Αν διαβάσετε το προηγούμενο άρθρο μας, AISC 360: Σχέδιο σύνδεσης διάτμησης, θα έχετε καλή αίσθηση του πώς σχεδιάζονται απλές συνδέσεις στο πλαίσιο του AISC 360. Ενώ οι διατμητικές συνδέσεις είναι κοινές, δεν αποτελούν την ίδια πρόκληση σχεδιασμού με τις στιγμιαίες συνδέσεις. Σε αυτό το άρθρο, χρησιμοποιούμε ένα παράδειγμα στιγμιαίας σύνδεσης μεταξύ δύο μελών σχήματος Ι για να ξεπεράσουμε τα διάφορα κριτήρια σχεδιασμού που απαιτούνται για να ικανοποιηθούν. Με αυτόν τον τύπο σύνδεσης, μπορούμε επίσης να φτάσουμε γρήγορα στα αποτελέσματα αυτού του παραδείγματος μέσω της χρήσης του Σχεδιασμός σύνδεσης SkyCiv μονάδα μέτρησης.

Παρόμοιο με το παράδειγμα σύνδεσης διάτμησης, Οι υπολογισμοί που παρουσιάζονται εδώ θα χρησιμοποιούν το Allowable Stress Design (ASD) μέθοδος. Εάν δεν είστε εξοικειωμένοι με τη διαφορά μεταξύ ASD και LRFD στη δομική σχεδίαση, Σιγουρέψου ότι δείτε το βίντεο μας εξηγώντας αυτό.

Σε αυτό το παράδειγμα, πρόκειται να αξιολογήσουμε την ικανότητα μιας βιδωμένης φλάντζας με πλήρη συγκράτηση (FR) Στιγμιαία σύνδεση μεταξύ δέσμης W18x50 και στήλης W14x99 χρησιμοποιώντας τις διαστάσεις, συγκολλήσεις, και τα φορτία που φαίνονται παρακάτω. Αυτή η σύνδεση πρέπει να είναι σε θέση να υποστηρίξει όχι μόνο τις κάθετες αντιδράσεις του άκρου της δέσμης αλλά και τις αναπτυγμένες τελικές ροπές. Μπορεί να παρατηρήσετε ότι η κύρια διαφορά έγκειται στη σύνδεση των φλαντζών δοκού με τη στήλη στήριξης (φλάντζα).

Δεδομένος:

Φορτία επιπέδου εξυπηρέτησης & Υλικό:

Κάθετη διάτμηση από νεκρό φορτίο (VD) = 7.0 kips
Κάθετη διάτμηση από ζωντανό φορτίο (VL) = 21.0 kips

Στιγμή από Dead Load (MD) = 42.0 kip-ft
Στιγμή από το Live Load (ML) = 126.0 kip-ft

Υλικό πλάκας: ASTM A36, Fy = 36 ksi, Fu = 58 ksi
Υλικό δοκού και στήλης: ASTM A992, Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi

Γεωμετρία δοκού και στήλης:

Δέσμη: W18x50; bf = 7.50 σε, tf = 0.570 σε, d = 18.0 σε, tw = 0.355 σε, Sx = 88.9 στο^3
Στήλη: W14x99; bf = 14.6 σε, tf = 0.780 σε, d = 14.2 σε, tw = 0.485 σε, kdes = 1.38 σε
Πλάκα φλάντζας: 3/4 σε παχιά; 7.0 σε x 12.5 σε διαστάσεις
Πλάκα Ιστού: 3/8 σε παχιά; 5.0 σε x 9.0 σε διαστάσεις

Φωτιστικά (Βίδες και συγκολλήσεις):
Φλάντζα: (8) – 7/8-σε.-μπουλόνια διαμέτρου ASTM A325-N σε τυπικές οπές
Πλάκα Ιστού: (3) – 7/8-σε.-μπουλόνια διαμέτρου ASTM A325-N σε τυπικές οπές

70-φιλέτα ηλεκτροδίου ksi

Υπολογισμοί φορτίου:

LRFD Φορτία (Αναφορά μόνο):

Τελική κάθετη αντίδραση (Ρ_εσύ) = 1.2 (7.0 kips ) + 1.6 (21.0 kips ) = 42.0 kips
Τελευταία στιγμή (Μ_εσύ) = 1.2 (42.0 kip-ft) + 1.6 (126.0 kip-ft) = 252.0 kip-ft

ASD Φορτία:

Επιτρεπόμενη κάθετη αντίδραση (Ρ_ένα) = 7.0 kips + 21 kips = 28.0 kips
Επιτρεπόμενη στιγμή (Μ_ένα) = 42.0 kip-ft + 126 kip-ft = 168.0 kip-ft

Λύση βασισμένη στο λογισμικό σχεδιασμού σύνδεσης SkyCiv:
ΛΑΘΟΣ: Το πλάτος της πλάκας φλάντζας σε αυτό το παράδειγμα ήταν 7.0 σε αλλά το πλάτος που χρησιμοποιείται στους υπολογισμούς είναι 7.50 σε, εξ ου και η διαφορα στις αξιες.

 

Πλάκα φλάντζας σε φλάντζα W14x99, Δύναμη συγκόλλησης
Αντοχή των συγκολλήσεων φιλέτου, Ω = 2.0
Μέγεθος συγκόλλησης, t = 0.375 σε, φά_nw = 0.6 φά_EXX
φά_nw = 0.6 φά_EXX [ 1.0 + 0.5 χωρίς^1.5 (θ) ]
Οπου, θ = η γωνία που δημιουργεί το φορτίο με τον άξονα συγκόλλησης
= 90, για συγκολλήσεις εγκάρσιας φόρτωσης
= 0, για συγκολλήσεις διαμήκως φορτωμένες

Αντοχή ανά μονάδα μεγέθους συγκόλλησης:
Επιτρεπόμενη τάση συγκόλλησης, φά_aw = 0.6 (70ksi) / 2.0 = 21 ksi
εγκάρσιο μήκος, μεγάλο_τ = 7 σε
διαμήκη μήκος, μεγάλο_μεγάλο = 0 σε
συνολικό αποτελεσματικό μήκος, μεγάλο = μεγάλο_τ (1.5) + μεγάλο_μεγάλο (1.0) = 10,5 ίντσες
(Ρ_ένα / τ) = 220.5 kips / σε

Αποτελεσματικό μέγεθος (λαιμός) συγκόλλησης φιλέτου, ένα:
0.707 = το συνημίτονο ή το ημίτονο του 45 βαθμούς
α = (0.707) t = 0.265 σε

Ρ_ένα = (Ρ_ένα / τ) t = 220.50 (0.265 σε) 2 = 116.9 kips
Αναλογία χωρητικότητας σχεδίασης, DCR:
απαιτούμενο φορτίο, R = 107.5 kips
συνολική χωρητικότητα, Ρ_ένα = 116.9 kips
DCR = (107.5 / 116.9) = 0.919, Εντάξει

 

Τοπικοί έλεγχοι στήλης

Flange Force, Π_του = [ 168.0 kips-ft (12 σε/πόδια) ] / (18.0 σε + 0.75σε) = 107.5 kips

• Τοπική υποχώρηση Ιστού, Ω = 1.5
  Ρ_ν / Ω = [ φά_είναι τ_φά (5κ + μεγάλο_σι) ] / Ω = 50ksi (0.485σε) [ 5(1.38σε) + 0.75σε ] / 1.5 = 123.7 kips
  Αναλογία χωρητικότητας σχεδίασης, DCR:
  Flange Force, Π_του = 107,5 kips
  Συνολική χωρητικότητα, Ρ_ένα= 123,7 kips
  DCR = (107.5 / 123.7) = 0.869, Εντάξει

• Τοπική κάμψη φλάντζας, Ω = 1.67
  Ρ_ν / Ω = [ 6.25 φά_και τ_φά² ] / Ω = [ 6.25 (50ksi) (0.78σε)² ] / 1.67 = 113.8 kips
  Αναλογία χωρητικότητας σχεδίασης, DCR:
  Flange Force, Π_του = 107.5 kips
  Συνολική χωρητικότητα, Ρ_ένα= 113.8 kips
  DCR = (107.5 / 113.8) = 0.944, Εντάξει

• Web Local Crippling, Ω = 2.0
  Ρ_ν / Ω = 0.8 τ_β² [ 1 + 3 ( μεγάλο_σι / ρε ) ( τ_β / τ_φά )^1.5 ] ( μι φά_και τ_φά / τ_β)^0.5 / Ω
  = 0.8 (0.485σε)² [ 1 + 3 (0.05) (0.62)^1.5 ] [ (29000ksi) (50ksi) (0.485σε) / 0.78σε ] ^0.5 / 2.0
  = 154.8 kips
  Αναλογία χωρητικότητας σχεδίασης, DCR:
  Flange Force, Π_του = 107.5 kips
  Συνολική χωρητικότητα, Ρ_ένα= 154.8 kips
  DCR = (107.5 / 154.8) = 0.694, Εντάξει

• Λύγισμα συμπίεσης ιστού, Ω = 1.67
  Ρ_ν / Ω = [ 24 τ_β³ ( Ε ΣΤ_και )^0.5 / η ] / Ω
  = 24 (0.485σε)³ [ (29000ksi) (50ksi) ] ^0.5 ] / 14.2σε (1.67)
  = 139.0 kips
  Αναλογία χωρητικότητας σχεδίασης, DCR:
  Flange Force, Π_του = 107.5 kips
  Συνολική χωρητικότητα, Ρ_ένα= 139.0 kips
  DCR = (107.5 / 113.8) = 0.773, Εντάξει

 

Φλάντζα W18x50, Πλάκα φλάντζας εφελκυστική
Δύναμη του στοιχείου στην ένταση, Ω = 1.67

Ρ_ν / δεν θέτουν την ίδια σχεδιαστική πρόκληση με τις στιγμιαίες συνδέσεις_και ΕΝΑ_σολ / Ω = (36ksi) (7.5σε) (0.75σε) / 1.67 = 121.3 kips

Αναλογία χωρητικότητας σχεδίασης, DCR:
Flange Force, Π_του = 107.5 kips
Συνολική χωρητικότητα, Ρ_ένα= 121.3 kips
DCR = (107.5 / 121.3) = 0.887, Εντάξει

 

Φλάντζα W18x50, Απόδοση συμπίεσης πλάκας φλάντζας
Δύναμη του στοιχείου στη συμπίεση, Ω = 1.67

Ρ_ν / δεν θέτουν την ίδια σχεδιαστική πρόκληση με τις στιγμιαίες συνδέσεις_και ΕΝΑ_σολ / Ω = (36ksi) (7.5σε) (0.75σε) / 1.67 = 121.3 kips

Αναλογία χωρητικότητας σχεδίασης, DCR:
Flange Force, Π_του = 107.5 kips
Συνολική χωρητικότητα, Ρ_ένα= 121.3 kips
DCR = (107.5 / 121.3) = 0.887, Εντάξει

 

Φλάντζα W18x50, Ρήξη εφελκυσμού πλάκας φλάντζας
Δύναμη του στοιχείου σε ρήξη, Ω = 2.0
Shear Lag Factor, Ε από τον πίνακα προδιαγραφών AISC D3.1: 1.0

Ρ_ν / δεν θέτουν την ίδια σχεδιαστική πρόκληση με τις στιγμιαίες συνδέσεις_εσύ ΕΝΑ_μι / Ω = (58ksi) [ 7.5σε – 2 (1σε) ] (0.75σε) (1.0) / 2.0 = 119.6 kips

Αναλογία χωρητικότητας σχεδίασης, DCR:
Flange Force, Π_του = 107.5 kips
Συνολική χωρητικότητα, Ρ_ένα= 119.6 kips
DCR = (107.5 / 119.6) = 0.899, Εντάξει

 

Συνοπτικός πίνακας του ελέγχου όλων των αποτελεσμάτων
Παρακάτω είναι ο Περίληψη Πίνακας ενότητας Σχεδιασμός σύνδεσης SkyCiv με όλους τους απαραίτητους ελέγχους σχεδιασμού που ολοκληρώθηκαν για αυτήν τη σύνδεση. Δεν εμφανίστηκαν όλοι αυτοί οι έλεγχοι σε αυτό το άρθρο, αλλά είναι διαθέσιμοι μέσω PDF που μπορείτε να κατεβάσετε εδώ: Σύνδεση-Σχεδιασμός-Αναφορά-ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ II.B-1-ASD

Ομοίως, το παράδειγμα έκδοσης LRFD μπορείτε να το βρείτε σε αυτόν τον σύνδεσμο: Σύνδεση-Σχεδιασμός-Αναφορά-ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ II.B-1-LRFD

βιβλιογραφικές αναφορές

• AISC 360 Προδιαγραφή Δομικά χαλύβδινα κτίρια
• Παραδείγματα Σχεδιασμού AISC v14.1 (ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ II.Β-1, σελίδες IIB-2 έως 13)
• Λογισμικό σχεδιασμού σύνδεσης SkyCiv: https://skyciv.com/structural-software/connection-design/