Voorbeeld van AISC-verbindingsontwerp

Voorbeeld van AISC-verbindingsontwerp. Afschuifverbindingen tussen I-vormige secties zijn enkele van de meest voorkomende verbindingen in staalontwerp. Om inzicht te krijgen in de vereiste ontwerpcontroles in overeenstemming met AISC 360, dit artikel zal een ontwerpvoorbeeld gebruiken om ze uit te leggen. Met dit type verbinding, we kunnen ook snel bij de resultaten van dit voorbeeld komen door het gebruik van de SkyCiv-verbindingsontwerp module. Zorg ervoor dat u het aanvullende artikel leest over: een momentverbinding ontwerpen.

De berekeningen die hier worden gepresenteerd, maken gebruik van het toegestane spanningsontwerp Stress (ASD) methode. Als u niet bekend bent met het verschil tussen ASD en LRFD in structureel ontwerp, zorg ervoor dat bekijk onze video dit uitleggen.

Voorbeeld van AISC-verbindingsontwerp

Voor dit voorbeeld, we gaan de capaciteit evalueren van een enkelvoudige plaatverbinding tussen een W16x50-balk en een W14x90-kolom met behulp van de onderstaande afmetingen en bouten. Deze verbinding moet de eindreacties van de straal kunnen ondersteunen.

Gratis verbindingsontwerpcalculator

 

Gegeven:

Serviceniveau-belastingen & Materiaal:

Reactie van dode belasting (RD) = 8.0 kips
Reactie van Live Load (RL) = 25.0 kips

Plaatmateriaal: ASTM A36, Fy = 36 KSI, Fu = 58 KSI
Materiaal balk en kolom: ASTM A992, Fy = 50 KSI, Fu = 65 KSI

Straal- en kolomgeometrie:

Straal: B16x50; tw = 0.380 in, d = 16.3 in., tf = 0.630 in
Kolom: B14x90; tf = 0.710 in.
Afschuifplaat: 1/4 dik; 4 1/2 in x 11 in afmetingen

Armaturen (Bouten en lassen):
(4) – 3/4-in.-diameter ASTM A325-N bouten in standaard gaten

70-ksi elektrodefilets

 

Berekening laden:

LRFD:

Ultieme reactie (Ru) = 1.2(8.0 kips) + 1.6(25.0 kips) = 49.6 kips

ASD:

Toegestane reactie (Uitgaan) = 8.0 kips + 25 kips = 33.0 kips

De SkyCiv Connection Design-software gebruiken, de verschillende delen van de verbinding worden nu gecontroleerd in overeenstemming met de sectie J-controles van AISC 360:

Opbrengst van afschuiving van webplaten (B14x90)
Toegestane afschuifcapaciteit:Toegestane afschuifcapaciteit: = 1.5

Rav = (0.6 Fy Agv / Ω) = [ 0.6 (36 KSI) (0.25 in) 11.5 in / 1.5 ] = 41.4 kips

Ontwerpcapaciteitsverhouding:, DCR:
vereiste afschuiving, Rv = 33.0 kips
totale capaciteit:, Rav = 41.4 kips
DCR = (33.0 / 41.4) = 0.797, OK

 

Webplaat naar W14x90 Flens, lassterkte:
Sterkte van hoeklassen: = 2.0
Lasgrootte:, t = 0.1875 in
Mijn naam = 0.6 FEXX

Mijn naam = 0.6 FEXX [ 1.0 + 0.5 zonde ^ 1.5 θ ]
θ = de hoek die de belasting maakt met de lasas
= 90, voor dwars belaste lassen
= 0, voor longitudinaal belaste lassen

Sterkte per eenheidsgrootte van las:Sterkte per eenheidsgrootte van las:
Toegestane lasspanning, Faw = [ 0.6 (70) / 2.0 ] = 21 KSI
dwarse lengte, het is = 0 in
lengte lengte, NS = 23 in
totale effectieve lengte, l = het is (1.5) + NS (1.0) = 0 (1.5) + 23 (1.0) = 23 in
(Uitgaan / t) = 483 kips / in

Effectieve grootte: (keel) van hoeklas, een:
0.707 = de cosinus of sinus van 45deg
a = (0.707) t = 0.133 in

Uitgaan = (Rat) t = 483 (0.133 in) = 64.2 kips

Ontwerpcapaciteitsverhouding:, DCR:
vereiste belasting:, R = 33.0 kips
totale capaciteit:, Ra = 64.2 kips
DCR = (33.0 / 64.2) = 0.514, OK

 

Baanplaat afschuiving breuk (B16x50)
Toegestane afschuifcapaciteit: = 2.0

Berekening van de netto diepte:
totale lengte van boutgat:(s) = 0.875 in (4) = 3.5 in
netto diepte, dnet = 11.5 in [ 0.875 in (4) ] = 8.0 in

Rav = (0.6 Fy Anv / Ω) = [ 0.6 (58 KSI) (0.25 in) 8 in / 2.0 ] = 34.8 kips

Ontwerpcapaciteitsverhouding:, DCR:
vereiste afschuiving, Rv = 33.0 kips
totale capaciteit:, Rav = 34.8 kips
DCR = (33.0 / 34.8) = 0.948, OK

 

Webplaat naar W16x50 Web, Blokschuifbreuksterkte
Afschuifsterkte blokkeren: = 2.0

(Uitgaan / Ω) = (Ubs Fu Ant / Ω) + min [ 0.6 Fy Agv , 0.6 Fu Anv ] / Ω

Spanningbreukcomponent: Ubs=1.0 (uniforme spanning)
(Ubs Fu Ant / Ω) = [ 1.0 (58 KSI) (1.0625 in) (0.25 in) / 2.0 ] = 30.8 kips / in (0.25 in) = 7.7 kips

Afschuifopbrengstcomponent:: 0.6 Fy Agv
(0.6 Fy Agv / Ω) = [ 0.6 (36 KSI) (10.25 in) / 2.0 ] (0.25) = 110.7 kips / in (0.25 in) = 27.7 kips

Afschuifbreukcomponent: 0.6 Fu Anv
(0.6 Fu Anv / Ω) = [ 0.6 (58 KSI) (7.1875 in) / 2.0 ] (0.25 in) = 125.1 kips / in (0.25 in) = 31.3 kips

Totale blokschuifcapaciteit:Totale blokschuifcapaciteit:
(Uitgaan / Ω)= 7.7 kips + min [ 27.7 kips , 31.3 kips ] = 35.4 kips

Ontwerpcapaciteitsverhouding:, DCR:
vereiste afschuiving, Rv = 33.0 kips
totale capaciteit:, Rav = 35.4 kips
DCR = (33.0 / 35.4) = 0.933, OK

 

Webplaat naar W16x50 Web, Voorbeeld van AISC-verbindingsontwerp, Voorbeeld van AISC-verbindingsontwerp
1. Schuifsterkte van bouten Bol: = 2.0

Voorbeeld van AISC-verbindingsontwerp 0.768 in
Nominale afschuifsterkte, Fnv = 54 KSI
Nominale afschuifsterkte (per bout), Rnv = 0.6 Fnv Van = 0.6 (54 KSI) 0.463 Voorbeeld van AISC-verbindingsontwerp 25.0 kips
(Rnv / Ω) =12.5 kip / Bout

2. Draagkracht van standaard boutgaten: = 2.0
(Vervorming van boutgaten op servicebelastingsniveau negeren)

rand afstand, de = 0.84 in
(Doorzichtig)afstand tot aangrenzend gat, lc = 2.19 in
Aangezien de randafstand kleiner is dan de aangrenzende afstand tot het volgende boutgat:, randafstand zal bepalen::
(Rnb / Ω) = (1.2 lc t Fu / Ω) ≤ (2.4 d t Fu / Ω)

Voor de buitenste bout: (uitscheuren), lc = 0.84 in:
Rnb = 1.2 lc t Fu = 1.2 (0.84 in) 0.25 in (58 KSI) = 18.4 kips
(Rnb / Ω) = 9.2 kips

Voor de binnenste bout: (uitscheuren), lc = 2.19 in:
Rnb = 1.2 lc t Fu = 1.2 (2.19 in) 0.25 in (58 KSI) = 47.6 kips
(Rnb / Ω) = 23.8 kips

Voor algemeen lager: (boutgat verlenging:):
Rnb = 2.4 Voorbeeld van AISC-verbindingsontwerp Fu = 2.4 (0.8125 in) 0.25 in (58 KSI) = 33.4 kips
(Rnb / Ω) = 16.7 kips

 

Het lager zal de boutafschuiving regelen sinds: 9.2 kips < 12.5 kips

3. Capaciteit van boutgroep
Gezien het minimum onder: bout afschuifcapaciteit:, lager en scheuren in binnenste en buitenste boutgaten.

een). Capaciteit van buitenste bout: (zoals hierboven vastgesteld):
(buitenste bout) , Rabo = 9.2 kips / Bout

b). Capaciteit van binnenbout: (zoals hierboven vastgesteld):
(binnenste bout) , Rabo = 12.5 kips / Bout

c). Capaciteit van de bouten als groep: som van de capaciteiten a). en B).
Rabo = 1 (9.2 kips / Bout) + 3 (12.5 kips / Bout) = 46.7 kips

Ontwerpcapaciteitsverhouding:, DCR:
vereiste afschuiving, R = 33.0 kips
totale capaciteit:, Rabo = 46.7 kips
DCR = (33.0 / 46.7) = 0.707, OK

 

Afschuifbreuk van het webelement (B16x50)
Toegestane afschuifcapaciteit: = 2.0

Berekening van de netto diepte:Berekening van de netto diepte:
totale lengte van boutgat:(s) = 0.875 in (4) = 3.5 in
netto diepte, dnet =16.3 [ 0.875 in (4) ] = 12.8 in

Rav = (0.6 Fy Anv / Ω) = [ 0.6 (58 KSI) (0.38 in) 12.8 / 2.0 ] = 84.6 kips

Ontwerpcapaciteitsverhouding:, DCR:
vereiste afschuiving, Rv = 33.0 kips
totale capaciteit:, Rav = 84.6 kips
DCR = (33.0 / 84.6) = 0.390, OK

Webelement, Boutgroep afschuiving en lagercontrole

1. Schuifsterkte van bouten Bol: = 2.0
Voorbeeld van AISC-verbindingsontwerp 0.768 in
Nominale afschuifsterkte, Fnv = 54 KSI
Nominale afschuifsterkte (per bout), Rnv = 0.6 Fnv Van = 0.6 (54 KSI) 0.463 Voorbeeld van AISC-verbindingsontwerp 25.0 kips
(Rnv / Ω) =12.5 kip

2. Draagkracht van standaard boutgaten: = 2.0
(Vervorming van boutgaten op servicebelastingsniveau negeren)
rand afstand, de = 0.84 in
(Doorzichtig) afstand tot aangrenzend gat, lc = 2.19 in

Aangezien de randafstand kleiner is dan de aangrenzende afstand tot het volgende boutgat:, randafstand zal bepalen:.
(Rnb / Ω) = (1.2 lc t Fu / Ω) ≤ (2.4 d t Fu / Ω)

Voor de buitenste bout: (uitscheuren), lc = 0.84 in:
Rnb = 1.2 lc t Fu = 1.2(0.84 in) 0.38 in (58 KSI) = 27.9 kips
(Rnb / Ω) = 13.9 kips

Voor de binnenste bout: (uitscheuren), lc = 2.19 in:
Rnb = 1.2 lc t Fu = 1.2 (2.19 in) 0.38 in (58 KSI) = 72.3 kips
(Rnb / Ω) = 36.2 kips

Voor algemeen lager: (boutgat verlenging:):
Rnb = 2.4 Voorbeeld van AISC-verbindingsontwerp Fu = 2.4 (0.8125 in) 0.38 in (58 kksi) = 50.8 kips
(Rnb / Ω) = 25.4 kips

Bout afschuiving zal controle over het lager sinds 12.5 kips < 13.9 kips

3. Capaciteit van boutgroep
Gezien het minimum onder: bout afschuifcapaciteit:, lager en scheuren in binnenste en buitenste boutgaten.

een). Capaciteit van buitenste bout: (zoals hierboven vastgesteld):
(buitenste bout), Rabo = 12.5 kips / Bout

b). Capaciteit van binnenbout: (zoals hierboven vastgesteld):
(binnenste bout), Rabo = 12.5 kips / Bout

c). Capaciteit van de bouten als groep: som van de capaciteiten a). en B)
Rabo = 12.5 kips + 3(12.5 kips) = 50.0 kips

Ontwerpcapaciteitsverhouding:, DCR:
vereiste afschuiving, R = 33.0 kips
totale capaciteit:, Rabo = 50.0 kips
DCR = (33.0 / 50.0) = 0.660, OK

Alternatief, als je al een ervaren ingenieur bent en bekend bent met het ontwerpproces voor een eenvoudige afschuifverbinding, het proces kan aanzienlijk worden verkort, dankzij de ontwerptafels aangeboden in de AISC 360 Ontwerphandleiding:

Boutschaar, Lasschaar:, en Boutlager:, Afschuifopbrengst, Afschuifbreuk, en blokschuifbreuk van de plaat

Probeer vier rijen bouten, 1/4-in. plaatdikte, en 3/16-inch. hoek las maat:.

Uit AISC-handleiding Tabel 10-10a:

LRFD

Rn = 52.2 kips > 49.6 kips, OK

ASD

Rn = 34.8 kips > 33.0 kips = Ra, OK

Boutlager voor balkweb

Blok afschuiving breuk, afschuifopbrengst en afschuifbreuk zijn niet van invloed op een niet-behandelde sectie.

Van AISC handmatige tabel 10-1, voor een niet-behandelde sectie, de beschikbare sterkte van het straalweb is::

LRFD

Rn = 351 kips / in. (0.380 in.) = 133 kips > 49.6 kips = Ru, OK

ASD

Rn = 234 kips / in. (0.380 in.) = 88.9 kips > 33.0 kips = Ra, OK

Voorbeeld van AISC-verbindingsontwerp (de pdf-versie is hier beschikbaar: ASD-verbindingsontwerprapport.pdf ). Evenzo, het voorbeeld van de LRFD-versie is te vinden in deze link: LRFD-verbindingsontwerp.pdf.

REFERENTIES:

AISC 360 Specificatie constructiestaal gebouwen Building
AISC-ontwerpvoorbeelden v14.1 (VOORBEELD II.A-17, pagina's IIA-60 tot 61)
SkyCiv-verbindingsontwerpsoftware: https://skyciv.com/structural-software/connection-design/