Basisplatten -Designbeispiel unter Verwendung von AISC 360-22 und ACI 318-19
Problemanweisung
Bestimmen Sie, ob die konstruierte Säule-zu-Base-Plattenverbindung für eine 100-Kip-Komprimierungslast ausreicht.
Gegebene Daten
Spalte:
Spaltenabschnitt: W12X96
Säulenbereich: 28.200 im2
Säulenmaterial: A992
Grundplatte:
Grundplattenabmessungen: 18 in x 18 im
Grundplattendicke: 3/4 im
Grundplattenmaterial: A36
Beton:
Konkrete Abmessungen: 21 in x 21 im
Betondicke: 14 im
Betonmaterial: 3000 psi
Schweißnähte:
Schweißnahtgröße: 5/16 im
Füllmetallklassifizierung: E.70XX
Drucklast nur durch Schweißnähte übertragen? JA
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Schritt-für-Schritt-Berechnungen
Prüfen #1: Berechnen Sie die Lagerkapazität der Säule
Säulenlasten werden typischerweise durch direktes Lager auf die Grundplatte übertragen.
Wir beginnen mit der Berechnung der Lagerkapazität der Säule mit AISC 360-22 Gl. J7-1:
\(
\phi R_n = \phi 1.8 F_{y\_col} A_{col} = 0.75 \times 1.8 \times 50 \text{ ksi} \times 28.2 \text{ in}^2 = 1903.5 \text{ kip}
\) \(\)
Schon seit 100 Kips < 1903.5 Kips, Die Säulenlagerkapazität ist ausreichend.
zusätzlich, Da die vollständige Komprimierungslast über die Schweißnähte übertragen wird, Vollkontaktlagerflächen wie per AISC 360-22 Kapitel M4.4 sind nicht erforderlich. Wir müssen sicherstellen, dass die Schweißnaht über genügend Kapazität verfügt.
Prüfen #2: Berechnen Sie die Schweißkapazität
Bewertung der Schweißkapazität, Wir bestimmen zuerst die Gesamtschweißlänge basierend auf den Spaltenabmessungen:
\(L_{weld} = 2b_f + 2(d_{col} – 2t_f – 2r_{col}) + 2(b_f – t_w – 2r_{col})\)
\(L_{weld} = 2 \times 12.2 \text{ in} + 2 \times (12.7 \text{ in} – 2 \times 0.9 \text{ in} – 2 \times 0.6 \text{ in}) + 2 \times (12.2 \text{ in} – 0.55 \text{ in} – 2 \times 0.6 \text{ in}) = 64.7 \text{ in}\)
Damit, Wir können jetzt die berechnen Stress pro Zoll Schweißnaht, Annahme des 100-KIP -Last ist gleichmäßig verteilt:
\(r_u = \dfrac{N_x}{L_{weld}} = \dfrac{100 \text{ kip}}{64.7 \text{ in}} = 1.5456 \text{ kip/in}\)
Danach, Wir bestimmen die Schweißkapazität pro Länge mit AISC 360-22 Gl. J2-4:
\(\phi r_n = \phi 0.6 F_{exx} E_w k_{ds} = 0.75 \times 0.6 \times 70 \text{ ksi} \times 0.221 \text{ in} \times 1 = 6.9615 \text{ kip/in}\)
Schon seit 1.54 KPI < 6.96 KPI, Die Schweißkapazität ist ausreichend.
Prüfen #3: Berechnen Sie die Kapazität der Grundplattenbiegung aufgrund der Kompressionslast
Die Biegekapazität der Grundplatte hängt von ihren Abmessungen ab. Wenn der Teller zu breit ist, Es erfordert dickeres Material. Die Auswahl der rechten Grundplattengröße für eine bestimmte Last erfordert Erfahrung, und mehrere Berechnungen durchführen können zeitaufwändig sein. Mit der Skyciv Base Plate Design Software vereinfacht diesen Prozess, Ermöglichen Sie schnelles und effizientes Modellieren und Analysen in nur Sekunden.
Zuerst, Wir bestimmen die Kritische Auslegerlänge, das ist das größere von Dimension m und Dimension n. Es sollte auch nicht kleiner als sein \(\dfrac{\sqrt{d_{col} b_f}}{4}\).
\( l = \max\left( \dfrac{L_{bp} – 0.95 d_{col}}{2}, \dfrac{B_{bp} – 0.8 b_f}{2}, \dfrac{\sqrt{d_{col} b_f}}{4} \right) \)
\(l = \max\left(\dfrac{18 \text{ in} – 0.95 \times 12.7 \text{ in}}{2}, \dfrac{18 \text{ in} – 0.8 \times 12.2 \text{ in}}{2}, \dfrac{\sqrt{18 \text{ in} \times 12.2 \text{ in}}}{4}\right)\)
\(l = 4.12 \text{ in}\)
Sobald die kritische Länge identifiziert ist, wir berechnen die Angewandter Moment pro Länge der Einheit, Angenommen, die volle Kompressionslast ist gleichmäßig über den Grundplattenbereich verteilt:
\(m_u = \left(\dfrac{N_x}{B_{bp} L_{bp}}\right)\left(\dfrac{l^2}{2}\right)\)
\(m_u = \left(\dfrac{100 \text{ kip}}{18 \text{ in} \times 18 \text{ in}}\right) \times \left(\dfrac{4.12 \text{ in}^2}{2}\right)\)
Jetzt, mit AISC 360-22 Gl. F2-1, Wir berechnen die Biegekapazität pro Länge der Einheit:
\(\phi m_n = \phi F_{y\_bp}\left(\dfrac{t_{bp}^2}{4}\right) = 0.9 \times 36 \text{ ksi} \times \left(\dfrac{(0.75 \text{ in})^2}{4}\right) = 4.5562 \text{ kip-in/in}\)
Schon seit 2.62 kip-in/in < 4.55 kip-in/in, Die Biegekapazität der Grundplatte ist ausreichend.
Prüfen #4: Betonlagerkapazität
Der endgültige Scheck stellt sicher, dass der Beton die angelegte Last unterstützen kann. Während eine breitere Betonbasis die Lagerkapazität erhöht, Ein effizientes Design muss Stärke und Kostenwirksamkeit ausgleichen. Jetzt, Lassen Sie uns feststellen, ob unsere konkrete Unterstützung ausreichend Kapazität hat.
Anfangen, Wir bestimmen die Lagerbereiche:
A1 - Basisplattenlagerbereich
A2 - Betonträgerlagerbereich, projiziert auf a 2:1 Steigung
\(A_1 = L_{bp} B_{bp} = 18 \text{ in} \times 18 \text{ in} = 324 \text{ in}^2\)
\(A_2 = N_{A_2} B_{A_2} = 21 \text{ in} \times 21 \text{ in} = 441 \text{ in}^2\)
Von dort, Wir bewerben uns AISC 360-22 Gl. J8-2 Berechnung der Betonlagerkapazität:
\(\phi P_p = \phi\left(\min\left(0.85 f’_c A_1 \sqrt{\dfrac{A_2}{A_1}}, 1.7 f’_c A_1\right)\right)\)
\(\phi P_p = 0.65 \times \left(\min\left(0.85 \times (3 \text{ ksi}) \times 324 \text{ in}^2 \times \sqrt{\dfrac{441 \text{ in}^2}{324 \text{ in}^2}}, 1.7 \times (3 \text{ ksi}) \times 324 \text{ in}^2\right)\right)\)
\(\phi P_p = 626.54 \text{ kip}\)
Schon seit 100 Kips < 626.54 Kips, Die Betonlagerkapazität ist ausreichend.
Entwurfszusammenfassung
Die Skyciv-Basisplattentwurfsoftware kann automatisch einen schrittweisen Berechnungsbericht für dieses Entwurfsbeispiel erstellen. Es enthält auch eine Zusammenfassung der durchgeführten Schecks und deren resultierenden Verhältnisse, Die Informationen auf einen Blick leicht zu verstehen machen. Im Folgenden finden Sie eine Stichprobenzusammenfassungstabelle, Welches ist im Bericht enthalten.
SKYCIV -Beispielbericht
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