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フランジ プレートのモーメント接続を設計する方法

AISC へのボルト留めフランジ プレート モーメント接続を設計するには 360, ビームの終端モーメントを一対のフランジ力に変換し、力が通過するすべてのものをチェックします。. フランジボルトの滑りということですね, ボルトベアリングとティアアウト, ブロックせん断, フランジプレートの引張と圧縮, 穴におけるビームの張力と曲げ破断, 柱への溶接, 柱フランジとウェブ. 別個のウェブプレートがせん断を担持し、せん断タブのようにチェックされます.

このページでは、最初から最後まで 1 つの実際の例を取り上げます。: W14x211 の柱のフランジに組み込む W24x84 の梁, と 300 キップフィートの瞬間, a 250 キップシアーと 100 アキシアル荷重のkip, AISCに合わせて設計 360-16 LRFD および AISC マニュアル第 15 版. フランジプレートは、 1/2 8人で厚い 1 A490 スリップクリティカルボルト各, そしてウェブプレートは 1 10人で厚い 1 A490-Nボルトで. すべての方程式は数値とともに書き出されます, AISC 計算シートと同じ順序で、 SkyCiv接続設計 モジュールがそれを生成します.

フランジプレートモーメント結合とは?

フランジ プレート モーメント接続は、2 つのプレートを介して梁の端モーメントを柱に伝達します。, 各ビームフランジに 1 つずつ. 各プレートは柱フランジに工場溶接され、梁フランジに現場ボルトで固定されます。, 別個のウェブプレートが剪断力を伝達します. 完全拘束です (NS) 瞬間接続 AISCのもとで 360-16 B3.4(b).

ボルト締めフランジプレートまたはフランジメッキモーメント接続とも呼ばれます。. すべての溶接が工場内で行われ、ビームは現場でボルトで固定されるだけであるため、製造業者はこの点を気に入っています。. フランジ プレートは引張と圧縮のカップルとしてモーメントを伝達します。, ウェブプレートは 単板接続 (シアータブ) はさみ用, そして柱は集中したフランジの力を受けなければなりません. これは直接確認できます。 フランジプレート接続計算機, 他のタイプは モーメント接続 ページ.

フランジプレートモーメント接続高さ: A992 W24x84 ビームにボルト固定 1/2 フランジプレートと 1 A992 W14x211 柱フランジに溶接されたウェブプレート内, とともに 300 キップフィートの瞬間, 250 キップシアーと 100 キップアキシアル荷重

接続例の立面図. フランジプレートは柱に溶接されています。 1/4 フィレットに入れてビームフランジにボルトで固定. ウェブプレートは溶接されています 7/16 フィレットで梁ウェブにボルトで固定. あります 1/4 各フランジプレートの組み立てギャップ内, 必要に応じてシムを充填.

フランジ プレートの A-A 断面: 1/2 A572グレードで 50 4 列 2 つのフランジ プレート 1 A490-SC クラス B ボルトの特大穴 5 1/2 ゲージ内

セクションA-A. 各フランジ プレートには 4 本のボルトが 2 列に並んでいます。 5 1/2 ゲージ内, プレートの特大穴とビームフランジの標準穴に.

フランジ プレートのモーメント接続をどのように設計しますか? 手順の概要

最初にフランジプレートの接続がチェックされます, モーメントによるフランジ力とアキシアル荷重について. ウェブプレートは 2 番目にチェックされます, はさみ用.

  1. ビームフランジでの詳細制限を確認してください: ゲージ, 間隔とエッジの距離.
  2. フランジ力を求め、滑りが重要なボルトの滑りをチェックします.
  3. ボルトベアリングとフランジプレートの破れを確認してください.
  4. ボルトのベアリングとビームフランジの破れを確認してください.
  5. 3 つの切り取りパターンのフランジ プレートのブロックせん断を確認します。.
  6. ビームフランジのブロックせん断を確認してください.
  7. フランジプレートの張力降伏と破断を確認する.
  8. ビームの張力破断を確認する, せん断ラグあり.
  9. フランジのボルト穴でのビームの曲げ破断を確認します。.
  10. フランジプレートの圧縮状態を確認してください.
  11. 柱面のディテール制限を確認してください.
  12. フランジプレートから柱フランジまでのすみ肉溶接を確認してください.
  13. カラムのフランジとウェブにフランジ力が集中していないか確認してください。.
  14. ウェブプレートの詳細制限を確認してください.
  15. ウェブプレート上のボルトグループのせん断を確認してください.
  16. ボルトのベアリングとウェブプレートの破れを確認してください.
  17. ボルトのベアリングとビームウェブの破れを確認してください.
  18. コンバインシャー, 効果的なグループ強度を実現するボルトごとのベアリングとティアアウト.
  19. ウェブプレートのブロックせん断を確認します.
  20. ウェブプレートのせん断降伏とせん断破断を確認します.
  21. ウェブプレート溶接のディテール制限を確認してください.
  22. ウェブプレートから柱フランジまでのすみ肉溶接を確認してください.

この例の設計入力

設計コードはAISCです 360-16 LRFD. セクションのプロパティは AISC マニュアルからのものです.

アイテム シンボル 値
因数分解垂直せん断 [mathin] V_{u} [mathin] 250 キップ
因数分解された軸張力 [mathin] T_{u} [mathin] 100 キップ
因数分解された軸圧縮 [mathin] C_{u} [mathin] 100 キップ
因数分解された強軸モーメント [mathin] M_{ux} [mathin] 300 キップフィート

 

アイテム シンボル 値
ビーム 幅24×84, A992
ビーム深さ [mathin] d_{bm} [mathin] 24.1 に
ビームウェブの厚さ [mathin] t_{wb} [mathin] 0.47 に
ビームフランジ幅 / 厚さ [mathin] b_{fb},\ t_{fb} [mathin] 9.02 に / 0.77 に
ビームエリア [mathin] A_{bm} [mathin] 24.7 平方インチ
梁の弾性断面係数 [mathin] S_{x} [mathin] 196.46 インチ
ビーム収量 / 引張応力 [mathin] F_{yb},\ F_{ub} [mathin] 50 KSI / 65 KSI
カラム 幅14×211, A992
柱の深さ [mathin] d_{sup} [mathin] 15.7 に
カラムウェブの厚さ [mathin] t_{ws} [mathin] 0.98 に
柱フランジ幅 / 厚さ [mathin] b_{fs},\ t_{fs} [mathin] 15.8 に / 1.56 に
列エリア [mathin] A_{sup} [mathin] 62 平方インチ
列 kdes / T寸法 [mathin] k_{des},\ T [mathin] 2.16 に / 10 に
カラム収量 / 引張応力 [mathin] F_{ys},\ F_{us} [mathin] 50 KSI / 65 KSI
弾性率 [mathin] E [mathin] 29000 KSI

 

フランジプレート接続 シンボル 値
フランジプレート PL 1/2 バツ 12 3/4 バツ 12 1/2, A572 グループ. 50
プレート幅 / 長さ / 厚さ [mathin] b_{fp},\ L_{fp},\ t_{fp} [mathin] 12.75 に / 12.5 に / 0.5 に
プレート収量 / 引張応力 [mathin] F_{yp},\ F_{up} [mathin] 50 KSI / 65 KSI
ボルト 1 A490-SCで, クラスB, 1つの滑り面
ボルトの公称張力 / せん断応力 [mathin] F_{nt},\ F_{nv} [mathin] 113 KSI / 68 KSI
プレートの穴 / ビームフランジ 特大サイズ (OVS) / 材料リストを開くには (STD)
ボルト列 / ゲージ [mathin] n_{r},\ g_{a} [mathin] 2 / 5.5 に
ボルト柱 / 列間隔 [mathin] n_{c},\ s_{c} [mathin] 4 / 3 に
垂直 / ビームフランジ上の水平エッジ距離 [mathin] L_{ev,bf},\ L_{eh,bf} [mathin] 1.76 に / 1.5 に
垂直 / フランジプレート上の水平エッジ距離 [mathin] L_{ev,fp},\ L_{eh,fp} [mathin] 3.625 に / 1.5 に
フランジプレートのブレースなしの長さ [mathin] L_{k,fp} [mathin] 3 に
溶接, フランジプレートからコラムまで [mathin] W,\ F_{EXX} [mathin] 1/4 に (0.25 に) フィレ, E70XX, 70 KSI

 

ウェブプレート接続 シンボル 値
ウェブプレート (単板) PL 1 バツ 6 1/2 バツ 15, A572 グループ. 50
プレート幅 / 深さ / 厚さ [mathin] b_{p},\ d_{p},\ t_{p} [mathin] 6.5 に / 15 に / 1 に
プレート収量 / 引張応力 [mathin] F_{yp},\ F_{up} [mathin] 50 KSI / 65 KSI
ボルト 1 A490-Nで, シングルシアー
ボルトの公称張力 / せん断応力 [mathin] F_{nt},\ F_{nv} [mathin] 113 KSI / 68 KSI
プレートの穴 / ビームウェブ 短溝横型 (HSSL) / 材料リストを開くには (STD)
ボルト列 / 行間隔 [mathin] n_{r},\ s_{r} [mathin] 5 / 3 に
ボルト柱 / 列間隔 [mathin] n_{c},\ s_{c} [mathin] 2 / 3 に
柱までのビームウェブクリアランス [mathin] clr [mathin] 0.5 に
ビームウェブ上の水平エッジ距離 / 皿 [mathin] L_{eh,bm},\ L_{eh,pl} [mathin] 1.5 に / 1.5 に
プレート上の垂直エッジ距離 [mathin] L_{ev,pl} [mathin] 1.5 に
ボルト群の偏心 [mathin] e [mathin] 3.5 に
溶接, ウェブプレートから柱まで [mathin] W,\ F_{EXX} [mathin] 7/16 に (0.4375 に) 両側をフィレにする, E70XX, 70 KSI

部 1: フランジプレート接続

ステップ 1 に 13 フランジプレートを確認してください, ビームフランジ, 柱への溶接と柱自体, すべてはステップで計算されたフランジ力用です 2.

ステップ 1: ビームフランジでのディテール制限 (AISC 360-16 J3.3, J3.4, J3.5)

強度チェックの前に, ボルトのレイアウトは構築可能であり、強度方程式の背後にある仮定と一致する必要があります。. ボルトが近すぎると穴の間が裂ける, 近すぎるエッジは引き裂かれます.

最小ボルト間隔は次のとおりです。 [mathin] 2\tfrac{2}{3} d_{b} [mathin] J3.3から. の最小エッジ距離 1 ボルトの中には 1 1/4 表 J3.4 より, これはビームフランジの限界です, 穴が標準であるところ. フランジプレートには大きすぎる穴があります, したがって、表 J3.5 は追加します。 1/8 に, これにより、エッジ距離の制限が 1.375 に. ゲージには独自の最小値があります, 2 本のボルトの線がフランジ全体に収まり、ボルトを取り付けるスペースがあるようにします。.

[math] s_{min} = 2\tfrac{2}{3}\, d_{b} = 2.667 \times (1\,in) = 2.667\,in [math]

ディテールの限界 リミット (に) 実際 (に) DCR 結果
最小ボルトゲージ 4.875 5.500 0.886 合格
最小ボルト列間隔 2.667 3.000 0.889 合格
最大ボルト列間隔 6.000 3.000 0.500 合格
プレートの垂直エッジの最小距離 1.375 3.625 0.379 合格
プレートの最小水平エッジ距離 1.375 1.500 0.917 合格
ビームの最小垂直エッジ距離 1.250 1.760 0.710 合格
ビームの最小水平エッジ距離 1.250 1.500 0.833 合格

最小制限の場合、比率は実際の制限値を超えます, そして最大値の場合、それは実際の制限を超えています. 支配的な行はプレートの水平エッジ距離です:

[math] DCR = \frac{1.375\,in}{1.5\,in} = 0.917 [math]

DCR = 0.917 < 1.0, わかった

ステップ 2: フランジ力と滑り臨界ボルト強度 (AISC 360-16 J3.8)

モーメントは、2 つのビーム フランジに等しい反対の力として伝わります。, フランジプレートのボルトは滑ることなくその力を支えなければなりません. フランジプレートには大きな穴があるため、これらのボルトは滑りやすくなります。, どのAISC 360-16 J3.2 ではスリップクリティカル接続のみが許可されます.

フランジ力

モーメントはビーム フランジの重心間の距離で割られます。, [mathin] d_{bm} – t_{fb} [mathin]. ウェブプレートはせん断専用に設計されています, アキシアル荷重はフランジプレートにかかるので、, 半分ずつ:

[math] P_{uF} = \frac{M_{ux}}{d_{bm} – t_{fb}} + \frac{P_{u}}{2} [math]

[math] P_{uF} = \frac{(300\,kip\text{-}ft)}{(24.1\,in) – (0.77\,in)} + \frac{(100\,kip)}{2} [math]

[math] P_{uF} = 204.31\,kip [math]

軸方向の引張力と圧縮力は両方とも 100 キップ, したがって、フランジ力は 204.31 どちらにしてもキップ: 張力は張力フランジに追加され、圧縮は圧縮フランジに追加されます。. パートのすべてのチェックイン 1 この 1 つの値を使用します.

滑り止め効果

どこ [mathin] \phi = 0.85 [mathin] は大きすぎる穴の抵抗係数です, [mathin] \mu = 0.5 [mathin] はクラス B 接合面の平均滑り係数です。, [mathin] D_{u} = 1.13 [mathin] 平均設置プリテンションを指定された最小値に関連付けます, [mathin] h_{f} = 0.85 [mathin] フィラーファクターです, [mathin] T_{b} = 64\,kip [mathin] の最低限の見せかけです 1 表 J3.1 の A490 ボルト, そしてあります [mathin] N_{s} = 1 [mathin] すべり面:

[math] \phi R_{n} = \phi\, \mu\, D_{u}\, h_{f}\, T_{b}\, N_{s}\, n_{r}\, n_{c} [math]

[math] \phi R_{n} = (0.85) \times (0.5) \times (1.13) \times (0.85) \times (64\,kip) \times (1) \times (2) \times (4) [math]

[math] \phi R_{n} = 209\,kip [math]

DCR = 204.31 キップ / 209 キップ = 0.978 < 1.0, わかった

フィラーファクター 0.85 接続された部品間の 2 つ以上のフィラーの J3.8 値です。. 図面では必要に応じてシムが必要です。 1/4 勃起ギャップに, したがって、設計では 1 つしか存在しないとは考えられません。. で 0.978 これは、接続における 2 つの最も厳格なチェックのうちの 1 つです.

ステップ 3: フランジプレートのボルトベアリングとティアアウト (AISC 360-16 J3.10)

スリップクリティカルボルトはベアリングボルトとして十分な強度も必要です, ジョイントが滑った場合に備えて. 各ボルトはプレートの穴の端を押します. 穴の部分でプレートが変形する (ベアリング, 上限がある 2.4 公称せん断強度) または、ストリップを次の穴またはプレートの端まで引き裂きます。 (引き裂く, 1.2 公称せん断強度). プレートの端に最も近いボルトのクリア距離が最も短い, だから彼らは弱いのです.

エンドボルトのクリア距離, と [mathin] d_{h} = 1.25\,in [mathin], 部材の長さに沿った特大の穴の寸法:

[math] l_{c1} = L_{eh,fp} – \frac{d_{h}}{2} = (1.5\,in) – \frac{(1.25\,in)}{2} = 0.875\,in [math]

他のボルト間の距離を空ける:

[math] l_{c2} = s_{c} – d_{h} = (3\,in) – (1.25\,in) = 1.75\,in [math]

2 つのラインのそれぞれのエンドボルトには、 [mathin] l_{c1} [mathin], 各行の他の 3 つは次のように使用します。 [mathin] l_{c2} [mathin]:

[math] \phi R_{n} = \phi \left[ \min\left(1.2\, l_{c1},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{fp} F_{up}\, n_{r} + \min\left(1.2\, l_{c2},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{fp} F_{up}\, n_{r} \left( n_{c} – 1 \right) \right] [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times \left[ \min\left(1.2 \times 0.875\,in,\, 2.4 \times 1\,in\right)(0.5\,in)(65\,ksi)(2) + \min\left(1.2 \times 1.75\,in,\, 2.4 \times 1\,in\right)(0.5\,in)(65\,ksi)(2)(4 – 1) \right] [math]

[math] \phi R_{n} = 358.31\,kip [math]

DCR = 204.31 キップ / 358.31 キップ = 0.570 < 1.0, わかった

ステップ 4: ビームフランジのボルトベアリングとティアアウト (AISC 360-16 J3.10)

同じチェックがビームフランジにも適用されます, 標準の穴があるもの ([mathin] d_{h} = 1.125\,in [mathin]) そしてプレートよりも厚いです.

[math] l_{c1} = L_{eh,bf} – \frac{d_{h}}{2} = (1.5\,in) – \frac{(1.125\,in)}{2} = 0.9375\,in [math]

[math] l_{c2} = s_{c} – d_{h} = (3\,in) – (1.125\,in) = 1.875\,in [math]

[math] \phi R_{n} = \phi \left[ \min\left(1.2\, l_{c1},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{fb} F_{ub}\, n_{r} + \min\left(1.2\, l_{c2},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{fb} F_{ub}\, n_{r} \left( n_{c} – 1 \right) \right] [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times \left[ \min\left(1.2 \times 0.9375\,in,\, 2.4 \times 1\,in\right)(0.77\,in)(65\,ksi)(2) + \min\left(1.2 \times 1.875\,in,\, 2.4 \times 1\,in\right)(0.77\,in)(65\,ksi)(2)(4 – 1) \right] [math]

[math] \phi R_{n} = 591.22\,kip [math]

DCR = 204.31 キップ / 591.22 キップ = 0.346 < 1.0, わかった

ステップ 5: フランジプレートのブロックせん断 (AISC 360-16 J4.3)

フランジプレートのブロックがボルトラインに沿って裂ける可能性があります: 穴のラインに沿ったせん断とプレート全体の張力. 2 つのボルト ラインを使用すると、これを実現する 3 つの方法があります。, そして最も弱い者が統治する. 各穴が追加されます 1/16 パンチ時にダメージを受ける (B4.3), そして [mathin] d_{h} = 1.25\,in [mathin] 両方向の特大穴用.

Lパターン: 1 つのせん断面, ボルトの一方の端にかかる張力

[math] A_{nt} = t_{fp} \left[ (n_{r} – 2)\, s_{r} + g_{a} + L_{ev,fp} – (n_{r} – 0.5)\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] [math]

[math] A_{nt} = (0.5\,in) \times \left[ (2 – 2)(3\,in) + 5.5\,in + 3.625\,in – (2 – 0.5)(1.25\,in + 0.0625\,in) \right] = 3.5781\,in^{2} [math]

[math] A_{gv} = t_{fp} \left[ L_{eh,fp} + (n_{c} – 1)\, s_{c} \right] = (0.5\,in) \times \left[ 1.5\,in + (4 – 1)(3\,in) \right] = 5.25\,in^{2} [math]

[math] A_{nv} = t_{fp} \left[ L_{eh,fp} + (n_{c} – 1)\, s_{c} – (n_{c} – 0.5)\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = (0.5\,in) \times \left[ 1.5\,in + (3)(3\,in) – (3.5)(1.3125\,in) \right] = 2.9531\,in^{2} [math]

と [mathin] U_{bs} = 1 [mathin] 均一な張力を得るために:

[math] \phi R_{n} = \phi \left( 0.6\, F_{up} A_{nv} + U_{bs} F_{up} A_{nt} \right) \le \phi \left( 0.6\, F_{yp} A_{gv} + U_{bs} F_{up} A_{nt} \right) [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \left( 0.6 \times 65 \times 2.9531 + 1 \times 65 \times 3.5781 \right) \le (0.75) \left( 0.6 \times 50 \times 5.25 + 1 \times 65 \times 3.5781 \right) [math]

[math] \phi R_{n} = 260.81\,kip [math]

Uパターン: 2 つのせん断面, ボルトライン間の張力

[math] A_{gv} = 2\, t_{fp} \left[ L_{eh,fp} + (n_{c} – 1)\, s_{c} \right] = 2 \times (0.5\,in) \times \left[ 1.5\,in + (3)(3\,in) \right] = 10.5\,in^{2} [math]

[math] A_{nv} = 2\, t_{fp} \left[ L_{eh,fp} + (n_{c} – 1)\, s_{c} – (n_{c} – 0.5)\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = 5.9062\,in^{2} [math]

[math] A_{nt} = t_{fp} \left[ (n_{r} – 2)\, s_{r} + g_{a} – (n_{r} – 1)\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = (0.5\,in) \times \left[ 0 + 5.5\,in – (1)(1.3125\,in) \right] = 2.0937\,in^{2} [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \left( 0.6 \times 65 \times 5.9062 + 1 \times 65 \times 2.0937 \right) \le (0.75) \left( 0.6 \times 50 \times 10.5 + 1 \times 65 \times 2.0937 \right) = 274.83\,kip [math]

2Lパターン: 2 つのせん断面, 各ボルトラインからその端までの張力

[math] A_{nt} = 2\, t_{fp} \left[ L_{ev,fp} – 0.5\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = 2 \times (0.5\,in) \times \left[ 3.625\,in – 0.5 \times (1.3125\,in) \right] = 2.9687\,in^{2} [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \left( 0.6 \times 65 \times 5.9062 + 1 \times 65 \times 2.9687 \right) \le (0.75) \left( 0.6 \times 50 \times 10.5 + 1 \times 65 \times 2.9687 \right) = 317.48\,kip [math]

ガバナブロックせん断

[math] \phi R_{n} = \min\left( 260.81\,kip,\, 274.83\,kip,\, 317.48\,kip \right) = 260.81\,kip [math]

DCR = 204.31 キップ / 260.81 キップ = 0.783 < 1.0, わかった

せん断面が 1 つしかないため、L パターンが支配します. の 12.75 プレートの幅は 9.02 ビームフランジ内, これにより、2L パターンでは外側のストリップに十分な張力領域が与えられます。.

ステップ 6: 梁フランジのブロックせん断 (AISC 360-16 J4.3)

ビームフランジも同様に引き裂くことができます. そのエッジはただ 1.76 ボルトラインの外側, したがって、クリティカルブロックは 2L パターンです: フランジの 2 つの外側ストリップがボルトの線に沿ってせん断され、張力によって引き離されます。.

[math] A_{nt} = t_{fb} \left[ b_{fb} – g_{a} – (n_{r} – 1)\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = (0.77\,in) \times \left[ 9.02\,in – 5.5\,in – (1)(1.125\,in + 0.0625\,in) \right] = 1.796\,in^{2} [math]

[math] A_{gv} = 2\, t_{fb} \left[ L_{eh,bf} + (n_{c} – 1)\, s_{c} \right] = 2 \times (0.77\,in) \times \left[ 1.5\,in + (3)(3\,in) \right] = 16.17\,in^{2} [math]

[math] A_{nv} = 2\, t_{fb} \left[ L_{eh,bf} + (n_{c} – 1)\, s_{c} – (n_{c} – 0.5)\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = 2 \times (0.77\,in) \times \left[ 10.5\,in – (3.5)(1.1875\,in) \right] = 9.7694\,in^{2} [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \left( 0.6 \times 65 \times 9.7694 + 1 \times 65 \times 1.796 \right) \le (0.75) \left( 0.6 \times 50 \times 16.17 + 1 \times 65 \times 1.796 \right) [math]

[math] \phi R_{n} = 373.31\,kip [math]

DCR = 204.31 キップ / 373.31 キップ = 0.547 < 1.0, わかった

ステップ 7: フランジプレートの引張降伏と破断 (AISC 360-16 J4.1)

緊張面では, フランジプレートは短いテンションメンバーです. 総断面が折れてはなりません, 穴の列を通るネット部分が破裂してはなりません.

張力降伏 (Eq. J4-1)

[math] \phi R_{n,ty} = \phi\, F_{yp}\, t_{fp}\, b_{fp} = (0.9) \times (50\,ksi) \times (0.5\,in) \times (12.75\,in) = 286.88\,kip [math]

引張破断 (Eq. J4-2)

[math] \phi R_{n,tr} = \phi\, F_{up}\, t_{fp} \left[ b_{fp} – n_{r}\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] [math]

[math] \phi R_{n,tr} = (0.75) \times (65\,ksi) \times (0.5\,in) \times \left[ 12.75\,in – (2) \times (1.25\,in + 0.0625\,in) \right] = 246.8\,kip [math]

[math] \phi R_{n} = \min\left( 286.88\,kip,\, 246.8\,kip \right) = 246.8\,kip [math]

DCR = 204.31 キップ / 246.8 キップ = 0.828 < 1.0, わかった

ステップ 8: せん断遅れを伴うビームの引張破断 (AISC 360-16 D3, J4.1)

フランジの力はビームにも作用する必要があります. ビームの半分, 1 つのフランジと半分のウェブで構成される WT, テンションメンバーとして扱われます. ボルトはフランジのみを接続します, だからウェブはストレスを拾うのが遅れている, せん断ラグ係数 U により有効正味面積が減少します。.

表D3.1のケースより 2, どこ [mathin] \bar{y} = 3.0217\,in [mathin] はフランジから WT の図心までの距離、l は接続の長さです, 最初のボルト列から最後のボルト列まで:

[math] U = 1 – \frac{\bar{y}}{l} = 0.66439 [math]

[math] \phi R_{n,tr} = \phi\, F_{ub}\, U \left[ 0.5\, A_{bm} – n_{r}\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) t_{fb} \right] [math]

[math] \phi R_{n,tr} = (0.75) \times (65\,ksi) \times (0.66439) \times \left[ 0.5 \times (24.7\,in^{2}) – (2) \times (1.125\,in + 0.0625\,in) \times (0.77\,in) \right] [math]

[math] \phi R_{n,tr} = 340.78\,kip [math]

DCR = 204.31 キップ / 340.78 キップ = 0.600 < 1.0, わかった

ステップ 9: フランジボルト穴におけるビームの曲げ破断 (AISC 360-16 F13.1)

ボルト穴は、モーメントが最大になるビームのテンション フランジから材料を取り出します。. F13.1 は、これらの穴によってビームの曲げ強度が低下するかどうかをチェックします, そして、もしそうなら, どのくらいで.

テンション フランジの総面積と正味面積

[math] A_{fg} = b_{fb}\, t_{fb} = (9.02\,in) \times (0.77\,in) = 6.9454\,in^{2} [math]

[math] A_{fn} = A_{fg} – n_{r}\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) t_{fb} = (6.9454\,in^{2}) – (2) \times (1.125\,in + 0.0625\,in) \times (0.77\,in) = 5.1166\,in^{2} [math]

引張破断は適用されますか?

[math] \frac{F_{y}}{F_{u}} = \frac{50\,ksi}{65\,ksi} = 0.76923 \le 0.8 \;\Rightarrow\; Y_{t} = 1 [math]

[math] F_{u} A_{fn} = (65\,ksi) \times (5.1166\,in^{2}) = 332.58\,kip [math]

[math] Y_{t} F_{y} A_{fg} = (1) \times (50\,ksi) \times (6.9454\,in^{2}) = 347.27\,kip [math]

なぜなら [mathin] F_{u} A_{fn} \lt Y_{t} F_{y} A_{fg} [mathin], 総フランジが降伏する前にネットフランジが破断する, したがって、引張破断の限界状態が適用されます.

穴部の曲げ強度 (Eq. F13-1)

[math] M_{n} = \frac{F_{ub} A_{fn}}{A_{fg}}\, S_{x} = \frac{(65\,ksi) \times (5.1166\,in^{2})}{(6.9454\,in^{2})} \times (196.46\,in^{3}) = 783.95\,kip\text{-}ft [math]

フランジ力として, 比較する [mathin] P_{uF} [mathin]:

[math] \phi R_{n} = \frac{\phi\, M_{n}}{d_{bm} – t_{fb}} = \frac{(0.9) \times (783.95\,kip\text{-}ft)}{(24.1\,in) – (0.77\,in)} = 362.91\,kip [math]

DCR = 204.31 キップ / 362.91 キップ = 0.563 < 1.0, わかった

ステップ 10: フランジプレートの圧縮強度 (AISC 360-16 J4.4)

圧縮側のフランジ プレートは短い柱状になっています。. 十分にずんぐりしていれば, 座屈することなく降伏荷重に達します, およびAISC 360-16 J4.4 では、Chapter E の列チェック全体をスキップできます.

レポートでは、プレートのブレースなしの長さを次のように扱います。 [mathin] L_{k,fp} = 3\,in [mathin] と [mathin] K = 1.2 [mathin], 解説表C-A-7.1の両端が回転しないように固定されているが、一方の端は自由に移動できる部材の推奨設計値. 長方形プレートの場合, [mathin] r = t_{fp} / \sqrt{12} [mathin]:

[math] \frac{K L}{r} = \frac{(1.2) \times (3\,in)}{(0.5\,in) / \sqrt{12}} = 24.942 \le 25 [math]

KL/r は以上ではないので、 25, Eq. J4-6が適用されます:

[math] \phi R_{n} = \phi\, F_{yp}\, t_{fp}\, b_{fp} = (0.9) \times (50\,ksi) \times (0.5\,in) \times (12.75\,in) = 286.88\,kip [math]

DCR = 204.31 キップ / 286.88 キップ = 0.712 < 1.0, わかった

の比率 24.942 の限界をわずかに下回っています 25. プレートが薄いか、ブレースなしの長さが長いと、プレートが E 章の座屈方程式に押し込まれる可能性があります。.

ステップ 11: 柱面の詳細限界

フランジ プレートの溶接部は、柱フランジと梁の端部の間の隙間に位置します。, したがって、溶接はビームクリアランスよりも大きくすることはできません.

[math] DCR = \frac{W}{clr} = \frac{0.25\,in}{0.5\,in} = 0.5 [math]

DCR = 0.500 < 1.0, わかった

ステップ 12: すみ肉溶接能力, フランジプレートからコラムフランジまで (AISC 360-16 J2.4)

フランジの力全体が、フランジ プレートを柱に接合する隅肉溶接を通過します。. すみ肉溶接能力はサイズによって異なります, 長さと荷重方向. 溶接の両側の母材, ここにプレートとコラムフランジ, 溶接サイズのカウントを制限することもできます.

溶接サイズの母材制限 (AISC マニュアル Eq. 9-2)

[math] D_{max} = \frac{ \min\left( \frac{t_{fp}}{2} F_{up},\; t_{fs} F_{us} \right) }{3.09\,kip/in \times \left( F_{EXX} / 70\,ksi \right)} = \frac{ \min\left( (0.25\,in)(65\,ksi),\; (1.56\,in)(65\,ksi) \right) }{(3.09\,kip/in)(1)} = 5.2589 [math]

それで、最大 5.26/16 溶接サイズのカウントの単位. の 1/4 に (4/16 に) 溶接はその下にあります, そのためフルサイズが使用されます.

有効長

溶接はプレートの両面でプレートの幅を横切って行われます。, 各ラインの端で 2W 減少. プレートはコラムフランジより狭い, したがって、プレートの幅が長さを決定します:

[math] L_{w} = 2 \left[ \min\left( b_{fp},\, b_{fs} \right) – 2W \right] = 2 \times \left[ \min\left( 12.75\,in,\, 15.8\,in \right) – 2 \times (0.25\,in) \right] = 24.5\,in [math]

溶接強度

フランジ力はウェルドラインに対して垂直に作用します。, それで [mathin] \theta = 90^{\circ} [mathin] そして方向性要因 [mathin] 1 + 0.5 \sin^{1.5}\theta [mathin] です 1.5:

[math] \phi R_{n} = \phi\, 0.6\, F_{EXX} \frac{\sqrt{2}}{2} \min\left( W,\, \frac{D_{max}}{16} \right) (1.5)\, L_{w} [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times 0.6 \times (70\,ksi) \times \frac{\sqrt{2}}{2} \times (0.25\,in) \times (1.5) \times (24.5\,in) [math]

[math] \phi R_{n} = 204.64\,kip [math]

DCR = 204.31 キップ / 204.64 キップ = 0.998 < 1.0, わかった

これは接続全体の管理チェックです. の 1/4 溶接では、ほとんど余裕を持たずにフランジ力が伝達されます。, そしてそれは単に 1.5 方向係数が適用されます. それがなければ, 溶接は約 3/8 に.

ステップ 13: フランジ力を受ける柱フランジとウェブ (AISC 360-16 J10)

各フランジプレートはその力を集中荷重として柱に伝えます。. 柱フランジが曲がる可能性があります, ウェブは生み出すことができる, 足が不自由になったり、その下にバックルが付いたりする, パネルゾーンはせん断としてモーメントを伝達する必要があります. これらのいずれかが失敗した場合, 柱には補強材またはダブラープレートが必要です, またはより重いセクション.

フランジの局部曲げ (Eq. J10-1)

[math] \phi R_{n,flb} = \phi\, 6.25\, F_{ys}\, t_{fs}^{2} = (0.9) \times 6.25 \times (50\,ksi) \times (1.56\,in)^{2} = 684.45\,kip [math]

ウェブ圧縮座屈 (Eq. J10-8)

レポートでは列の T 次元が使用されます, [mathin] T_{sup} = 10\,in [mathin], この式のウェブの深さについては, と [mathin] Q_{f} = 1 [mathin]:

[math] \phi R_{n,wcb} = \phi \left( \frac{24\, t_{ws}^{3} \sqrt{E\, F_{ys}}}{T_{sup}} \right) Q_{f} = (0.9) \times \left( \frac{24 \times (0.98\,in)^{3} \times \sqrt{(29000\,ksi) \times (50\,ksi)}}{(10\,in)} \right) \times (1) = 2448\,kip [math]

厳密に, J10.5 は、圧縮力が両方の柱フランジに同じレベルで作用する場合に適用されます。, 両側から梁がフレームに入る場合のように. 一方的な接続をチェックするのは保守的です, そしてここでは統治にはほど遠い.

Web ローカルの機能不全 (Eq. J10-4)

ベアリングの長さ [mathin] l_{b} = 0.5\,in [mathin] はフランジプレートの厚さです:

[math] \phi R_{n,wlc} = \phi\, 0.8\, t_{ws}^{2} \left[ 1 + 3 \left( \frac{l_{b}}{d_{sup}} \right) \left( \frac{t_{ws}}{t_{fs}} \right)^{1.5} \right] \sqrt{\frac{E\, F_{ys}\, t_{fs}}{t_{ws}}}\, Q_{f} [math]

[math] \phi R_{n,wlc} = (0.75) \times 0.8 \times (0.98\,in)^{2} \times \left[ 1 + 3 \times \left( \frac{0.5\,in}{15.7\,in} \right) \times \left( \frac{0.98\,in}{1.56\,in} \right)^{1.5} \right] \times \sqrt{\frac{(29000\,ksi) \times (50\,ksi) \times (1.56\,in)}{(0.98\,in)}} \times (1) = 917.11\,kip [math]

Web ローカル譲歩 (Eq. J10-2)

[math] \phi R_{n,wly} = \phi\, F_{ys}\, t_{ws} \left( 5\, k_{des} + l_{b} \right) = (1) \times (50\,ksi) \times (0.98\,in) \times \left( 5 \times 2.16\,in + 0.5\,in \right) = 553.7\,kip [math]

パネルゾーンウェブシャー (Eq. J10-9)

[math] \phi R_{n,wpz} = \phi\, 0.6\, F_{ys}\, d_{sup}\, t_{ws} = (0.9) \times 0.6 \times (50\,ksi) \times (15.7\,in) \times (0.98\,in) = 415.42\,kip [math]

柱の強度を管理する

[math] \phi R_{n} = \min\left( 684.45,\, 2448,\, 917.11,\, 553.7,\, 415.42 \right) = 415.42\,kip [math]

DCR = 204.31 キップ / 415.42 キップ = 0.492 < 1.0, わかった

W14x211 の列には、 1.56 フランジと 0.98 ウェブで, したがって、このフランジ力に対して補強材やダブラープレートは必要ありません. パネルゾーンの剪断力がカラムチェックを制御します.

部 2: ウェブプレート接続

ステップ 14 に 22 ウェブプレートを確認してください, を運ぶ単一プレート接続 250 キップせん断. フランジプレートによりジョイントが完全に拘束されるため、, ウェブプレートは単純なせん断タブのように回転する必要はありません, また、シアータブの柔軟性を維持するためだけに存在するチェックは、この設計の一部ではありません。.

ステップ 14: ウェブプレートの詳細制限 (AISC 360-16 J3.3, J3.4, J3.5)

ウェブプレートのボルトレイアウトは、同じ間隔とエッジ距離のルールを満たす必要があります, プレートは、ビームフランジ間にフィットしながらビームウェブを安定させるのに十分な深さでなければなりません.

プレートには横長の短穴が付いています. 水平エッジ距離はスロットに沿って測定されます, したがって、表 J3.5 は追加します。 1/8 で限界になる 1.375 に. 垂直エッジ距離はスロット全体で測定され、一定のままです。 1.25 に.

ディテールの限界 リミット (に) 実際 (に) DCR 結果
最小ボルト列間隔 2.667 3.000 0.889 合格
最大ボルト列間隔 6.000 3.000 0.500 合格
最小ボルト列間隔 2.667 3.000 0.889 合格
最大ボルト列間隔 6.000 3.000 0.500 合格
プレートの垂直エッジの最小距離 1.250 1.500 0.833 合格
プレートの最小水平エッジ距離 1.375 1.500 0.917 合格
ビームの最小水平エッジ距離 1.250 1.500 0.833 合格
最小接続深さ 10.000 15.000 0.667 合格
最大接続深さ 20.750 15.000 0.723 合格

[math] DCR = \frac{1.375\,in}{1.5\,in} = 0.917 [math]

DCR = 0.917 < 1.0, わかった

ステップ 15: ウェブプレート上のボルトグループせん断 (AISC 360-16 J3.6)

10 本のウェブボルトは、 250 キップせん断. シンプルなシアータブで, 反力の偏心により、グループはボルト 10 本未満に減ります。’ 強さの価値がある. ここで、レポートではボルト グループ係数 C = が使用されます。 10, ボルトの全数, エンドモーメントはフランジプレートによって受けられ、ウェブボルトが直接せん断力を伝達するためです。.

どこ [mathin] \phi = 0.75 [mathin], [mathin] F_{nv} = 68\,ksi [mathin] A490-Nボルト用, [mathin] N_{s} = 1 [mathin] せん断面, そして [mathin] h_{f} = 1 [mathin] 充填剤がないので (J5.2(a)):

[math] h_{f} = 1 – 0.4 \left( t – 0.25\,in \right) = 1 – 0.4 \left( 0\,in – 0.25\,in \right) \le 1 \;\Rightarrow\; h_{f} = 1 [math]

[math] \phi R_{n} = \phi\, F_{nv}\, \frac{\pi}{4} d_{b}^{2}\, N_{s}\, C\, h_{f} [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times (68\,ksi) \times \frac{\pi}{4} (1\,in)^{2} \times (1) \times (10) \times (1) [math]

[math] \phi R_{n} = 400.55\,kip [math]

DCR = 250 キップ / 400.55 キップ = 0.624 < 1.0, わかった

偏心によりCが減少するボルトグループの場合, の ICOR を使用したボルト グループの計算 係数の求め方を示します.

ステップ 16: ウェブプレートのボルトベアリングとティアアウト (AISC 360-16 J3.10)

各ボルトはウェブプレートの穴を押し下げます. 各列の一番下のボルトはプレートの端までの距離が短いです, だからそれが弱いんだよ. スロットは水平に走り、荷重は垂直にかかります, したがって、スロット全体の穴の寸法, [mathin] d_{h} = 1.125\,in [mathin], 使用されている.

[math] l_{c1} = L_{ev,pl} – \frac{d_{h}}{2} = (1.5\,in) – \frac{(1.125\,in)}{2} = 0.9375\,in [math]

[math] l_{c2} = s_{r} – d_{h} = (3\,in) – (1.125\,in) = 1.875\,in [math]

ボルトの 1 つのラインは次のように計算され、スケールされます。 [mathin] C / n_{r} = 10 / 5 [mathin] 2行分の:

[math] \phi R_{n} = \phi \left[ \min\left(1.2\, l_{c1},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{p} F_{up} + \min\left(1.2\, l_{c2},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{p} F_{up} \left( n_{r} – 1 \right) \right] \frac{C}{n_{r}} [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times \left[ \min\left(1.125,\, 2.4\right)(1)(65) + \min\left(2.25,\, 2.4\right)(1)(65)(5 – 1) \right] \times \frac{10}{5} [math]

[math] \phi R_{n} = 987.19\,kip [math]

DCR = 250 キップ / 987.19 キップ = 0.253 < 1.0, わかった

ステップ 17: ビームウェブ上のボルトベアリングとティアアウト (AISC 360-16 J3.10)

同じチェックがビームウェブにも適用されます. ビームに対応しておらず、フランジがボルトから離れています。, だから引き裂くエッジはない, そしてすべてのボルトは内側のボルトのように支えられています.

[math] l_{c2} = s_{r} – d_{h} = (3\,in) – (1.125\,in) = 1.875\,in [math]

[math] \phi R_{n} = \phi\, \min\left(1.2\, l_{c2},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{wb} F_{ub}\, C [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times \min\left(1.2 \times 1.875\,in,\, 2.4 \times 1\,in\right) \times (0.47\,in) \times (65\,ksi) \times (10) [math]

[math] \phi R_{n} = 515.53\,kip [math]

DCR = 250 キップ / 515.53 キップ = 0.485 < 1.0, わかった

ステップ 18: ウェブボルトグループの実効強度 (AISC 360-16 J3.6 解説)

実際には、各ボルトは、通過する各層でのせん断強度と耐力強度または引き裂き強度を最小限に抑えます。, グループの強度はボルトごとの値の合計です。.

[math] \phi r_{v} = \phi\, F_{nv}\, \frac{\pi}{4} d_{b}^{2}\, N_{s}\, h_{f} = (0.75) \times (68\,ksi) \times \frac{\pi}{4} (1\,in)^{2} \times (1) \times (1) = 40.055\,kip [math]

[math] \phi r_{n1e} = \phi\, \min\left(1.2\, l_{c1},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{p} F_{up} = (0.75) \times \min\left(1.125\,in,\, 2.4\,in\right) \times (1\,in) \times (65\,ksi) = 54.844\,kip [math]

[math] \phi r_{n1i} = \phi\, \min\left(1.2\, l_{c2},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{p} F_{up} = (0.75) \times \min\left(2.25\,in,\, 2.4\,in\right) \times (1\,in) \times (65\,ksi) = 109.69\,kip [math]

[math] \phi r_{n2} = \phi\, \min\left(1.2\, l_{c2},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{wb} F_{ub} = (0.75) \times \min\left(2.25\,in,\, 2.4\,in\right) \times (0.47\,in) \times (65\,ksi) = 51.553\,kip [math]

ボルトには上から順に番号が付けられています, それでボルト 5 プレートのエッジボルトです:

ボルト ボルトシャー (キップ) ベアリング / 引き裂く, 皿 (キップ) ベアリング / 引き裂く, ビームウェブ (キップ) 有効強度 (キップ)
1 40.06 109.69 51.55 40.06
2 40.06 109.69 51.55 40.06
3 40.06 109.69 51.55 40.06
4 40.06 109.69 51.55 40.06
5 40.06 54.84 51.55 40.06

[math] \sum \phi r_{eff} = n_{1}\, \phi r_{eff,1} + n_{2}\, \phi r_{eff,2} = (4) \times (40.055\,kip) + (1) \times (40.055\,kip) = 200.28\,kip [math]

[math] \phi R_{n,eff} = \frac{C}{n_{r}} \sum \phi r_{eff} = \frac{10}{5} \times (200.28\,kip) = 400.55\,kip [math]

DCR = 250 キップ / 400.55 キップ = 0.624 < 1.0, わかった

すべてのボルトは AISC ボルトシアによって制限されます, ボルトベアリングではなく. の 1 プレートと 0.47 ウェブの厚みが十分にあるため、ボルトが先に抜けてしまいます, したがって、有効強度はステップからのボルト グループのせん断強度と等しくなります。 15. 同じ接続を実行できます。 無料の接続設計計算機 薄いウェブプレートを試して、ベアリングがいつ支配し始めるかを確認してください.

ステップ 19: ウェブプレートのせん断をブロック (AISC 360-16 J4.3)

ウェブプレートのブロックがボルトに沿って引き裂かれる可能性があります: 穴の外側の線をせん断し、プレートの自由端まで 2 本のボルト列に張力を加えます。.

ネットテンションエリアはスロットに沿って走っています, したがって、スロットの長さを使用します, [mathin] d_{h} = 1.3125\,in [mathin]:

[math] A_{nt} = t_{p} \left[ (n_{c} – 1)\, s_{c} + L_{eh,pl} – (n_{c} – 0.5)\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = (1\,in) \times \left[ (1)(3\,in) + 1.5\,in – (1.5)(1.3125\,in + 0.0625\,in) \right] = 2.4375\,in^{2} [math]

総せん断面積と正味せん断面積, と [mathin] d_{h} = 1.125\,in [mathin] スロット全体で:

[math] A_{gv} = t_{p} \left[ L_{ev,pl} + (n_{r} – 1)\, s_{r} \right] = (1\,in) \times \left[ 1.5\,in + (4)(3\,in) \right] = 13.5\,in^{2} [math]

[math] A_{nv} = t_{p} \left[ d_{p} – L_{ev,pl} – (n_{r} – 0.5)\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = (1\,in) \times \left[ 15\,in – 1.5\,in – (4.5)(1.1875\,in) \right] = 8.1563\,in^{2} [math]

ボルトコラム2本付, 端に近い柱は他の柱よりも多くの張力を伝えます。, そのため、張力領域全体の応力は均一ではなく、 [mathin] U_{bs} = 0.5 [mathin]:

[math] \phi R_{n} = \phi \left( 0.6\, F_{up} A_{nv} + U_{bs} F_{up} A_{nt} \right) \le \phi \left( 0.6\, F_{yp} A_{gv} + U_{bs} F_{up} A_{nt} \right) [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \left( 0.6 \times 65 \times 8.1563 + 0.5 \times 65 \times 2.4375 \right) \le (0.75) \left( 0.6 \times 50 \times 13.5 + 0.5 \times 65 \times 2.4375 \right) [math]

[math] \phi R_{n} = 297.98\,kip [math]

DCR = 250 キップ / 297.98 キップ = 0.839 < 1.0, わかった

ステップ 20: ウェブプレートのせん断降伏とせん断破断 (AISC 360-16 J4.2)

フルシャーがウェブプレートを通過します. 総断面は譲歩してはなりません, ボルト穴を通るネット部分が破裂してはなりません.

せん断降伏 (Eq. J4-3)

[math] A_{gv} = d_{p}\, t_{p} = (15\,in) \times (1\,in) = 15\,in^{2} [math]

[math] \phi R_{n,sy} = \phi\, 0.6\, F_{yp} A_{gv} = (1.00) \times 0.6 \times (50\,ksi) \times (15\,in^{2}) = 450\,kip [math]

せん断破壊 (Eq. J4-4)

[math] A_{nv} = t_{p} \left[ d_{p} – n_{r}\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = (1\,in) \times \left[ 15\,in – (5) \times (1.125\,in + 0.0625\,in) \right] = 9.0625\,in^{2} [math]

[math] \phi R_{n,sr} = \phi\, 0.6\, F_{up} A_{nv} = (0.75) \times 0.6 \times (65\,ksi) \times (9.0625\,in^{2}) = 265.08\,kip [math]

[math] \phi R_{n} = \min\left( 450\,kip,\, 265.08\,kip \right) = 265.08\,kip [math]

DCR = 250 キップ / 265.08 キップ = 0.943 < 1.0, わかった

せん断破断がウェブプレートを支配する. 5つのホールはほぼかかります 40% のせん断領域から外れる 15 皿の中.

ステップ 21: ウェブプレート溶接の詳細制限

フランジプレートの溶接のように, ウェブプレートの溶接は柱フランジと梁の端の間の隙間に収まらなければなりません.

[math] DCR = \frac{W}{clr} = \frac{0.438\,in}{0.5\,in} = 0.876 [math]

DCR = 0.876 < 1.0, わかった

ステップ 22: すみ肉溶接能力, ウェブプレートから柱フランジまで (AISC 360-16 J2.4)

最終, ウェブプレート上の 2 つのすみ肉溶接は、せん断力を柱フランジに伝える必要があります。.

溶接サイズの母材制限 (AISC マニュアル Eq. 9-2)

プレートは両面溶接されています, したがって、厚さの半分が各溶接に利用可能です:

[math] D_{max} = \frac{ \min\left( \frac{t_{p}}{2} F_{up},\; t_{fs} F_{us} \right) }{3.09\,kip/in \times \left( F_{EXX} / 70\,ksi \right)} = \frac{ \min\left( (0.5\,in)(65\,ksi),\; (1.56\,in)(65\,ksi) \right) }{(3.09\,kip/in)(1)} = 10.518 [math]

の 7/16 溶接部はかなり下にあります 10.5/16 に, フルサイズが重要です.

有効長

[math] L_{w} = 2 \left( d_{p} – 2W \right) = 2 \times \left[ 15\,in – 2 \times (0.4375\,in) \right] = 28.25\,in [math]

溶接強度

せん断は溶接部と平行に実行されます, それで [mathin] \theta = 0 [mathin] そして方向性の増加はありません:

[math] \phi R_{n} = \phi\, 0.6\, F_{EXX} \frac{\sqrt{2}}{2} \min\left( W,\, \frac{D_{max}}{16} \right) \left[ 1 + 0.5 \sin^{1.5}\theta \right] L_{w} [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times 0.6 \times (70\,ksi) \times \frac{\sqrt{2}}{2} \times (0.4375\,in) \times \left[ 1 + 0.5 \sin^{1.5}(0) \right] \times (28.25\,in) [math]

[math] \phi R_{n} = 275.29\,kip [math]

DCR = 250 キップ / 275.29 キップ = 0.908 < 1.0, わかった

デザインチェックのまとめ

フランジプレート接続

デザインチェック 要求する SkyCiv Foundationには、オーストラリア規格に準拠した孤立した基礎の設計が含まれています¹ DCR 結果
ビーム側の詳細制限 1.375 に 1.500 に 0.917 合格
せん断時の滑り危険ボルト 204.308 キップ 209.005 キップ 0.978 合格
ボルトベアリングとティアアウト, フランジプレート 204.308 キップ 358.313 キップ 0.570 合格
ボルトベアリングとティアアウト, ビームフランジ 204.308 キップ 591.216 キップ 0.346 合格
ブロックせん断, フランジプレート 204.308 キップ 260.813 キップ 0.783 合格
ブロックせん断, ビームフランジ 204.308 キップ 373.310 キップ 0.547 合格
張力のあるフランジプレート 204.308 キップ 246.797 キップ 0.828 合格
張力のあるビーム 204.308 キップ 340.775 キップ 0.600 合格
ボルト穴でのビームの曲げ破断 204.308 キップ 362.910 キップ 0.563 合格
圧縮状態のフランジ プレート 204.308 キップ 286.875 キップ 0.712 合格
サポート側での詳細な制限 0.250 に 0.500 に 0.500 合格
サポートフランジへの溶接 204.308 キップ 204.641 キップ 0.998 合格
賛助会員 (カラム) 204.308 キップ 415.422 キップ 0.492 合格

ウェブプレート接続

デザインチェック 要求する SkyCiv Foundationには、オーストラリア規格に準拠した孤立した基礎の設計が含まれています¹ DCR 結果
ビーム側の詳細制限 1.375 に 1.500 に 0.917 合格
ボルトグループシャー 250.000 キップ 400.553 キップ 0.624 合格
ボルトベアリングとティアアウト, ウェブプレート 250.000 キップ 987.188 キップ 0.253 合格
ボルトベアリングとティアアウト, ビームウェブ 250.000 キップ 515.531 キップ 0.485 合格
ボルト群の実効強度 250.000 キップ 400.553 キップ 0.624 合格
ブロックせん断, ウェブプレート 250.000 キップ 297.984 キップ 0.839 合格
せん断降伏と破断, ウェブプレート 250.000 キップ 265.078 キップ 0.943 合格
サポート側での詳細な制限 0.438 に 0.500 に 0.876 合格
サポートフランジへの溶接 250.000 キップ 275.291 キップ 0.908 合格

接続はすべてのチェックに合格します. フランジ側, フランジプレートから柱までの溶接は次のように規定されます。 0.998, そして、滑りの重要なボルトの滑りは、すぐ後ろにあります。 0.978. 両方とも同じものに対してチェックされます 204.31 キップフランジ力, そのため、このフランジ プレートのモーメント接続にはフランジ プレートの余力がほとんどありません。. ウェブ側では, ウェブプレートのせん断破断は次の条件で支配されます。 0.943. 柱には補強材は必要ありません, そしてそのパネルゾーンは最も弱い列チェックです 0.492.

チェックが失敗した場合に何を変更するか

  • フランジボルトの滑り: ボルトの列を追加する, または、プリテンションを高めるために大きなボルトを使用します. フィラーが少ないと、フィラーファクターが上昇します。 0.85 向かって 1.0, しかし、シムスタックは勃起ギャップによって設定されます.
  • 柱に溶接する: フィレットのサイズを大きくする, ビームクリアランス内に収まる限り, または溶接を長くするには幅の広いプレートを使用します.
  • フランジプレートの張力, ブロックシャーまたはベアリング: 厚いまたは幅の広いプレートを使用する, またはプレートの端のエッジ距離を長くする.
  • フランジプレートの圧縮: KL/r を以下に保つ 25 厚いプレートまたは短いブレースなしの長さの場合. その上 25 プレートはチャプター E の柱としてチェックされる必要があります.
  • 穴でのビーム張力または曲げ破壊: これらはビームフランジと穴のレイアウトによって異なります, したがって、より重いビームを使用するか、フランジ全体の穴の数を減らします。.
  • 列制限状態: 横補強材またはダブラープレートを追加します, または、必要に応じて重いカラムを使用します.
  • ウェブプレートせん断破壊またはブロックせん断: 別のボルト列でプレートを深くします, または厚い.
  • ウェブプレート溶接: ビームクリアランス内の溶接サイズを大きくする, もしくはプレートを深くするか.

よくある質問

フランジプレートのボルトが滑りやすいのはなぜですか?

フランジプレートには特大の穴があります, これにより、プレート間にビームをフィットさせるためのエレクターの許容誤差が与えられます。. AISC 360-16 J3.2 では、スリップが重要な接続でのみ特大の穴を許可します, 穴のタイプによってボルトのタイプが決まります. つまり、準備された接合面を意味します, ここでは、滑り係数が のクラス B です。 0.5. 通常、ファブリケーターはプロジェクトの開始前にこれらの選択肢を設定します。.

フランジ力はモーメントからどのように計算されますか?

モーメントは 2 つのビーム フランジの重心間の距離で割られます。, ビームの深さから 1 つのフランジの厚さを引いた値. これにより、一方のフランジには引張力がかかり、もう一方のフランジには等しい圧縮力がかかります。. アキシアル荷重の半分が各フランジプレートに加わります, ウェブプレートはせん断専用に設計されているため、. この例では、フランジ力は次のようになります。 204.31 キップ.

フランジプレートにエレクションギャップとシムプレートがあるのはなぜですか?

ギャップは意図的に詳細に表示されます. ビームの深さはミル公差内で変化します, 隙間により、組立中にビームが上部と下部のフランジプレートの間に落ちます。. その後、残った隙間をシムで埋めます. シムの数が事前にわからないため, スリップチェックはAISCを使用します 360-16 2 つ以上のフィラーのフィラーファクター, 0.85, そのため、どれだけ多くのシムを入れてもデザインは維持されます.

ウェブプレートの設計が単純なシャータブとは異なるのはなぜですか?

シンプルなせん断タブは回転する必要があります, 最大の板厚が得られます, プレートを展開するサイズの溶接, 偏芯を軽減したボルト群. フランジ プレート モーメント接続では、フランジ プレートがジョイントを完全に拘束し、モーメントを吸収します。. ウェブプレートは剪断力のみを伝達します, したがって、この例では 10 本のボルトすべてを最大強度で使用し、延性チェックは行っていません。.

柱には補強材が必要ですか?

この例にはありません. W14x211 柱はフランジの局部曲げを通過します, ウェブローカル譲歩, ウェブの麻痺, ウェブ圧縮座屈とパネルゾーンせん断, パネルゾーンは次の比率で支配されます 0.492. それらのいずれかが失敗した場合, 横補強材またはダブラープレートが追加されます, または、より重いカラムが望ましい場合は、代わりに使用されます。.

この例は、AISC 第 15 版または AISC 第 16 版のマニュアルに従っていますか??

AISCに従う 360-16 およびAISCマニュアル第15版, その仕様を中心に書かれているもの. AISC 第 16 版マニュアルは、それ以降のマニュアルと対になっています。 360-22 仕様. 条項番号と一部の規定, 滑りが重要なボルトのフィラー係数を含む, 新しい版では変更されました, したがって、プロジェクトが使用しているエディションに対する参照を確認してください.

LRFD ではなく AISC ASD の場合、これはどう変わるでしょうか?

限界状態と公称強度は同一です. AISC ASD を使用すると、サービスレベルの力を、抵抗係数を掛けるのではなく、安全係数で割った公称強度と比較します。. の抵抗係数 0.75 の安全率になります 2.00, そして 0.90 になる 1.67. 負荷の組み合わせも変化します, したがって、フランジ力は低くなります.

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このページのすべての数字は 1 つの解決策から得られます. フランジプレート構成を選択してください, ビームを入力してください, カラム, ボルト, 瞬間, せん断荷重とアキシアル荷重, ブラウザでこれらの各チェックを確認してください. インストールするものは何もありません.

SkyCiv 接続設計モジュールは、この例の背後にある接続設計ソフトウェアです. すべての方程式とその中の数値を含む完全な計算レポートが提供されます。, 上記の手順のように, すべての容量と DCR に加えて, AISC 360-16 (LRFDとASD) とAS 4100:2020. の ボルト計算機 そして 溶接計算機 ボルトグループと溶接チェックを独自にカバーします.

参考文献

  • AISC 360-16, 構造用鋼製建物の仕様: B3.4, B4.3, D3 (表D3.1), F13.1 (Eq. F13-1), J2.4 (Eq. J2-4), J3.2, J3.3, J3.4 (表 J3.4), J3.5 (表 J3.5), J3.6 (Eq. J3-1) と解説, J3.8 (Eq. J3-4, 表 J3.1), J3.10 (Eq. J3-6a, J3-6c), J4.1 (Eq. J4-1, J4-2), J4.2 (Eq. J4-3, J4-4), J4.3 (Eq. J4-5), J4.4 (Eq. J4-6), J5.2(a), J10.1 (Eq. J10-1), J10.2 (Eq. J10-2), J10.3 (Eq. J10-4), J10.5 (Eq. J10-8), J10.6 (Eq. J10-9); 解説表C-A-7.1.
  • AISC 鋼構造マニュアル, 15第版: 部 1 セクションのプロパティ; 部 9, Eq. 9-2; 部 10, 有効な溶接長.
  • ICOR を使用したボルト グループの計算
  • AISC を使用した鋼製接合の設計 360-16
  • ボルト そして 溶接 SkyCiv 接続設計
ハロルド・ムナレム, SkyCiv 接続設計のプロダクト マネージャー

ハロルド・ムナレム
プロダクトマネージャー, 接続設計
10+ 鋼製接続設計に長年携わる
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