C o m p r e s s i o n r e s i s t a n c e P c= 2 0 . 9 x 2 7 0 xS e c t i o n c h o s e n i s p l a s t i c ( b I T 1 4 )M o m e n t c a p a c i t y

L o c a l c a p a c i t y c h e c kF / A 5 ? S4 2 9 / ( 2 0 . 9 x 2 7 5 x I . 6 8 ( 1 7 . 9 6 = O . 8 4

S e c t i o n i s s a t i s f a c t o r yL a t e r a l t o r s i o n a l b u c k l i n g n e e d n o t b e c o n s i d e r e d i f c o m p r e s s i o n f l a n g e i sp o s i t i v e l y r e s t r a i n e d c o n n e c t e d t o t h e t i m b e r j o i s t f l o o r , o r f o r b o x s e c t i o n s( c l a u s e 8 . 2 . 6 . 1 ) .

6 . 8 E X A M P L E 1 2 . L A T T I C E G I R D E R

J o i i i i o i d i 1 3 . 4 I N

6 . 1 6

l i m b e r l o u i s a t 0 . 5 m c e n i r e i

F i g . 6 . 1 5 L a t t i c e g i r d e r

( S e e F i g . 6 . 1 6 . )

( b ) L o a d i n gT i m b e r j o i s t fl o o rF l o o r f i n i s h e sI m p o s e d l o a d

( e )3 M i n c o n t i n u o u s t o p c h o r d = W L / 8

T o p c h o r d

0 . 5 k N / m 20 . 2 k N / m 24 . 0 k N / m 2

= 1 3 . 4 x

F i g . 6 . 4E S t a b l e 2 5E S t a b l e 2 7 a

c l a u s e 4 . 8 . 3 . 2

5 6 4 k N= P J , s= 2 7 5 x 6 5 . 3 x 1 7 . 9 6 k N m


7 8 S T R U C T U R A L S T E E L W OR I ( D E S I G N T O E S 5 9 5 0 T R U S S E S 7 9( I ) B o t t o m c h o r d 2 . T r u s s a n a l y s i s C o a t e s f t C . , C o u t i e M . G . & K o n g F . K . ( 1 9 8 8 )A n a l y s i s o f p l a n e t r u s s e s , S t r u c t u r a l A , i a / v s i s p p . 4 I s IV n N o s t r a n d R e i n h o l dt v l a x . t e n s i o n F= 4 2 9 k N


49/174

3 . B o l t d e s i g n 1 1 9 9 1 ) S t e e l s r o r k D e s i g n v o l . 4 , p p . 1 0 1 1 1 0 / I D S t e e lU s e 9 0 x 9 0 x S R I I S C o n s t r u c t i o n I n s t i t u t eT e n s i o n c a p a c i t y P A , p ,1 6 . 9 x 2 7 5 x 1 0 ' = 4 6 5 4 . W e l d i n g 1 1 9 9 1 ) S i e e l i s ' o r k D e s i g n v o l . 4 , p p . 1 1 / 1 1 1 1 1 5 S t e e lC o n s t r u c t i o n i n s t i t u t e5 . Fr i c t i o n g a p b o l t s ( 1 9 9 1 ) S t e e l w o r k D e s i g o v o l . 4 . p p . l Ol l I D / t O S t e e lS e c t i o n i s s a t i s f a c t o r y . C o n s t r u c t i o n I n s t i s u i c6 . W i n d p r e s s u r e OS 6 3 9 9 D e s i g n L o a d i n g f o r B u i l d i n g s

( g ) D i a g o n a l c o e f f i c i e n t s P a n 2 : W i n d l o a d s ( 1 9 9 5 )C h o r d 7 . T r u s s d e f l e c t i o n M a r s h a l l W . T . & N e l s o n H . M . ( 1 9 9 0 ) D e f l e c t i o n o fS l r u e t u r e s , S t n : c : u r e s , p p . 2 7 3 9 8 . L o n g n i a n( S e e Fi g . 6 . 1 7 . )I S T r u s s d e f l e c t i o n W a n g C . K . ( 1 9 8 3 ) T h e m e t h o d , J n t e n n e d i a t eN \ M a x . c o m p r e s s i o n F = 1 5 2 k N , S ; n i c n i r a l A n a l y s i s , p p 9 3 9 9 . P e r g a n s o nM a x . t e n s t o n = l I 4 k N I 9 . V r t u a l w o r k l % l a r s l t a l l W . T . & N e l s o n 1 1 . M . ( 1 9 9 0 ) V r t u a l w o r k/ U s e S Ox 5 O x 3 . 2 R H S a n d e n e r g y t s n n c t p l e s , S t r u c t u r e s , p p S Ot ) t . L o n g n s a i sFi g . 6 . 1 7 = 1 9 . 1 t r u s s t O. V r t u a l w o r k C o a t e s f t C . , C o i s t i e M C . & K o n g F . K . ( 1 9 8 8 )S l e n d e r n e s s A = 0 . 7 L 4 ' 5 = 0 . 7 x 5 0 0 / 1 9 . 1 e o s 4 S ' = 2 6 A p p l i c a t i o n s o f t h e p n n e t p l e o f v i n u a l w o r k , S t n i c i u r a iB S t a b l e 2 7 a C o m p r e s s i v e s t r e n g t h p . = 2 6 9 N / m m 2 A n a l y s i s , p p . 1 3 4 I S V n N o s t r a n d R e i n h o l dC o m p r e s s i o n r e s i s t a n c e = A g P r I I . C o n n e c t i o n o f P 1 4 5 C I D E C T ( 1 9 8 5 ) W e l d e d j o i n t s . C o n s r n z c r i o n u ' i t h= 5 . 9 4 x 2 6 9 x I 0 " = 1 6 0 H o l l o w S t e e l S e c t i o n s , p p . I 2 9 - 4 2 , B r i t i s h S l e e tT e n s i o n r e s i s t a n c e P , = 5 . 9 4 x 2 7 5 x I D _ i = 1 6 3 l e N C o r i o r n t t o n T u b e s D i v i s i o n

S e c t i o n i s s a t i s f a c t o r y .

( h ) C o n n e c t i o n sA l l w e l d e d j o i n t s w i t h e o n t m u o u s 4 m m w e l d s .

W e l d l e n g t h = 2 ( S 0 + 5 0 / e o s 4 S ) = 2 4 1 m mc l a u s e 6 . 6 . 5 . 1 D e s i g n s t r e n g t h P w = 2 1 5 N / n u n 2W e l d r e s i s t a n c e = 0 , 7 x 4 x 2 4 1 x 2 1 5 = 1 4 5 k N

T h e m a x i m u m f o r c e s w h i c h m a y b e t r a n s m i t t e d b e t w e e n h o l l o w s t e e ls e c t i o n s a r e m o r e c o m p l e x a n d d e t a i l e d r e f e r e n c e s m a y b e c o n s u l t e d i fr e q u s r e d t i UA s i n S e c t i o n 6 . 7 , t h e n u m b e r o f s e c t i o n s i z e s w o u l d b e l i m i t e d i n p r a c t i c e ,w i t h t h e a l l o w a b l e v a n a t i o n i n m e m b e r s i z e s d e p e n d i n g o n t h e d e g r e e o f

r e p e t i t i o n e x p e c t e d .

S T U D Y R E FE R E N C E ST o p i c R e f e r e n c e s

I . T r u s s a n a l y s i s M a r s h a l l W . T . & N e l s o n H . M . ( 1 9 9 0 ) A n a l y s i s o fs t a t i c a l l y d e t e r m i n a t e s t r u c t u r e s , S t r u c t u r e s , p p . 1 0 1 9 .L o n g m a n .



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8 4 r m u c m m A L S ' T E E L W O R K D E S I G N T O E S 6 5 3 0 S I M P L E A N D C O M P O U N D C O L U M N S 8 5L o a d i n g W ; 7 . 6 O V R A L L B U C K L I N G( W I + W 2 )

T h e f a i l u r e o f c o l u m n s , w h e t h e r c a r r y i n g m o m e n t s c o m b i n e d w i t h a n a x i a l1 w 2 l o a d o r n o t , s v i l l c o m m o n l y i n v o l v e m e m b e r b u c k l i n g . T h e a s s e s s m e n t o f


52/174

o v e r a l l b u c k l i n g r e s i s t a n c e i n v o l v e s t h e s a m e f a c t o r s a n d p r o c e d u r e s a s g i v e ni n S e c t i o n 3 . 2 , b u t w i t h a n a d d i t i o n a l t e r m f o r a x i a l l o a d . U s u i g a s i m p l i f i e dW ,

a p p r o a c h ( c l a u s e 4 . 8 . 3 . 3 . 1 ) t h e o v e r a l l b u c k l i n g c h e c k I S C o n s i d e r e d t o b es a t i s f a c t o r y i f t h e C o m b i n a t i o n r e l a t i o n s h i p i s s a t i s f i e u .1 6 F / A g p . + + t ? 5 . M y / 4 Z ,w h e r e P r 1 5 t h e C o m p r e s s i v e s t r e n g t h ( S e c t i o n 6 . 4 )

J r 11 1 a r e t h e e q u i v a l e n t u n i f o i m m o m e n t f a c t o r s ( S e c t i o n 3 . 2 )M 6 i s t h e b u c k l i n g r e s i s t a n c e ( S e c t i o n 3 . 5 )4 , i s t h e m i n o r a x i s e l a s t i c s e c t i o n m o d u l u s t c o m p r e s s i o n f a c e )

A m o r e e x a c t a p p r o a c h ( c l a u s e 4 . 8 . 3 . 3 . 2 ) m a y b e c a r r i e d o u t u s i n g M a a n d1 1 g . 7 . 6 R e s u l t a n t f o r c e ( M i + M ,l t h e b u c k l i n g m o m e n t s a b o u t m a j o r a n d m m o r a x e s i n t h er o o f t r u s s b o t i o m p r e s e n c e o f a x i a i l o a d . I n t h i s a p p r o a c h :c h o r dn i x A I J A f g g + I

7 . 5 L O C A L C A P A C I T Y7 . 7 E X A M P L E 1 3 . C O L U M N F O R I N D U S T R I A L B U I L D I N Gt a n y s e c t i o n I n a c o l u m n U s e s u m o f e f f e c t s o f a x i a l l o a d F a n d m o m e n t sa n d m u s t n o t e x c e e d t h e l o c a l c a p a c i t y . T h i s i s c o n s i d e r e d t o b e ( a ) D i m e n s i o n ss a t i s f a c t o r y i f t h e c o m b i n a t i o n r e l a t i o n s h i p s a t i s f i e s t h e f o l l o w i n g i n t e r a c t i o ne q u a t i o n : ( S e e F i g .O v e r a l l h e i g h t 1 2 . 5 ma ) f o r p l a s t i c a n d c o m p a c t s e c t i o n s :

H e i g h t o f c r a n e r a i l l O O m. 1 1 3 , U C a n d j o i s t s e c t i o n s F r e e s t a n d i n g b r i c k w a l l 2 . 5 mC r a n e n i l e c c e n t n c i t y O . 5 mC l a d d i n g e c c e n t n c i t y 0 . 2 5 n iR I - I S , C H S a n d s o l i d s e c t i o n s( A i r / A i x ) 5 1 3 + ( M ; I A i , y ) 5 1 3 I

( b ) L o a d i n g ( u n f a c t o r e d )C h a n n e l , a n g l e a n d a l l o t h e r s e c t i o n sI R o o f t r u s s r e a c t i o n s I V , .D e a d l o a d 5 O k Nw h e r e M 0 , a r e t h e r e d u c e d p l a s t i c m o m e n t s i n d i e p r e s e n c e o f I m p o s e d l o a d 7 8 k Ma x i a l l o a d , a s d e f i n e d i n r e f e r e n c e ( 5 ) . W i n d l o a d ( s u c t i o n ) 9 0 k M

( b ) F o r s e m i - c o m p a c t a n d s l e n d e r s e c t i o n s , a n d a s a s i m p l i f i e d m e t h o d f o r C r a n e g i r d e r r e a c t i o n s ( v e r t i c a l )c o m p a c t s e c t i o n s i n ( a ) : D e a d l o a d ( g i r d e r s e l f w e i g h t ) 2 0 k NC r a n e l o a d m d . i m p a c t l n e a r s i d e ) 2 2 0 k MF / A g p , + M 1 J M a I C r a n e l o a d ( f a r s i d e ) 1 5 0 k Mw h e r e A g i s t i l e g r o s s s e c t i o n a l a r e a a n d A - f , , , a n d A - f , , . a r e t h e m o m e n t C r a n e g i r d e r r e a c t i o n ( h i o n z o n t a l ) I t ' , , , .c a p a c i t i e s d e f i n e d i n S e c t i o n 3 . 4 . C r a n e s u r g e l o a d 6 k M


8 6 S T R U C T U R A L S T E E L W OR I < D E S I G N T O 8 5 5 9 5 0 S I M P L E A N D C OM P O U N D C OL U M N S 8 7W i n d o n s i d e o f b u i l d i n g W 8 .W i n d l o a d ( u . d , l . a b o v e b r i c k w o r k ) 5 5 k NS e l f w e i g h t ( c o l u m n ) W 0

O f t h e s e c o m b i n a t i o n s , t h r e e c a s e s a r e s e l e c t e d a s s h o w n a n

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