Παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC
Παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC. Διατμητικές συνδέσεις between I-shaped sections are some of the most common connections in steel design. To help understand the required design checks in accordance with AISC 360-16, this article works through a design example. We can also get to the results of this example directly through the Σχεδιασμός σύνδεσης SkyCiv μονάδα μέτρησης. Παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC Παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC.
A shear connection is a simple connection under AISC 360-16 B3.4. It is detailed to deliver the beam end reaction and to rotate rather than to carry end moment, which is what separates it from the moment connection covered in the companion article.
The calculations presented here use the 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.
Παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC
Για αυτό το παράδειγμα, we are going to evaluate the capacity of a single-plate connection between a W16x50 beam and a W14x90 column using the dimensions and bolts shown below. This connection needs to support the beam end reaction.
Δεδομένος:
Φορτία επιπέδου εξυπηρέτησης & Υλικό:
Παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC (Παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC) = 8.0 kips
Παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC (Παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC) = 25.0 kips
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: Παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC; tw = 0.380 σε, d = 16.3 Παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC, tf = 0.630 σε
Στήλη: Παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC; tf = 0.710 σε.
Παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC: 1/4 σε παχιά; 4 1/2 σε x 11 1/2 σε διαστάσεις
ο 11 1/2 in plate depth comes from the bolt layout: four bolts at 3 in spacing gives 9 in between the outer bolts, plus a 1 1/4 in edge distance top and bottom.
Φωτιστικά (Βίδες και συγκολλήσεις):
(4) – 3/4-σε.-diameter ASTM F3125 Grade A325-N bolts in standard holes, στο 3 in spacing with 1 1/4 in edge distance
70-φιλέτα ηλεκτροδίου ksi. A325 and A490 are grades within ASTM F3125, which consolidated the older standalone bolt specifications. For more on the fastener side, see the documentation on μπουλόνια και συγκολλήσεις.
Υπολογισμός Φορτίου:
LRFD:
Υπολογισμός Φορτίου (Υπολογισμός Φορτίου) = 1.2(8.0 kips ) + 1.6(25.0 kips ) = 49.6 kips
ASD:
Υπολογισμός Φορτίου (Υπολογισμός Φορτίου) = 8.0 kips + 25 kips = 33.0 kips
Every check below is compared against the ASD reaction of 33.0 kips . The LRFD figure is carried only for the Manual table comparison at the end.
Υπολογισμός Φορτίου, Υπολογισμός Φορτίου 360-16. The checks fall into three groups: the plate itself, the weld holding it to the column, and the bolt group joining it to the beam web.
Παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC, Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών
Υπολογισμός Φορτίου: Ω = 1.5
Υπολογισμός Φορτίου = (0.6 Υπολογισμός Φορτίου / Ω) = [ 0.6 (36 ksi) (0.25 σε) 11.5 σε / 1.5 ] = 41.4 kips
Αναλογία χωρητικότητας σχεδίασης, DCR:
Υπολογισμός Φορτίου, Υπολογισμός Φορτίου = 33.0 kips
συνολική χωρητικότητα, Υπολογισμός Φορτίου = 41.4 kips
DCR = (33.0 / 41.4) = 0.797, Εντάξει
Shear Plate to W14x90 Flange, Δύναμη συγκόλλησης
Αντοχή των συγκολλήσεων φιλέτου: Ω = 2.0
Μέγεθος συγκόλλησης, t = 0.1875 σε
Υπολογισμός Φορτίου = 0.6 Υπολογισμός Φορτίου [ 1.0 + 0.5 Υπολογισμός Φορτίου θ ]
θ Υπολογισμός Φορτίου
= 90, για συγκολλήσεις εγκάρσιας φόρτωσης
= 0, για συγκολλήσεις διαμήκως φορτωμένες
Αντοχή ανά μονάδα μεγέθους συγκόλλησης:
Επιτρεπόμενη τάση συγκόλλησης, Υπολογισμός Φορτίου = [ 0.6 (70) / 2.0 ] = 21 ksi
εγκάρσιο μήκος, κ = 0 σε
διαμήκη μήκος, θα είμαι = 23 σε
συνολικό αποτελεσματικό μήκος, μεγάλο = κ (1.5) + θα είμαι (1.0) = 0 (1.5) + 23 (1.0) = 23 σε
(Υπολογισμός Φορτίου / ένα) = 21 ksi (23 σε) = 483 kips / σε
The weld runs both sides of the plate, έτσι το 23 in is 2 Χ 11.5 in and already accounts for both lines. The load runs along the weld axis here, so θ = 0 and there is no directional increase.
Αποτελεσματικό μέγεθος (λαιμός) συγκόλλησης φιλέτου, ένα:
0.707 Υπολογισμός Φορτίου
α = (0.707) t = 0.133 σε
Υπολογισμός Φορτίου = (Υπολογισμός Φορτίου / ένα) ένα = 483 (0.133 σε) = 64.2 kips
Αναλογία χωρητικότητας σχεδίασης, DCR:
απαιτούμενο φορτίο, R = 33.0 kips
συνολική χωρητικότητα, Υπολογισμός Φορτίου 64.2 kips
DCR = (33.0 / 64.2) = 0.514, Εντάξει
Παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC, Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών
Υπολογισμός Φορτίου: Ω = 2.0
Υπολογισμός Φορτίου:
Υπολογισμός Φορτίου(μικρό) = 0.875 σε (4) = 3.5 σε
Υπολογισμός Φορτίου, Υπολογισμός Φορτίου = 11.5 Υπολογισμός Φορτίου [ 0.875 σε (4) ] = 8.0 σε
ο 0.875 in is the 13/16 in standard hole plus the 1/16 in allowance AISC applies when computing net area.
Υπολογισμός Φορτίου = (0.6 Υπολογισμός Φορτίου / Ω) = [ 0.6 (58 ksi) (0.25 σε) 8 σε / 2.0 ] = 34.8 kips
Αναλογία χωρητικότητας σχεδίασης, DCR:
Υπολογισμός Φορτίου, Υπολογισμός Φορτίου = 33.0 kips
συνολική χωρητικότητα, Υπολογισμός Φορτίου = 34.8 kips
DCR = (33.0 / 34.8) = 0.948, Εντάξει
Shear Plate at W16x50 Web, Υπολογισμός Φορτίου
Υπολογισμός Φορτίου: Ω = 2.0
(Υπολογισμός Φορτίου / Ω) = (Υπολογισμός Φορτίου / Ω) + ελάχ [ 0.6 Υπολογισμός Φορτίου , 0.6 Υπολογισμός Φορτίου ] / Ω
Block shear tears a single block out of the plate: it ruptures across the horizontal edge distance and shears down the bolt line, so a tension term and a shear term are added.
Υπολογισμός Φορτίου: Υπολογισμός Φορτίου= 1.0 (Υπολογισμός Φορτίου)
(Υπολογισμός Φορτίου / Ω) = [ 1.0 (58 ksi) (1.0625 σε) / 2.0 ] = 30.8 Υπολογισμός Φορτίου (0.25 σε) = 7.7 kips
Υπολογισμός Φορτίου: 0.6 Υπολογισμός Φορτίου
(0.6 Υπολογισμός Φορτίου / Ω) = [ 0.6 (36 ksi) (10.25 σε) / 2.0 ] (0.25) = 110.7 Υπολογισμός Φορτίου (0.25 σε) = 27.7 kips
Υπολογισμός Φορτίου: 0.6 Υπολογισμός Φορτίου
(0.6 Υπολογισμός Φορτίου / Ω) = [ 0.6 (58 ksi) (7.1875 σε) / 2.0 ] (0.25 σε) = 125.1 Υπολογισμός Φορτίου (0.25 σε) = 31.3 kips
Υπολογισμός Φορτίου:
(Υπολογισμός Φορτίου / Ω)= 7.7 kips + ελάχ [ 27.7 kips , 31.3 kips ] = 35.4 kips
Αναλογία χωρητικότητας σχεδίασης, DCR:
Υπολογισμός Φορτίου, Υπολογισμός Φορτίου = 33.0 kips
συνολική χωρητικότητα, Υπολογισμός Φορτίου = 35.4 kips
DCR = (33.0 / 35.4) = 0.933, Εντάξει
Shear Plate at W16x50 Web, Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών
1. Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών: Ω = 2.0
Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών 0.768 σε
Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών, Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = 54 ksi
Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών (Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών), Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = (54 ksi) 0.463 Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών 25.0 kips
(Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών / Ω) Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών / Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών
ο 54 ksi is the nominal shear stress for a Grade A325 bolt with threads included in the shear plane, taken straight from AISC Table J3.2, so no further reduction is applied to it.
2. Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών: Ω = 2.0
(Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών)
clear distance at the edge bolt, γρ = 0.84 σε (από το 1 1/4 in edge distance less half a hole)
clear distance to adjacent hole, γρ = 2.19 σε (από το 3 in spacing less one hole)
The edge bolt has the smaller clear distance, so it controls:
(Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών / Ω) = (1.5 Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών / Ω) ≤ (3.0 Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών / Ω)
Because hole deformation is not taken as a design consideration here, το AISC 360-16 J3-6b coefficients of 1.5 και 3.0 apply rather than the 1.2 και 2.4 of J3-6a.
Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών (Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών), Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών 0.84 σε:
Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = 1.5 γρ τ Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών =1,5 (0.84 σε) 0.25 σε (58 ksi) = 18.4 kips
(Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών / Ω) = 9.2 kips
Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών (Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών), Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών 2.19 σε:
Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = 1.5 γρ τ Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = 1.5 (2.19 σε) 0.25 σε (58 ksi) = 47.6 kips
(Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών / Ω) = 23.8 kips
Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών (Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών):
Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = 3.0 Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = 3.0 (0.768 σε) 0.25 σε (58 ksi) = 33.4 kips
(Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών / Ω) = 16.7 kips
Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών 9.2 kips < 12.5 kips
3. Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών
Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών: Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών, Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών.
ένα). Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών (Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών):
(Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών) , Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = 9.2 kips / Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών
σι). Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών (Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών):
(Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών) , Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = 12.5 kips / Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών
ντο). Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών: one outer bolt plus three inner bolts
Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = 1 (9.2 kips / Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών) + 3 (12.5 kips / Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών) = 46.7 kips
Αναλογία χωρητικότητας σχεδίασης, DCR:
Υπολογισμός Φορτίου, R = 33.0 kips
συνολική χωρητικότητα, Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = 46.7 kips
DCR = (33.0 / 46.7) = 0.707, Εντάξει
Beam Web, Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών (Παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC)
Υπολογισμός Φορτίου: Ω = 2.0
Υπολογισμός Φορτίου:
Υπολογισμός Φορτίου(μικρό) = 0.875 σε (4) = 3.5 σε
Υπολογισμός Φορτίου, Υπολογισμός Φορτίου Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών [ 0.875 σε (4) ] = 12.8 σε
Υπολογισμός Φορτίου = (0.6 Υπολογισμός Φορτίου / Ω) = [ 0.6 (58 ksi) (0.38 σε) 12.8 / 2.0 ] = 84.6 kips
Αναλογία χωρητικότητας σχεδίασης, DCR:
Υπολογισμός Φορτίου, Υπολογισμός Φορτίου = 33.0 kips
συνολική χωρητικότητα, Υπολογισμός Φορτίου = 84.6 kips
DCR = (33.0 / 84.6) = 0.390, Εντάξει
Beam Web, Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών
1. Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών: Ω = 2.0
Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών 0.768 σε
Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών, Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = 54 ksi
Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών (Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών), Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = (54 ksi) 0.463 Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών 25.0 kips
(Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών / Ω) Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών
2. Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών: Ω = 2.0
(Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών)
clear distance at the edge bolt, γρ = 0.84 σε
clear distance to adjacent hole, γρ = 2.19 σε
The edge bolt has the smaller clear distance, so it controls.
(Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών / Ω) = (1.5 Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών / Ω) ≤ (3.0 Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών / Ω)
Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών (Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών), Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών 0.84 σε:
Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = 1.5 γρ τ Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = 1.5(0.84 σε) 0.38 σε (58 ksi) = 27.9 kips
(Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών / Ω) = 13.9 kips
Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών (Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών), Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών 2.19 σε:
Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = 1.5 γρ τ Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = 1.5 (2.19 σε) 0.38 σε (58 ksi) = 72.3 kips
(Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών / Ω) = 36.2 kips
Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών (Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών):
Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = 3.0 Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = 3.0 (0.768 σε) 0.38 σε (58 ksi) = 50.8 kips
(Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών / Ω) = 25.4 kips
Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών 12.5 kips < 13.9 kips
Note that the beam web is thicker than the plate at 0.380 in against 0.250 σε, so every bearing value here is larger and the bolts themselves become the limit. The plate, being the thinner part, is where bearing governs.
3. Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών
Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών: Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών, Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών.
ένα). Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών (Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών):
(Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών), Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = 12.5 kips / Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών
σι). Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών (Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών):
(Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών), Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = 12.5 kips / Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών
ντο). Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών: one outer bolt plus three inner bolts
Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = 12.5 kips + 3(12.5 kips ) = 50.0 kips
Αναλογία χωρητικότητας σχεδίασης, DCR:
Υπολογισμός Φορτίου, R = 33.0 kips
συνολική χωρητικότητα, Διατμητική Αντοχή Μπουλονιών = 50.0 kips
DCR = (33.0 / 50.0) = 0.660, Εντάξει
Every check passes. Plate shear rupture governs at 0.948, with block shear close behind at 0.933, and both are properties of the 1/4 in plate. If this reaction grew, a thicker plate would buy the most capacity for the least work.
Εναλλακτικά, Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών, Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών, thanks to the design tables offered in the AISC Steel Construction Manual:
Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών, Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών, Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών, Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών, Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών, Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών
Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών, 1/4-σε. Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών, Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών. Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών.
Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών:
LRFD
φΈλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών = 52.2 kips > 49.6 Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών, Εντάξει
ASD
Ρν / Ω = 34.8 kips > 33.0 Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών, Εντάξει
The table returns the same 34.8 kips that the long-hand plate shear rupture check gave above, which is the check that governs the plate.
Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών
Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών, Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών.
Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών 10-1, Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών, Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών:
LRFD
φΡΈλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών 351 Υπολογισμός Φορτίου. (0.380 Παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC) = 133 kips > 49.6 Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών, Εντάξει
ASD
Ρν / Ω = 234 Υπολογισμός Φορτίου. (0.380 Παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC) = 88.9 kips > 33.0 Έλεγχος διάτμησης και ρουλεμάν ομάδας μπουλονιών, Εντάξει
Το παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC που φαίνεται παραπάνω γίνεται με ASD (Το παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC που φαίνεται παραπάνω γίνεται με ASD: Το παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC που φαίνεται παραπάνω γίνεται με ASD ). Ομοίως, το παράδειγμα έκδοσης LRFD μπορείτε να το βρείτε σε αυτόν τον σύνδεσμο: Το παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC που φαίνεται παραπάνω γίνεται με ASD.
Run This Example Yourself
Enter the W16x50, the W14x90 and the 1/4 in plate, and the module returns every check above with its utilization ratio and the clause behind it. Εκτελείται στο πρόγραμμα περιήγησης, χωρίς τίποτα για εγκατάσταση.
Το παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC που φαίνεται παραπάνω γίνεται με ASD:
AISC 360-16, Προδιαγραφές για δομικά κτίρια από χάλυβα
Εγχειρίδιο AISC Steel Construction, Πίνακες 10-1 and 10-10a
Παραδείγματα Σχεδιασμού AISC v14.1 (Το παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC που φαίνεται παραπάνω γίνεται με ASD, Το παράδειγμα σχεδίασης σύνδεσης AISC που φαίνεται παραπάνω γίνεται με ASD 61)
Λογισμικό σχεδιασμού σύνδεσης SkyCiv: https://skyciv.com/structural-software/connection-design/
Single plate connection calculator: https://skyciv.com/structural-software/connection-design/single-plate-connection-calculator/
