In diesem Artikel, we will show you how to design a reinforced concrete beam using SkyCiv software. This tutorial covers two software options provided by SkyCiv for beam design: The SkyCiv Beam and Structural 3D. We will delve into both tools to help you access and design beams effectively. At the end of the article, we will also apply the method of coefficients prescribed by ACI-318-19 for RC beam design.

If you are new to beam design, we would recommend reading some introductory SkyCiv articles:

• Was ist Stahlbeton?
• So berechnen Sie den Biegemomentwiderstand für einen Balkenabschnitt?
• How to analyze a continuous beam?

These tutorials will help you gain a better understanding of the general process of designing beams.

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SkyCiv Beam Software

The first stop is creating the beam model in the SkyCiv Beam Software. We indicate the steps required: (In parenthesis, we show the example data):

• On the dashboard page, Wählen Sie das Strahlmodul aus.
• Erstellen Sie einen Balken, indem Sie seine Länge definieren (66 ft).
• Gehen Sie zu Stützen und definieren Sie Scharniere oder einfache Stangen (hinge at the beginning and the end; Stange an dritten Punkten).
• Gehen Sie zu den Abschnitten und erstellen Sie einen rechteckigen (rechteckiger Abschnitt; Breite = 18 Zoll; Höhe=24 Zoll).
• Wählen Sie dann die Schaltfläche „Flächenlast“ aus und weisen Sie eine zu, zwei, or more as you need for (überlagerte Eigenlast = 0.25 kip/ft; Nutzlast = 0.40 kip/ft)
• The next step is create some load combinations (\({L_d = 1.2\times D + 1.6\times L}\))
• Schließlich, solve the beam!

Zahl 1: Balkenmodell mit aufgebrachten Eigen- und Nutzlasten

After solving the beam, we can check the results, like the bending diagram, to get their maximum values along the element length. The following images show the final output.

Zahl 2: Bending moment diagram due to the specified load combination

The SkyCiv Beam Software gives us a table with the maximum values for forces, betont, and displacement:

Zahl 3: Summary table

Now is the time to select the design tab and select and define the input as reinforcement layout, analysis sections, some coefficients, Lastkombinationen, etc. Look at figures 4 und 5 for more description.

Zahl 4: RC beam layouts

Zahl 5: Forces and sections to evaluate when designing

Once all the data is ready, we can click the “Prüfen” Taste. This action will give us then the results and the capacity ratios for strength and serviceability.

Zahl 6: Beam Module Design Results.

You can then download all the reports you need for!

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SkyCiv Structural 3D

Now is the time to use Structural 3D! We recommend just returning to the beam software and clicking on the “In S3D öffnen” Taste. This will help us prepare the model and its inputs in S3D.

Once we clicked the change button, the model was automatically created. Remember to save it! (If you need to familiarize yourself with this module, look at this tutorial link!)

Zahl 7: Automatically created model in S3D.

Now go directly to the “Lösen” icon choosing the “Linear analysis” Wählen Sie die Mitglieder aus, die Sie wiederholen möchten. Feel free to check and compare results; Wir werden das verwenden “Design” Wählen Sie die Mitglieder aus, die Sie wiederholen möchten. It is time to define all the characteristics required to evaluate the beam on the different tabs.

Zahl 8: Mitglieder’ information for design

Zahl 9: Mitglieder’ forces and sections for design

SkyCiv can check for a particular defined RC layout or calculate a section reinforcement optimization. We’d like to suggest you run this latter option.

Zahl 10: Section Reinforcement Optimization.

Zahlen 11 und 12 show the final result and the suggested section reinforcement calculated for the optimization design.

Zahl 11: Structural Concrete Design Results

You can then download all the reports you need for!

Zahl 12: Optimization in Section Reinforcement Steel

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ACI-318 Approximate Equations

When designing a continuous beam, ACI-318 permits using moment coefficients for bending calculations. (For more examples, feel free to visit these SkyCiv’s articles about ist ein wichtiger Designstandard für die USA und viele andere Länder)

Moments at critical sections are calculated with: \( M_u = coefficient \times w_u \times l_n^2 \). Where the coefficient can be obtained from the following:

• Exterior span:
  • Negative exterior: \(\frac{1}{16}\)
  • Positive midspan: \(\frac{1}{14}\)
  • Negative interior:\(\frac{1}{10}\)
• Interior span:
  • Negativ: \(\frac{1}{11}\)
  • Positive midspan: \(\frac{1}{16}\)

We’ll select two cases: the absolute maximum value for positive and negative bending moments.

\(wu=1.2\times D + 1.6\times L = 1.2 \mal 0.25 + 1.6 \mal 0.4 = 0.94 \frac{pennen}{ft} \)

\(M_{u,neg} = {\frac{1}{10}}{\mal 0.94 {\frac{pennen}{ft}}}{\mal {(22 ft)}^ 2} = 45.50 {pennen}{ft} \)

\(M_{u,pos} = {\frac{1}{14}}{\mal 0.94 {\frac{pennen}{ft}}}{\mal {(22 ft)}^ 2} = 32.50 {pennen}{ft} \)

Flexure resistance calculation for negative moment, \({M_{u,neg} = 45.50 {pennen}{ft}}\)

• Angenommener spannungsgesteuerter Abschnitt. \({\phi_f = 0.9}\)
• Beam width, \({b=18 in}\)
• Bereich der Stahlverstärkung, \({A_s = frac{M_u}{\phi_ftimes 0,9dtimes fy}= frac{45.50 kip-ft \times 12 in -ft }{0.9\mal 0.9(17 im )\mal 60 KSI}=0.66 {im}^ 2}\)
• \({\rho_{Mindest} = 0.003162}\). Mindestbewehrungsfläche aus Stahl, \({EIN_{s,Mindest}=rho_{Mindest}\mal bmal d = 0.003162 \mal 18 in \times 17 in =0.968 {im}^ 2}\). Jetzt, Überprüfen Sie, ob sich der Abschnitt spannungsgesteuert verhält.
• \({a = frac{A_stimes f_y}{0.85\mal f’cmal b} = frac{0.968 {im}^2times 60 KSI}{0.85\mal 4 ksi\times 18 im }= 0.95 im}\)
• \({c = frac{ein}{\beta_1}= frac{0.95 im}{0.85} = 1.12 im }\)
• \({\varepsilon_t = (\frac{0.003}{c})\mal {(d – c)} = (\frac{0.003}{1.12 im})\mal {(17im – 1.12 im)} = 0.0425 > 0.005 }\) OK!, Es handelt sich um einen Abschnitt mit kontrollierter Spannung!.

Flexure resistance calculation for positive moment, \({M_{u,pos} = 32.50 {pennen}{ft}}\)

• Angenommener spannungsgesteuerter Abschnitt. \({\phi_f = 0.9}\)
• Beam width, \({b=18 in}\)
• Bereich der Stahlverstärkung, \({A_s = frac{M_u}{\phi_ftimes 0,9dtimes fy}= frac{32.50 kip-ft \times 12 in -ft }{0.9\mal 0.9(17 im )\mal 60 KSI}=0.472 {im}^ 2}\)
• \({\rho_{Mindest} = 0.003162}\). Mindestbewehrungsfläche aus Stahl, \({EIN_{s,Mindest}=rho_{Mindest}\mal bmal d = 0.003162 \mal 18 in \times 17 in =0.968 {im}^ 2}\). Jetzt, Überprüfen Sie, ob sich der Abschnitt spannungsgesteuert verhält.
• \({a = frac{A_stimes f_y}{0.85\mal f’cmal b} = frac{0.968 {im}^2times 60 KSI}{0.85\mal 4 ksi\times 18 im }= 0.95 im}\)
• \({c = frac{ein}{\beta_1}= frac{0.95 im}{0.85} = 1.12 im }\)
• \({\varepsilon_t = (\frac{0.003}{c})\mal {(d – c)} = (\frac{0.003}{1.12 im})\mal {(17im – 1.12 im)} = 0.0425 > 0.005 }\) OK!, Es handelt sich um einen Abschnitt mit kontrollierter Spannung!.

Schließlich, we can see that for both moments, negative and positive, the result is to assign a minimum flexural reinforcement. The steel rebar area required equals \(0.968 {im}^2\).

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