Ontwerpvoorbeeld van basisplaat met CSA S16:19 en CSA A23.3:19
Probleemverklaring
Determine whether the designed column-to-base plate connection is sufficient for 15 kN tension load, 5 kN Vy shear load, en 5 kN Vz schuifbelasting.
Gegeven gegevens
Kolom:
Kolomgedeelte: HP200x54
Kolomgebied: 6840.0 mm2
Kolommateriaal: 350W
Bodemplaat:
Baseplaat afmetingen: 400 mm x 500 mm
Basisplaatdikte: 25 mm
Basisplaatmateriaal: 300W
Vocht:
Voegdikte: 0 mm
Beton:
Concrete dimensies: 400 mm x 500 mm
Betonnen dikte: 380 mm
Betonnen materiaal: 20.7 MPa
Gebarsten of ongescheurd: Gebarsten
Ankers:
Ankerdiameter: 12.7 mm
Effectieve inbeddingslengte: 300 mm
Anker einde: Rechthoekige plaat
Ingebedde plaatbreedte: 60mm
Ingebedde plaatdikte: 10 mm
Steel Material: F1554 Gr.55
Threads in Shear Plane: Included
Lassen:
Lasgrootte: 8 mm
Vulmetaalclassificatie: E43XX-X
Ankergegevens (van Skyciv Calculator):
Model in SkyCiv Gratis tool
Modelleer vandaag nog het ontwerp van de basisplaat hierboven met onze gratis online tool! Geen aanmelding vereist.
Notitie
Het doel van dit ontwerpvoorbeeld is om de stapsgewijze berekeningen te demonstreren voor capaciteitscontroles met gelijktijdige schuif- en axiale belastingen. Een aantal van de vereiste controles zijn al besproken in de voorgaande ontwerpvoorbeelden. Raadpleeg de links in elke sectie.
Stapsgewijze berekeningen
Controleren #1: Lascapaciteit berekenen
To determine the weld capacity under simultaneous loading, we first need to calculate the weld demand due to the shear load and the weld demand due to the tension load. You may refer to this link for the procedure to obtain the weld demands for shear, and this link for the tension weld demands.
For this design, de weld demand at the flange due to the tension load is found to be as follows, where the stress is expressed as kracht per lengte-eenheid.
\( v_{f,flg} = frac{T_{u,anker}}{l_{eff}} = frac{3.75\,\tekst{kN}}{100.5\,\tekst{mm}} = 0.037313\,\text{kN / mm} \)
Verder, de weld stress at any part of the column section due to the shear load is determined as:
\( v_{fy} = frac{V_y}{L_{lassen}} = frac{5\,\tekst{kN}}{1090.6\,\tekst{mm}} = 0.0045846\,\text{kN / mm} \)
\( v_{fz} = frac{V_z}{L_{lassen}} = frac{5\,\tekst{kN}}{1090.6\,\tekst{mm}} = 0.0045846\,\text{kN / mm} \)
Since there is a combination of tension and shear loads at the web, we need to obtain the resultant. Expressing this as force per unit length, wij hebben:
\(r_f = \sqrt{(R_{f,\tekst{flg}})^ 2 + (v_{fy})^ 2 + (v_{fz})^ 2}\)
\( r_f = \sqrt{(0.037313\,\tekst{kN / mm})^ 2 + (0.0045846\,\tekst{kN / mm})^ 2 + (0.0045846\,\tekst{kN / mm})^ 2} \)
\(r_f = 0.037873\ \tekst{kN / mm}\)
Voor de web, only shear stresses are present. Dus, the resultant is:
\( r_f = \sqrt{((v_{fy})^ 2) + ((v_{fz})^ 2)} \)
\( r_f = \sqrt{((0.0045846\,\tekst{kN / mm})^ 2) + ((0.0045846\,\tekst{kN / mm})^ 2)} = 0.0064836\,\text{kN / mm} \)
De volgende, we berekenen de factored weld capacity gebruik makend van CSA S16:19 Clausule 13.13.2.2. We conservatively assume kds = 1.0, by always setting angle of load to 0 jij, neglecting any additional capacity added by the actual load angle.
\( v_{r,web} = 0.67\phi t_wX_u = 0.67 \keer 0.67 \times 5.657\,\text{mm} \times 430\,\text{MPa} = 1.092\,\text{kN / mm} \)
\( v_{r,flg} = 0.67\phi t_wX_u = 0.67 \keer 0.67 \times 5.657\,\text{mm} \times 430\,\text{MPa} = 1.092\,\text{kN / mm} \)
For this welded connection, the electrode strength does not overmatch the base metal strengths. Daarom, the base metal check is not governing and does not need to be performed.
Sinds 0.0064836 kN / mm < 1.092 kN / mm en 0.037873 kN / mm < 1.092 kN / mm, De lascapaciteit is voldoende.
Controleren #2: Bereken de buigcapaciteit van de basisplaat als gevolg van spanningsbelasting
A design example for the base plate flexural yielding capacity is already discussed in the Base Plate Design Example for Tension. Voor de stapsgewijze berekening verwijzen wij u naar deze link.
Controleren #3: Bereken de trekcapaciteit van de ankerstaaf
A design example for the anchor rod tensile capacity is already discussed in the Base Plate Design Example for Tension. Voor de stapsgewijze berekening verwijzen wij u naar deze link. Voor de stapsgewijze berekening verwijzen wij u naar deze link.
Controleren #4: Bereken de betonuitbraakcapaciteit in spanning
A design example for the capacity of the concrete in tension breakout is already discussed in the Base Plate Design Example for Tension. Voor de stapsgewijze berekening verwijzen wij u naar deze link. Voor de stapsgewijze berekening verwijzen wij u naar deze link.
Controleren #5: Bereken het pull -outcapaciteit van het anker
A design example for the anchor pull out capacity is already discussed in the Base Plate Design Example for Tension. Voor de stapsgewijze berekening verwijzen wij u naar deze link. Voor de stapsgewijze berekening verwijzen wij u naar deze link.
Controleren #6: Bereken de buigcapaciteit van de instortplaat
A design example for the supplementary check on the embedded plate flexural yielding capacity is already discussed in the Base Plate Design Example for Tension. Voor de stapsgewijze berekening verwijzen wij u naar deze link.
Controleren #7: Bereken de side-face blowoutcapaciteit in Y-richting
Side-face blowout failure along the Y-direction is not applicable because the anchors are not located close enough to the left and right edges of the concrete support.
Controleren #8: Bereken side-face blowoutcapaciteit in Z-richting
Om de te berekenen Side-Face Blowout (SFBO) capaciteit, we first determine the total tension force on the anchors closest to the edge. For this check, we will evaluate the capacity of the edge along the Z-direction.
Since the failure cone projections of the SFBO along the Z-direction overlap, the anchors are treated as an ankergroep.
The total tension demand of the anchor group is calculated as:
\( N_{fa} = links(\frac{N_z}{N_{een,t}}\Rechtsaf)N_{z,G1} = links(\frac{15\,\tekst{kN}}{4}\Rechtsaf) \keer 2 = 7.5\,\text{kN} \)
De volgende, We bepalen de randafstanden:
\( c_{j,min} = min(c_{\tekst{top},G1}, c_{\tekst{bodem},G1}) = min(85\,\tekst{mm}, 415\,\tekst{mm}) = 85\,\text{mm} \)
\( c_{z,min} = min(c_{\tekst{links},G1}, c_{\tekst{Rechtsaf},G1}) = min(162.5\,\tekst{mm}, 162.5\,\tekst{mm}) = 162.5\,\text{mm} \)
Using these edge distances, we berekenen de anchor group capacity in overeenstemming met CSA A23.3:19 Clause D.6.4.
\( N_{sbgr} = links(\frac{1 + \frac{c_{z,min}}{c_{j,min}}}{4} + \frac{S_{som,z,G1}}{6c_{j,min}}\Rechtsaf)13.3\links(\frac{c_{j,min}}{mm}\Rechtsaf)\sqrt{\frac{EEN_{brg}}{mm^2}}\phi\lambda_a\sqrt{\frac{f'_c}{MPa}}R(N) \)
\( N_{sbgr} = links(\frac{1 + \frac{162.5\,\tekst{mm}}{85\,\tekst{mm}}}{4} + \frac{75\,\tekst{mm}}{6 \times 85\,\text{mm}}\Rechtsaf) \keer 13.3 \keer links(\frac{85\,\tekst{mm}}{1\,\tekst{mm}}\Rechtsaf) \keer sqrt{\frac{3473.3\,\tekst{mm}^ 2}{1\,\tekst{mm}^ 2}} \keer 0.65 \keer 1 \keer sqrt{\frac{20.68\,\tekst{MPa}}{1\,\tekst{MPa}}} \keer 1 \maal 0,001,tekst{kN} \)
\( N_{sbgr} = 172.32\,\text{kN} \)
In the original equation, a reduction factor is applied when the anchor spacing is less than 6ca₁, assuming the headed anchors have sufficient edge distance. Echter, in this design example, sinds ca₂ < 3ca₁, the SkyCiv calculator applies an additional reduction factor to account for the reduced edge capacity.
Sinds 7.5 kN < 172.32 kN, the SFBO capacity along the Z-direction is voldoende.
Controleren #9: Calculate breakout capacity (Vy afschuiving)
A design example for the concrete breakout capacity in Vy shear is already discussed in the Base Plate Design Example for Shear. Voor de stapsgewijze berekening verwijzen wij u naar deze link.
Controleren #10: Calculate breakout capacity (Vz-afschuiving)
A design example for the concrete breakout capacity in Vy shear is already discussed in the Base Plate Design Example for Shear. Voor de stapsgewijze berekening verwijzen wij u naar deze link.
Controleren #11: Calculate pryout capacity (Vy afschuiving)
A design example for the capacity of the concrete against pryout failure due to Vy shear is already discussed in the Base Plate Design Example for Shear. Voor de stapsgewijze berekening verwijzen wij u naar deze link.
Controleren #12: Calculate pryout capacity (Vz-afschuiving)
A design example for the capacity of the concrete against pryout failure due to Vy shear is already discussed in the Base Plate Design Example for Shear. Voor de stapsgewijze berekening verwijzen wij u naar deze link.
Controleren #13: Bereken de afschuifcapaciteit van de ankerstang
Een ontwerpvoorbeeld voor de afschuifcapaciteit van de ankerstang wordt al besproken in het ontwerpvoorbeeld van de basisplaat voor afschuiving. Voor de stapsgewijze berekening verwijzen wij u naar deze link.
Controleren #14: Calculate anchor rod shear and tension capacity (CSA S16)
To determine the capacity of the anchor rod under combined shear and axial loads, we gebruiken CSA S16:19 Clausule 13.12.1.4.
The total tensile force experienced by the anchors, including additional bending from eccentric shear load is shown below.
\( T_{f,totaal} = T_f + N_{fa} = 18.038\,\text{kN} + 3.75\,\tekst{kN} = 21.788\,\text{kN} \)
Using the demand and capacity values for both shear and tension checks performed, we now calculate the interaction equation.
\( I = \left(\links(\frac{V_{fa}}{V_{c,zh}}\Rechtsaf)^2\right) + \links(\links(\frac{T_{f,totaal}}{T_c}\Rechtsaf)^2\right) \)
\( I = \left(\links(\frac{3.5355\,\tekst{kN}}{14.255\,\tekst{kN}}\Rechtsaf)^2\right) + \links(\links(\frac{21.788\,\tekst{kN}}{28.85\,\tekst{kN}}\Rechtsaf)^2\right) = 0.63189 \)
Sinds 0.63 < 1.0, the anchor rod interaction capacity per CSA S16 is voldoende.
Controleren #15: Calculate interaction checks (CSA A23.3)
When checking the anchor rod capacity under combined shear and tension loads using CSA A23.3, a different approach is applied. For completeness, we also perform the CSA A23.3 interaction checks in this calculation, which include other concrete interaction checks ook.
Here are the resulting ratios for all CSA A23.3 tension checks:
And here are the resulting ratios for all CSA A23.3 shear checks:
We take the design check with the largest ratio and compare it to the maximum interaction ratio using CSA A23.3:19 Equation D.46.
\( IK_{int} = frac{N_{fa}}{N_{ra}} + \frac{V_{fa}}{V_{ra}} = frac{15}{53.52} + \frac{5}{16.278} = 0.58743 \)
Sinds 0.587 < 1.2, the interaction check is voldoende.
Ontwerp Samenvatting
De Skyciv Base Plate Design Software Kan automatisch een stapsgewijze berekeningsrapport genereren voor dit ontwerpvoorbeeld. Het biedt ook een samenvatting van de uitgevoerde controles en hun resulterende verhoudingen, De informatie in één oogopslag gemakkelijk te begrijpen maken. Hieronder is een sample samenvattende tabel, die is opgenomen in het rapport.
Skyciv Sample Report
Bekijk het detailniveau en de duidelijkheid die u kunt verwachten van een SkyCiv-basisplaatontwerprapport. Het rapport bevat alle belangrijke ontwerpcontroles, vergelijkingen, en resultaten gepresenteerd in een duidelijk en gemakkelijk leesbaar formaat. Het voldoet volledig aan de ontwerpnormen. Klik hieronder om een voorbeeldrapport te bekijken dat is gegenereerd met de SkyCiv-basisplaatcalculator.
Koop baseplaatsoftware
Koop de volledige versie van de basisplaatontwerpmodule op zichzelf zonder andere SkyCiv -modules. Dit geeft u een volledige set resultaten voor het ontwerp van de basisplaat, inclusief gedetailleerde rapporten en meer functionaliteit.
