記事上で, 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:
These tutorials will help you gain a better understanding of the general process of designing beams.
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SkyCiv Beamソフトウェア
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, ビームモジュールを選択してください.
- 長さを定義する梁を作成する (66 フィート).
- サポートに移動し、ヒンジまたは単純なロッドを定義します (hinge at the beginning and the end; 3 番目のポイントのロッド).
- セクションに移動して長方形を作成します (長方形断面; 幅=18インチ; 高さ=24インチ).
- 次に、分散負荷ボタンを選択し、1 つを割り当てます。, 二, or more as you need for (重畳死荷重 = 0.25 キップ/フィート; 活荷重 = 0.40 キップ/フィート)
- The next step is create some load combinations (\({L_d = 1.2\times D + 1.6\times L}\))
- 最後に, solve the beam!
図 1: 死荷重と活荷重が適用された梁モデル
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.
図 2: Bending moment diagram due to the specified load combination
The SkyCiv Beam Software gives us a table with the maximum values for forces, ストレス, and displacement:
図 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, 荷重の組み合わせ, 等. Look at figures 4 そして 5 for more description.
図 4: RC beam layouts
図 5: Forces and sections to evaluate when designing
Once all the data is ready, we can click the “小切手” ボタン. This action will give us then the results and the capacity ratios for strength and serviceability.
図 6: Beam Module Design Results.
You can then download all the reports you need for!
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SkyCiv構造3D
Now is the time to use Structural 3D! We recommend just returning to the beam software and clicking on the “S3Dで開く” ボタン. 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!)
図 7: Automatically created model in S3D.
Now go directly to the “解決する” icon choosing the “Linear analysis” オプション. Feel free to check and compare results; を使用します “設計” オプション. It is time to define all the characteristics required to evaluate the beam on the different tabs.
図 8: 会員’ information for design
図 9: 会員’ 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.
図 10: Section Reinforcement Optimization.
数字 11 そして 12 show the final result and the suggested section reinforcement calculated for the optimization design.
図 11: Structural Concrete Design Results
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図 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 米国および他の多くの国にとって重要な設計基準です)
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: \(\フラク{1}{16}\)
- Positive midspan: \(\フラク{1}{14}\)
- Negative interior:\(\フラク{1}{10}\)
- Interior span:
- Negative: \(\フラク{1}{11}\)
- Positive midspan: \(\フラク{1}{16}\)
We’ll select two cases: the absolute maximum value for positive and negative bending moments.
\(wu=1.2\times D + 1.6\times L = 1.2 \回 0.25 + 1.6 \回 0.4 = 0.94 \フラク{キップ}{フィート} \)
\(M_{あなた,neg} = {\フラク{1}{10}}{\回 0.94 {\フラク{キップ}{フィート}}}{\回 {(22 フィート)}^ 2} = 45.50 {キップ}{フィート} \)
\(M_{あなた,pos} = {\フラク{1}{14}}{\回 0.94 {\フラク{キップ}{フィート}}}{\回 {(22 フィート)}^ 2} = 32.50 {キップ}{フィート} \)
Flexure resistance calculation for negative moment, \({M_{あなた,neg} = 45.50 {キップ}{フィート}}\)
- 想定張力制御区間. \({\ファイ_f = 0.9}\)
- Beam width, \({b=18 in}\)
- 鉄筋エリア, \({A_s = frac{ムー}{\phi_ftimes 0.9dtimes fy}= frac{45.50 kip-ft \times 12 in -ft }{0.9\回 0.9(17 に )\回 60 KSI}=0.66 {に}^ 2}\)
- \({\曲げモーメントは、セクションで各方向に計算されます{分} = 0.003162}\). 鉄骨最小補強面積, \({A_{s,分}=rho_{分}\回 b回 d = 0.003162 \回 18 in \times 17 in =0.968 {に}^ 2}\). 今, セクションが張力制御として動作しているかどうかを確認します.
- \({a = frac{A_stimes f_y}{0.85\回f'c回b} = frac{0.968 {に}^2回 60 KSI}{0.85\回 4 ksi\times 18 に }= 0.95 に}\)
- \({c = frac{a}{\beta_1}= frac{0.95 に}{0.85} = 1.12 に }\)
- \({\varepsilon_t = (\フラク{0.003}{c})\回 {(d – c)} = (\フラク{0.003}{1.12 に})\回 {(17に – 1.12 に)} = 0.0425 > 0.005 }\) OK!, テンションコントロールセクションです!.
Flexure resistance calculation for positive moment, \({M_{あなた,pos} = 32.50 {キップ}{フィート}}\)
- 想定張力制御区間. \({\ファイ_f = 0.9}\)
- Beam width, \({b=18 in}\)
- 鉄筋エリア, \({A_s = frac{ムー}{\phi_ftimes 0.9dtimes fy}= frac{32.50 kip-ft \times 12 in -ft }{0.9\回 0.9(17 に )\回 60 KSI}=0.472 {に}^ 2}\)
- \({\曲げモーメントは、セクションで各方向に計算されます{分} = 0.003162}\). 鉄骨最小補強面積, \({A_{s,分}=rho_{分}\回 b回 d = 0.003162 \回 18 in \times 17 in =0.968 {に}^ 2}\). 今, セクションが張力制御として動作しているかどうかを確認します.
- \({a = frac{A_stimes f_y}{0.85\回f'c回b} = frac{0.968 {に}^2回 60 KSI}{0.85\回 4 ksi\times 18 に }= 0.95 に}\)
- \({c = frac{a}{\beta_1}= frac{0.95 に}{0.85} = 1.12 に }\)
- \({\varepsilon_t = (\フラク{0.003}{c})\回 {(d – c)} = (\フラク{0.003}{1.12 に})\回 {(17に – 1.12 に)} = 0.0425 > 0.005 }\) OK!, テンションコントロールセクションです!.
最後に, 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 \(0.968 {に}^2\).
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