Projeto de conexão de emenda de coluna

Projeto de conexão de emenda de coluna para AISC 360 começa com uma pergunta: a junta está pronta para suportar? Se as extremidades da coluna forem fresadas e adequadas para suportar, a compressão axial passa direto da coluna superior para a inferior, e as placas de emenda só precisam suportar o momento, o cisalhamento e qualquer tensão. As placas do flange suportam o momento como um par de tração e compressão, as placas da alma suportam o cisalhamento, e cada grupo de parafusos, a seção da placa e da coluna nesse caminho é verificada acima e abaixo da junta.

Esta página funciona através de uma emenda de coluna aparafusada real do início ao fim: uma coluna superior W14x90 unida a uma coluna inferior W14x211, com 1000 kip de compressão, 50 Kip de tensão, uma 150 cisalhamento kip e um 100 momento kip-ft, projetado para AISC 360-16 LRFD e o Manual AISC 15ª Edição. Cada flange tem um 1/2 em por 14.5 em placa de flange com seis 1 em parafusos antideslizantes A490 em cada lado da junta, duas linhas de parafuso em um 11.5 no medidor por três linhas. A web tem um par de 7/8 em placas de web, 6 em largura, com quatro 1 em parafusos A490 com deslizamento crítico em cada lado. Cada equação é escrita com seus números, na mesma ordem que a planilha de cálculo AISC, o Projeto de conexões SkyCiv módulo produz para ele.

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O que é uma conexão de emenda de coluna?

Uma emenda de coluna une dois comprimentos de coluna de ponta a ponta. As colunas geralmente são emendadas a cada dois ou três andares, um pouco acima do nível do chão, porque esse é o tempo que uma coluna pode ser enviada e montada inteira. A seção geralmente fica mais clara subindo o prédio, qual é o caso aqui: o pesado W14x211 abaixo carrega os andares acima dele, e o W14x90 acima carrega menos.

Em uma emenda de coluna aparafusada, placas de flange sobrepõem-se à junta na parte externa de ambos os flanges, e um par de placas de teia atravessa a teia. As duas colunas têm profundidades diferentes, para que os enchimentos ou calços preencham o espaço entre a coluna mais rasa e as placas. Você pode verificar esta configuração no calculadora de conexão de emenda de coluna. O flange e as placas da alma são verificados como aqueles de um conexão de emenda de feixe, quanto pelo calculadora de conexão de emenda aparafusada cobre emendas de volta mais simples.

Elevation of the flange splice. A 1/2 in flange plate has two bolt lines at an 11 1/2 em calibre, 1 1/2 in in from each plate edge, and three bolt rows on each side of the joint at 3 no espaçamento, com 1 3/4 in end distances. The column ends are fit to bear.

Seção A-A. A 7/8 in web plates sit on both faces of the web (NS/FS), with two rows of two bolts on each side of the joint at 3 in spacing and 1 1/2 in edge and end distances. Shim plates fill every gap between the columns and the plates.

Column splice connection design: the steps at a glance

First the loads are split: compression goes to bearing, and the moment, tension and shear go to the plates. Em seguida, a emenda da placa do flange é verificada na coluna inferior e na coluna superior, seguido pela emenda da placa web.

1. Verifique os limites de detalhamento dos parafusos da placa do flange.
2. Encontre o fator de preenchimento e verifique o deslizamento dos parafusos do flange com deslizamento crítico.
3. Verifique o rolamento do parafuso e o rasgo na placa do flange.
4. Verifique o rolamento do parafuso e o rompimento do flange da coluna.
5. Verifique o cisalhamento do bloco da placa do flange para três padrões de rasgamento.
6. Verifique o cisalhamento do bloco do banzo da coluna.
7. Verifique o rendimento de tensão e a ruptura da placa do flange.
8. Verifique a ruptura de tensão da coluna, com atraso de cisalhamento.
9. Verifique a ruptura por flexão da coluna nos furos dos parafusos do flange.
10. Verifique a placa do flange em compressão.
11. Repita as verificações de flange para a coluna superior.
12. Verifique os limites de detalhamento dos parafusos da placa de alma.
13. Verifique o deslizamento do grupo de parafusos de alma sob a resultante de cisalhamento e carga axial.
14. Verifique o rolamento do parafuso nas placas da alma quanto a cisalhamento, carga axial e sua interação.
15. Verifique o rolamento do parafuso na alma da coluna quanto a cisalhamento, carga axial e sua interação.
16. Verifique o cisalhamento do bloco das placas da alma quanto a cisalhamento, carga axial e sua interação.
17. Verifique o cisalhamento do bloco da alma do pilar quanto à carga axial.
18. Verifique o escoamento por cisalhamento e a ruptura por cisalhamento das placas de alma.
19. Verifique o rendimento de tensão e a ruptura das placas da alma.
20. Verifique a ruptura por tensão da alma do pilar, com atraso de cisalhamento.
21. Verifique as placas da web em compressão.
22. Repita as verificações da web para a coluna superior.

Entradas de design para este exemplo

O código de projeto é AISC 360-16 LRFD. As propriedades da seção são do Manual AISC.

 

 

 

Numa coluna, os parafusos são dispostos ao longo da barra, que é vertical. O relatório mantém a nomenclatura da emenda de feixe, Então o “colunas de parafusos” da emenda do flange estão as três fileiras de parafusos empilhados em cada coluna, quanto pelo “horizontal” distância da borda é a distância final até a extremidade da placa ou da coluna.

As distâncias das bordas através do flange vêm do medidor. A 14.5 em prato com 11.5 em folhas de calibre [mathin] (14.5 – 11.5)/2 = 1.5\,in [mathin] de cada lado, e o mesmo acontece com 14.5 no flange do W14x90. A coluna inferior usa a largura do flange de detalhamento W14x211 de 15 3/4 no, então [mathin] L_{ev,c} = (15.75 – 11.5)/2 = 2.125\,in [mathin].

Como as cargas são divididas em uma emenda de pilar

As extremidades da coluna são fresadas e preparadas para suportar, qual é a nota sobre a elevação. AISC 360-16 J1.4 permite que a compressão passe através de uma junta de rolamento acabada, então as placas de emenda não precisam carregá-lo. A resistência do rolamento da superfície fresada usa J7, com a área de apoio da coluna menor:

[math] C_{u,brg} = \min\left( C_{u},\, \phi\, 1.8\, F_{y}\, A_{brg} \right) = \min\left( (1000\,kip),\, (0.75) \times 1.8 \times (50\,ksi) \times (26.125\,in^{2}) \right) = 1000\,kip [math]

A área de rolamento de 26.125 in² são os dois flanges e a alma do W14x90 a partir de suas dimensões nominais, [mathin] 2 \times 14.5 \times 0.71 + (14 – 2 \times 0.71) \times 0.44 = 26.125\,in^{2} [mathin], então deixa de fora os filés que o 26.5 in² área tabulada inclui. Tudo 1000 kip de compressão entra no rolamento, então a compressão restante para as placas da alma é zero:

[math] C_{web} = 0\,kip [math]

O momento é transformado em um binário de força de flange usando o braço de alavanca da coluna superior mais rasa, [mathin] d – t_{f} = 14 – 0.71 = 13.29\,in [mathin]. A força do flange de compressão é apenas o momento conjugado, porque nenhuma compressão sobra do rolamento:

[math] C_{flange} = \frac{C_{u} – C_{u,brg} – C_{web}}{2} + \frac{M_{u}}{d_{uc} – t_{f,uc}} = \frac{(1000\,kip) – (1000\,kip) – (0\,kip)}{2} + \frac{(100\,kip\text{-}ft)}{(14\,in) – (0.71\,in)} = 90.293\,kip [math]

A tensão não pode passar pelo rolamento, então é compartilhado entre os flanges e a alma. A web ocupa a parte do 50 kip proporcional à área da web sobre a área bruta, [mathin] T_{web} = 9.9423\,kip [mathin], e os flanges ficam com o resto, metade de cada:

[math] T_{flange} = \frac{T_{u} – T_{web}}{2} + \frac{M_{u}}{d_{uc} – t_{f,uc}} = \frac{(50\,kip) – (9.9423\,kip)}{2} + \frac{(100\,kip\text{-}ft)}{(14\,in) – (0.71\,in)} = 110.32\,kip [math]

[math] P_{flange} = \max\left( T_{flange},\, C_{flange} \right) = \max\left( (110.32\,kip),\, (90.293\,kip) \right) = 110.32\,kip [math]

As placas da alma suportam o cisalhamento total mais a parcela da tensão da alma. Sua resultante é usada para a verificação de deslizamento do parafuso da alma:

[math] P_{web} = 9.9423\,kip, \quad R_{u} = \sqrt{V_{u}^{2} + P_{web}^{2}} = \sqrt{(150\,kip)^{2} + (9.9423\,kip)^{2}} = 150.33\,kip [math]

O rolamento faz uma grande diferença aqui. Sem isso, cada placa de flange teria que suportar metade do 1000 kip no topo do momento casal, que isso 1/2 na placa e seis parafusos não poderia fazer. A nota adequada para suportar no desenho faz parte do design, não é um detalhe de fabricação.

Papel 1: Emenda de placa de flange na coluna inferior

Passo 1: Limites de detalhamento dos parafusos da placa do flange (AISC 360-16 J3.3, J3.4, J3.5)

Os parafusos do flange devem estar espaçados o suficiente para serem apertados e próximos o suficiente para funcionarem como um grupo, e cada parafuso precisa de distância de borda suficiente na placa e no flange da coluna.

A placa tem furos grandes, então a Tabela J3.5 adiciona 1/8 de acordo com a distância mínima da borda da Tabela J3.4 de 1.25 no, dando 1.375 no prato. O flange da coluna possui furos padrão e mantém 1.25 no.

DCR = 1.375 no / 1.5 em = 0.917 < 1.0, OK

A distância da borda através da placa do flange governa. Com um 11.5 em calibre em um 14.5 em prato, cada linha de parafuso fica 1.5 a partir da borda da placa, só 1/8 em mais do que o mínimo de furo superdimensionado.

Passo 2: Resistência crítica do parafuso ao deslizamento no flange (AISC 360-16 J3.8, Tabela manual 14-3)

As placas têm furos grandes, qual AISC 360-16 J3.2 permite apenas juntas com deslizamento crítico. O grupo de parafusos deve resistir à força do flange por fricção, sem escorregar no rolamento. Preenchimentos entre a placa e a coluna reduzem a resistência ao escorregamento, então a espessura do preenchimento é encontrada primeiro.

Espessura do enchimento e fator de enchimento

As profundidades de detalhamento são [mathin] d_{det,lc} = 15.75\,in [mathin] para o W14x211 e [mathin] d_{det,uc} = 14\,in [mathin] para o W14x90, as profundidades arredondadas para o mais próximo 1/16 na medida em que o Manual AISC lista para detalhamento. As placas de flange ficam planas na coluna inferior mais profunda, então deste lado o preenchimento é zero (Tabela manual 14-3, Casos IA e I-B):

[math] t_{f} = \left\lceil \frac{\max\left( d_{det,uc} – d_{det,lc},\, 0 \right)}{2} + 0.125\,in \right\rceil_{0.125\,in} \text{ if } d_{det,lc} – d_{det,uc} \lt 0.25\,in, \text{ otherwise } 0 [math]

[math] t_{f} = 0\,in, \quad h_{f} = 1.0 [math]

Sem enchimento, o fator de preenchimento [mathin] h_{f} [mathin] é 1.0.

Resistência ao deslizamento

Onde [mathin] \phi = 0.85 [mathin] para furos grandes, [mathin] \mu = 0.5 [mathin] para superfícies de contato Classe B, [mathin] D_{u} = 1.13 [mathin], [mathin] T_{b} = 64\,kip [mathin] por um 1 em parafuso A490, [mathin] N_{s} = 1 [mathin] avião deslizante, e 2 linhas de parafuso por 3 fileiras de parafusos:

[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 (1) \times (64\,kip) \times (1) \times (2) \times (3) [math]

[math] \phi R_{n} = 184.42\,kip [math]

DCR = 110.32 kip / 184.42 kip = 0.598 < 1.0, OK

Passo 3: Rolamento do parafuso e remoção na placa do flange (AISC 360-16 J3.10)

Cada parafuso fica na lateral de seu furo na placa. O parafuso final pode rasgar em direção à extremidade da placa, e os outros em direção ao buraco na frente deles. Em um furo superdimensionado, a dimensão do furo é [mathin] d_{h} = 1.25\,in [mathin]:

[math] l_{c1} = L_{eh,fp} – \frac{d_{h}}{2} = (1.75\,in) – \frac{(1.25\,in)}{2} = 1.125\,in, \quad l_{c2} = s_{c} – d_{h} = (3\,in) – (1.25\,in) = 1.75\,in [math]

Onde [mathin] t_{fp} = 0.5\,in [mathin], [mathin] F_{up} = 65\,ksi [mathin] e [mathin] \phi = 0.75 [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 1.125\,in,\, 2.4\,in\right)(0.5\,in)(65\,ksi)(2) + \min\left(1.2 \times 1.75\,in,\, 2.4\,in\right)(0.5\,in)(65\,ksi)(2)(3 – 1) \right] [math]

[math] \phi R_{n} = 270.56\,kip [math]

DCR = 110.32 kip / 270.56 kip = 0.408 < 1.0, OK

Passo 4: Rolamento do parafuso e desmontagem no flange da coluna (AISC 360-16 J3.10)

A mesma verificação no flange da coluna utiliza furos padrão, [mathin] d_{h} = 1.125\,in [mathin], quanto pelo 1.56 em flange grosso do W14x211:

[math] l_{c1} = L_{eh,c} – \frac{d_{h}}{2} = (1.75\,in) – \frac{(1.125\,in)}{2} = 1.1875\,in, \quad l_{c2} = s_{c} – d_{h} = (3\,in) – (1.125\,in) = 1.875\,in [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times \left[ \min\left(1.2 \times 1.1875\,in,\, 2.4\,in\right)(1.56\,in)(65\,ksi)(2) + \min\left(1.2 \times 1.875\,in,\, 2.4\,in\right)(1.56\,in)(65\,ksi)(2)(3 – 1) \right] [math]

[math] \phi R_{n} = 901.19\,kip [math]

DCR = 110.32 kip / 901.19 kip = 0.122 < 1.0, OK

O flange inferior da coluna tem mais de três vezes a espessura da placa, então a influência da coluna não é uma preocupação deste lado.

Passo 5: Cisalhamento em bloco da placa do flange (AISC 360-16 J4.3)

Um bloco da placa do flange pode se romper ao redor dos parafusos: cisalhamento ao longo das linhas do parafuso até a extremidade da placa, e tensão na placa. O relatório verifica três padrões e considera o menor. Em cada, o tamanho do furo para a área líquida é [mathin] d_{h} + 1/16\,in [mathin].

padrão L

Um plano de cisalhamento ao longo de uma linha de parafuso, e tensão através dessa linha até a borda da placa mais distante:

[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] = (0.5\,in) \times \left[ 0 + 11.5\,in + 1.5\,in – 1.5(1.3125\,in) \right] = 5.5156\,in^{2} [math]

[math] A_{gv} = t_{fp} \left[ L_{eh,fp} + (n_{c} – 1)\, s_{c} \right] = (0.5\,in) \times \left[ 1.75\,in + 2(3\,in) \right] = 3.875\,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[ 7.75\,in – 2.5(1.3125\,in) \right] = 2.2344\,in^{2} [math]

[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 2.2344 + 1 \times 65 \times 5.5156 \right) \le (0.75) \left( 0.6 \times 50 \times 3.875 + 1 \times 65 \times 5.5156 \right) = 334.24\,kip [math]

Padrão U

Dois planos de cisalhamento ao longo de ambas as linhas de parafuso, e tensão através do medidor entre eles:

[math] A_{gv} = 2t_{fp} \left[ L_{eh,fp} + (n_{c} – 1)\, s_{c} \right] = 7.75\,in^{2}, \quad A_{nv} = 4.4687\,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[ 11.5\,in – 1.3125\,in \right] = 5.0938\,in^{2} [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \left( 0.6 \times 65 \times 4.4687 + 1 \times 65 \times 5.0938 \right) \le (0.75) \left( 0.6 \times 50 \times 7.75 + 1 \times 65 \times 5.0938 \right) = 379.03\,kip [math]

2padrão L

Dois planos de cisalhamento ao longo de ambas as linhas de parafuso, e tensão de cada linha até a borda da placa:

[math] A_{nt} = 2t_{fp} \left[ L_{ev,fp} – 0.5\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = (1\,in) \times \left[ 1.5\,in – 0.5(1.3125\,in) \right] = 0.84375\,in^{2} [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \left( 0.6 \times 65 \times 4.4687 + 1 \times 65 \times 0.84375 \right) \le (0.75) \left( 0.6 \times 50 \times 7.75 + 1 \times 65 \times 0.84375 \right) = 171.84\,kip [math]

[math] \phi R_{n} = \min\left( 334.24\,kip,\, 379.03\,kip,\, 171.84\,kip \right) = 171.84\,kip [math]

DCR = 110.32 kip / 171.84 kip = 0.642 < 1.0, OK

O padrão 2L governa. O amplo 11.5 no medidor coloca muita área de tensão entre as linhas dos parafusos, o que ajuda os padrões L e U, mas deixa apenas um 1.5 em faixa fora de cada linha. Depois que o meio buraco sair, o bloco 2L tem menos de 0.85 in² da área de tensão líquida.

Passo 6: Cisalhamento em bloco do banzo do pilar (AISC 360-16 J4.3)

O flange da coluna pode rasgar da mesma maneira. Suas bordas são as pontas do flange, então o padrão 2L se aplica: cisalhamento ao longo de ambas as linhas do parafuso até a extremidade da coluna, e a tensão de cada linha do parafuso até a ponta do flange.

[math] A_{nt} = t_{f,lc} \left[ b_{f,lc} – g_{a} – (n_{r} – 1)\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = (1.56\,in) \times \left[ 15.8\,in – 11.5\,in – 1.1875\,in \right] = 4.8555\,in^{2} [math]

[math] A_{gv} = 2t_{f,lc} \left[ L_{eh,c} + (n_{c} – 1)\, s_{c} \right] = 2 \times (1.56\,in) \times \left[ 1.75\,in + 2(3\,in) \right] = 24.18\,in^{2} [math]

[math] A_{nv} = 2t_{f,lc} \left[ L_{eh,c} + (n_{c} – 1)\, s_{c} – (n_{c} – 0.5)\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = 14.918\,in^{2} [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \left( 0.6 \times 65 \times 14.918 + 1 \times 65 \times 4.8555 \right) \le (0.75) \left( 0.6 \times 50 \times 24.18 + 1 \times 65 \times 4.8555 \right) = 673.04\,kip [math]

DCR = 110.32 kip / 673.04 kip = 0.164 < 1.0, OK

Passo 7: Cedência de tensão e ruptura da placa do flange (AISC 360-16 J4.1)

A placa do flange suporta toda a força do flange através da junta, portanto, sua seção bruta não deve ceder e sua seção líquida através dos dois furos não deve romper.

[math] \phi R_{n,ty} = \phi\, F_{yp}\, t_{fp}\, b_{fp} = (0.9) \times (50\,ksi) \times (0.5\,in) \times (14.5\,in) = 326.25\,kip [math]

[math] \phi R_{n,tr} = \phi\, F_{up}\, t_{fp} \left[ b_{fp} – n_{r}\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = (0.75) \times (65\,ksi) \times (0.5\,in) \times \left[ 14.5\,in – 2 \times (1.3125\,in) \right] = 289.45\,kip [math]

[math] \phi R_{n} = \min\left( 326.25\,kip,\, 289.45\,kip \right) = 289.45\,kip [math]

DCR = 110.32 kip / 289.45 kip = 0.381 < 1.0, OK

Passo 8: Ruptura por tensão da coluna, com atraso de cisalhamento (AISC 360-16 D3, J4.1)

A força da flange também tem que entrar na coluna. Somente o flange é parafusado, então o relatório trata metade da coluna como um tee e aplica o shear lag da Tabela D3.1, Caso 2. O centróide do tee é [mathin] \bar{y} = 1.5842\,in [mathin] do lado de fora do flange, e o comprimento da conexão é [mathin] l = (n_{c} – 1)\, s_{c} = 6\,in [mathin]:

[math] U = 1 – \frac{\bar{y}}{l} = 1 – \frac{1.5842\,in}{6\,in} = 0.73606 [math]

[math] \phi R_{n} = \phi\, F_{u}\, U \left[ 0.5\, A_{lc} – n_{r}\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) t_{f,lc} \right] = (0.75) \times (65\,ksi) \times (0.73606) \times \left[ 0.5 \times (62\,in^{2}) – 2 \times (1.1875\,in) \times (1.56\,in) \right] [math]

[math] \phi R_{n} = 979.43\,kip [math]

DCR = 110.32 kip / 979.43 kip = 0.113 < 1.0, OK

Três fileiras de parafusos fornecem 6 no comprimento da conexão, então o fator de cisalhamento cai para cerca de 0.74. Uma conexão curta em um tee profundo perde mais de sua área líquida devido ao cisalhamento do que uma longa.

Passo 9: Ruptura por flexão do pilar nos furos dos parafusos (AISC 360-16 F13.1)

Os furos dos parafusos no flange de tensão podem reduzir a resistência à flexão da coluna. F13.1 compara a resistência à ruptura do flange líquido com o limite de escoamento do flange bruto para decidir se eles atendem.

[math] A_{fg} = b_{f,lc}\, t_{f,lc} = (15.8\,in) \times (1.56\,in) = 24.648\,in^{2} [math]

[math] A_{fn} = A_{fg} – n_{r}\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) t_{f,lc} = (24.648\,in^{2}) – 2 \times (1.1875\,in) \times (1.56\,in) = 20.943\,in^{2} [math]

A proporção [mathin] F_{y}/F_{u} = 50/65 = 0.76923 [mathin] não é mais do que 0.8, então [mathin] Y_{t} = 1.0 [mathin]:

[math] F_{u}\, A_{fn} = (65\,ksi) \times (20.943\,in^{2}) = 1361.3\,kip \ge Y_{t}\, F_{y}\, A_{fg} = (1) \times (50\,ksi) \times (24.648\,in^{2}) = 1232.4\,kip [math]

Porque [mathin] F_{u} A_{fn} [mathin] não é menos que [mathin] Y_{t} F_{y} A_{fg} [mathin], o estado limite de ruptura por tração não se aplica, e os furos não limitam a flexão. A coluna mantém seu momento plástico:

[math] M_{n} = F_{y}\, Z_{x} = (50\,ksi) \times (390\,in^{3}) = 1625\,kip\text{-}ft [math]

Esse momento é convertido em uma força de flange sobre o próprio braço de alavanca da coluna, então pode ser comparado com a força do flange:

[math] \phi R_{n} = \frac{\phi\, M_{n}}{d_{lc} – t_{f,lc}} = \frac{(0.9) \times (1625\,kip\text{-}ft)}{(15.7\,in) – (1.56\,in)} = 1241.2\,kip [math]

DCR = 110.32 kip / 1241.2 kip = 0.089 < 1.0, OK

Passo 10: Resistência à compressão da placa do flange (AISC 360-16 J4.4, E3)

No lado da compressão do momento, a placa do flange se estende entre os parafusos mais próximos acima e abaixo da junta como uma coluna curta. Sua demanda de compressão é a 90.293 kip momento casal da divisão de carga, porque a compressão axial passa pelo rolamento.

Com [mathin] K = 1.2 [mathin], [mathin] L_{b} = 3.5\,in [mathin] e [mathin] r = t_{fp}/\sqrt{12} [mathin]:

[math] \frac{K L}{r} = \frac{(1.2) \times (3.5\,in)}{(0.5\,in) / \sqrt{12}} = 29.098 \gt 25 [math]

KL/r está acima 25, então J4.4 envia a placa para o Capítulo E. A magreza está abaixo [mathin] 4.71\sqrt{E/F_{y}} = 113.43 [mathin], então equação. E3-2 se aplica:

[math] F_{e} = \frac{\pi^{2} E}{\left( KL/r \right)^{2}} = \frac{\pi^{2} \times (29000\,ksi)}{(29.098)^{2}} = 338.03\,ksi [math]

[math] F_{cr} = 0.658^{F_{yp}/F_{e}} F_{yp} = 0.658^{(50/338.03)} \times (50\,ksi) = 46.998\,ksi [math]

[math] \phi R_{n} = \phi\, F_{cr}\, t_{fp}\, b_{fp} = (0.9) \times (46.998\,ksi) \times (0.5\,in) \times (14.5\,in) = 306.66\,kip [math]

DCR = 90.293 kip / 306.66 kip = 0.294 < 1.0, OK

A flambagem leva apenas cerca de 6% fora da tensão de escoamento nesta esbeltez. Uma placa mais fina ou um comprimento maior sem contraventamento custaria mais, porque r diminui com a espessura da placa.

Passo 11: Emenda de placa de flange na coluna superior

A mesma placa de flange e layout de parafuso são usados ​​no W14x90, então a placa verifica (rolamento na placa, cisalhamento em bloco da placa, tensão da placa e compressão da placa) dar os mesmos resultados que na coluna inferior. Três coisas mudam: o banzo da coluna é mais fino em 0.71 no, o medidor mínimo cai para 4.875 no, e agora há um preenchimento.

Preenchimento na coluna superior

O W14x90 é 1.75 em mais raso que o W14x211, então as placas do flange ficam fora dos flanges e precisam de um enchimento em cada lado. O relatório dimensiona-o com Tabela Manual 14-3, Casos IA e IC:

[math] t_{f} = \left\lfloor \frac{d_{det,lc} – d_{det,uc}}{2} – 0.125\,in \right\rfloor_{0.125\,in} \text{ if } d_{det,lc} – d_{det,uc} \gt 0.625\,in, \text{ otherwise } 0 [math]

[math] t_{f} = 0.625\,in [math]

Qualquer enchimento mais espesso que 1/8 em gotas o fator de preenchimento para 0.85, que leva 15% fora da resistência ao deslizamento:

[math] h_{f} = 1.0 \text{ if } t_{f} \le 0.125\,in, \text{ otherwise } 0.85 \quad \Rightarrow \quad h_{f} = 0.85 [math]

[math] \phi R_{n} = (0.85) \times (0.5) \times (1.13) \times (0.85) \times (64\,kip) \times (1) \times (2) \times (3) = 156.75\,kip [math]

DCR = 110.32 kip / 156.75 kip = 0.704 < 1.0, OK

Esta é a verificação de maior resistência do flange. Os mesmos seis parafusos têm um DCR de 0.598 na coluna inferior e 0.704 na coluna superior, e a única diferença é o fator de preenchimento.

Outras verificações na coluna superior

O flange W14x90 é o mesmo 14.5 em largura como a placa, então a distância da borda também é 1.5 no. O flange da coluna possui furos padrão e um 1.25 no mínimo, então sua proporção é 0.833. A distância da borda da placa do flange ainda rege o detalhamento em 0.917.

O cisalhamento de bloco do banzo do pilar é a verificação mais alta do pilar neste lado em 0.422. A faixa de tensão 2L no W14x90 é apenas 1.5 em largura de cada lado e 0.71 em grosso.

Papel 2: Emenda da placa web na coluna inferior

Passo 12: Limites de detalhamento para parafusos da placa de alma (AISC 360-16 J3.3, J3.4, J3.5)

O layout do parafuso da alma deve atender às mesmas regras de espaçamento e distância da borda que o flange, e as placas da alma devem ser profundas o suficiente para atender à profundidade mínima de conexão, mas ainda assim caber entre os banzos da coluna.

DCR = 1.375 no / 1.5 em = 0.917 < 1.0, OK

Ambas as distâncias da borda da placa da alma são 1.5 em relação ao mínimo de furo superdimensionado de 1.375 no. A 6 na placa é exatamente 1.5 + 3 + 1.5 no, então não há largura extra.

Passo 13: Resistência crítica do parafuso ao deslizamento na alma (AISC 360-16 J3.8)

Os parafusos da alma carregam o cisalhamento e a tensão da alma juntos, então a verificação do deslizamento usa sua resultante, 150.33 kip. Os parafusos são críticos contra deslizamento porque as placas da alma têm furos superdimensionados.

A alma da coluna inferior é a mais espessa, então não há preenchimento deste lado. Usando o detalhamento de espessuras de teia, 7/16 para o W14x90 e 1 para o W14x211:

[math] t_{f} = \max\left( \frac{tw_{det,uc} – tw_{det,lc}}{2},\, 0 \right) = \max\left( \frac{(0.4375\,in) – (1\,in)}{2},\, 0 \right) = 0\,in, \quad h_{f} = 1 [math]

Onde [mathin] \phi = 0.85 [mathin], [mathin] \mu = 0.5 [mathin], [mathin] D_{u} = 1.13 [mathin], [mathin] T_{b} = 64\,kip [mathin], e [mathin] N_{s} = 2 [mathin] planos deslizantes porque há uma placa de alma em cada face da alma:

[math] \phi R_{n} = \phi\, \mu\, D_{u}\, h_{f}\, T_{b}\, N_{s}\, n_{r}\, n_{c} = (0.85) \times (0.5) \times (1.13) \times (1) \times (64\,kip) \times (2) \times (2) \times (2) = 245.89\,kip [math]

DCR = 150.33 kip / 245.89 kip = 0.611 < 1.0, OK

Passo 14: Rolamento de parafuso nas placas da alma (AISC 360-16 J3.10)

Os furos da placa da alma são carregados em duas direções ao mesmo tempo: através da coluna pelo cisalhamento, e ao longo da coluna pela tensão da alma. O rolamento e o rasgo são verificados separadamente em cada direção e depois combinados. Ambas as placas funcionam juntas, então a espessura é [mathin] 2t_{wp} = 1.75\,in [mathin], e o coeficiente do grupo de parafusos é [mathin] C = 4 [mathin] porque a carga é concêntrica.

Direção de cisalhamento

[math] l_{c1} = L_{ev,wp} – \frac{d_{h}}{2} = (1.5\,in) – \frac{(1.25\,in)}{2} = 0.875\,in, \quad l_{c2} = s_{r} – d_{h} = (3\,in) – (1.25\,in) = 1.75\,in [math]

[math] \phi R_{n} = \phi \left[ \min\left(1.2\, l_{c1},\, 2.4\, d_{b}\right) 2t_{wp} F_{up} + \min\left(1.2\, l_{c2},\, 2.4\, d_{b}\right) 2t_{wp} F_{up} \left( n_{r} – 1 \right) \right] \frac{C}{n_{r}} [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times \left[ \min\left(1.05\,in,\, 2.4\,in\right)(1.75\,in)(65\,ksi) + \min\left(2.1\,in,\, 2.4\,in\right)(1.75\,in)(65\,ksi)(2 – 1) \right] \times \frac{4}{2} = 537.47\,kip [math]

DCR = 150 kip / 537.47 kip = 0.279 < 1.0, OK

Direção axial

A distância final na placa da alma também é 1.5 no, então as distâncias livres e a resistência são as mesmas que na direção de cisalhamento:

[math] l_{c1} = L_{eh,wp} – \frac{d_{h}}{2} = (1.5\,in) – \frac{(1.25\,in)}{2} = 0.875\,in, \quad l_{c2} = s_{c} – d_{h} = 1.75\,in, \quad \phi R_{n} = 537.47\,kip [math]

DCR = 9.9423 kip / 537.47 kip = 0.018 < 1.0, OK

Interação

[math] \left( \frac{V_{u}}{\phi R_{n,v}} \right)^{2} + \left( \frac{P_{web}}{\phi R_{n,a}} \right)^{2} = \left( \frac{150}{537.47} \right)^{2} + \left( \frac{9.9423}{537.47} \right)^{2} = 0.078231 [math]

DCR = 0.078 < 1.0, OK

Passo 15: Rolamento do parafuso na alma da coluna (AISC 360-16 J3.10)

A alma da coluna possui furos padrão, [mathin] d_{h} = 1.125\,in [mathin], e é 0.98 em espessura no W14x211.

Direção de cisalhamento

Do outro lado da coluna há rede em ambos os lados dos parafusos, então cada parafuso usa a distância livre entre os furos, [mathin] l_{c2} = 3 – 1.125 = 1.875\,in [mathin]:

[math] \phi R_{n} = \phi \min\left(1.2\, l_{c2},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{w,lc}\, F_{u,lc}\, C = (0.75) \times \min\left(2.25\,in,\, 2.4\,in\right) \times (0.98\,in) \times (65\,ksi) \times (4) = 429.98\,kip [math]

DCR = 150 kip / 429.98 kip = 0.349 < 1.0, OK

Direção axial

Ao longo da coluna, a fileira de parafusos mais próxima da extremidade da coluna rasga em direção a ela, com [mathin] l_{c1} = L_{eh,c} – d_{h}/2 = 1.5 – 0.5625 = 0.9375\,in [mathin]:

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times \left[ \min\left(1.125\,in,\, 2.4\,in\right)(0.98\,in)(65\,ksi) + \min\left(2.25\,in,\, 2.4\,in\right)(0.98\,in)(65\,ksi)(2 – 1) \right] \times \frac{4}{2} = 322.48\,kip [math]

DCR = 9.9423 kip / 322.48 kip = 0.031 < 1.0, OK

Interação

[math] \left( \frac{150}{429.98} \right)^{2} + \left( \frac{9.9423}{322.48} \right)^{2} = 0.12265 [math]

DCR = 0.123 < 1.0, OK

Passo 16: Cisalhamento em bloco das placas de alma (AISC 360-16 J4.3)

Um bloco das placas da alma pode romper sob o cisalhamento ou sob a força axial. Cada direção tem seu próprio padrão de rasgamento, e as duas relações são combinadas da mesma maneira que para rolamentos.

Carga de cisalhamento

O bloco corta ao longo da fileira externa de parafusos até a borda da placa e rasga em tensão através das colunas de parafusos até a extremidade da placa:

[math] A_{nt} = 2t_{wp} \left[ (n_{c} – 1)\, s_{c} + L_{eh,wp} – (n_{c} – 0.5)\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = (1.75\,in) \times \left[ 3\,in + 1.5\,in – 1.5(1.3125\,in) \right] = 4.4297\,in^{2} [math]

[math] A_{gv} = 2t_{wp} \left[ L_{ev,wp} + (n_{r} – 1)\, s_{r} \right] = (1.75\,in) \times \left[ 1.5\,in + 3\,in \right] = 7.875\,in^{2} [math]

[math] A_{nv} = 2t_{wp} \left[ b_{wp} – L_{ev,wp} – (n_{r} – 0.5)\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = (1.75\,in) \times \left[ 6\,in – 1.5\,in – 1.5(1.3125\,in) \right] = 4.4297\,in^{2} [math]

Com duas colunas de parafusos, a tensão de tração no bloco não é uniforme, então [mathin] U_{bs} = 0.5 [mathin]:

[math] \phi R_{n} = (0.75) \left( 0.6 \times 65 \times 4.4297 + 0.5 \times 65 \times 4.4297 \right) \le (0.75) \left( 0.6 \times 50 \times 7.875 + 0.5 \times 65 \times 4.4297 \right) = 237.54\,kip [math]

DCR = 150 kip / 237.54 kip = 0.631 < 1.0, OK

Carga axial

No padrão L, o bloco rasga em tensão através das fileiras de parafusos e sai da borda da placa, e corta ao longo de uma fileira de parafusos até a extremidade da placa:

[math] A_{nt} = 4.4297\,in^{2}, \quad A_{gv} = 2t_{wp} \left[ L_{eh,wp} + (n_{c} – 1)\, s_{c} \right] = 7.875\,in^{2}, \quad A_{nv} = 2t_{wp} \left[ L_{wp} – L_{eh,c} – (n_{c} – 0.5)\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = 4.4297\,in^{2} [math]

[math] \phi R_{n,L} = (0.75) \left( 0.6 \times 65 \times 4.4297 + 1 \times 65 \times 4.4297 \right) \le (0.75) \left( 0.6 \times 50 \times 7.875 + 1 \times 65 \times 4.4297 \right) = 345.52\,kip [math]

No U (ou C) padrão, o bloco entre as duas fileiras de parafusos sai, cortando ao longo de ambas as linhas:

[math] A_{nt} = 2t_{wp} \left[ (n_{r} – 1)\, s_{r} – (n_{r} – 1)\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = (1.75\,in) \times \left[ 3\,in – 1.3125\,in \right] = 2.9531\,in^{2}, \quad A_{gv} = 15.75\,in^{2}, \quad A_{nv} = 8.8594\,in^{2} [math]

[math] \phi R_{n,U} = (0.75) \left( 0.6 \times 65 \times 8.8594 + 1 \times 65 \times 2.9531 \right) \le (0.75) \left( 0.6 \times 50 \times 15.75 + 1 \times 65 \times 2.9531 \right) = 403.1\,kip [math]

[math] \phi R_{n} = \min\left( 345.52\,kip,\, 403.1\,kip \right) = 345.52\,kip [math]

DCR = 9.9423 kip / 345.52 kip = 0.029 < 1.0, OK

Interação

[math] \left( \frac{150}{237.54} \right)^{2} + \left( \frac{9.9423}{345.52} \right)^{2} = 0.39958 [math]

DCR = 0.400 < 1.0, OK

Quase todos os 0.400 vem do termo cisalhamento. O termo axial acrescenta cerca de 0.001.

Passo 17: Cisalhamento em bloco da alma do pilar (AISC 360-16 J4.3)

Sob tensão axial, um bloco da alma da coluna ao redor dos parafusos pode sair da extremidade da coluna: tensão entre as duas fileiras de parafusos, e corte ao longo de ambas as linhas até o final da coluna. Este é o padrão C.

[math] A_{nt} = t_{w,lc} \left[ (n_{r} – 1)\, s_{r} – (n_{r} – 1)\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = (0.98\,in) \times \left[ 3\,in – 1.1875\,in \right] = 1.7762\,in^{2} [math]

[math] A_{gv} = 2t_{w,lc} \left[ L_{eh,c} + (n_{c} – 1)\, s_{c} \right] = 2 \times (0.98\,in) \times \left[ 1.5\,in + 3\,in \right] = 8.82\,in^{2} [math]

[math] A_{nv} = 2t_{w,lc} \left[ (n_{c} – 1)\, s_{c} + L_{eh,c} – (n_{c} – 0.5)\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = 5.3288\,in^{2} [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \left( 0.6 \times 65 \times 5.3288 + 1 \times 65 \times 1.7762 \right) \le (0.75) \left( 0.6 \times 50 \times 8.82 + 1 \times 65 \times 1.7762 \right) = 242.46\,kip [math]

DCR = 9.9423 kip / 242.46 kip = 0.041 < 1.0, OK

Passo 18: Cedência por cisalhamento e ruptura por cisalhamento das placas da alma (AISC 360-16 J4.2)

As duas placas web carregam todo o 150 kip cisalhamento na emenda. Sua seção bruta não deve ceder ao cisalhamento, e sua seção líquida através dos furos dos parafusos não deve romper.

Cessamento ao cisalhamento (Eq. J4-3)

[math] A_{gv} = b_{wp} \times 2t_{wp} = (6\,in) \times (1.75\,in) = 10.5\,in^{2} [math]

[math] \phi R_{n,sy} = \phi\, 0.6\, F_{yp}\, A_{gv} = (1) \times 0.6 \times (50\,ksi) \times (10.5\,in^{2}) = 315\,kip [math]

Ruptura por cisalhamento (Eq. J4-4)

[math] A_{nv} = 2t_{wp} \left[ b_{wp} – n_{r}\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = (1.75\,in) \times \left[ 6\,in – 2 \times (1.3125\,in) \right] = 5.9062\,in^{2} [math]

[math] \phi R_{n,sr} = \phi\, 0.6\, F_{up}\, A_{nv} = (0.75) \times 0.6 \times (65\,ksi) \times (5.9062\,in^{2}) = 172.76\,kip [math]

[math] \phi R_{n} = \min\left( 315\,kip,\, 172.76\,kip \right) = 172.76\,kip [math]

DCR = 150 kip / 172.76 kip = 0.868 < 1.0, OK

Esta é a verificação de maior resistência em toda a emenda da coluna. Dois buracos enormes levam 2.625 dentro de um 6 em prato, mais que 40% da sua largura, então a ruptura líquida da seção está muito abaixo do escoamento por cisalhamento. Uma placa de alma mais profunda com uma terceira fileira de parafusos, ou placas mais grossas, adicionaria área líquida diretamente.

Passo 19: Cedência de tensão e ruptura das placas da alma (AISC 360-16 J4.1)

Sob o caso de tensão, as placas da web carregam o 9.9423 kip força da rede através da junta como um membro de tensão.

[math] \phi R_{n,ty} = \phi\, F_{yp}\, 2t_{wp}\, b_{wp} = (0.9) \times (50\,ksi) \times (1.75\,in) \times (6\,in) = 472.5\,kip [math]

[math] \phi R_{n,tr} = \phi\, F_{up}\, 2t_{wp} \left[ b_{wp} – n_{r}\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = (0.75) \times (65\,ksi) \times (1.75\,in) \times \left[ 6\,in – 2 \times (1.3125\,in) \right] = 287.93\,kip [math]

DCR = 9.9423 kip / 287.93 kip = 0.035 < 1.0, OK

Passo 20: Ruptura por tensão da alma do pilar, com atraso de cisalhamento (AISC 360-16 D3, J4.1)

A tensão da teia também tem que entrar na coluna. Apenas a teia está aparafusada, então os flanges ficam para trás na absorção de tensão, e toda a seção do pilar é verificada com um fator de cisalhamento da Tabela D3.1, Caso 2. O relatório usa [mathin] \bar{x} = 3.2088\,in [mathin] para o W14x211 e um fator de cisalhamento de [mathin] U = 0.175 [mathin]:

[math] \phi R_{n} = \phi\, F_{u,lc}\, U \left[ A_{lc} – n_{r}\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) t_{w,lc} \right] = (0.75) \times (65\,ksi) \times (0.175) \times \left[ 62\,in^{2} – 2 \times (1.1875\,in) \times (0.98\,in) \right] = 509.08\,kip [math]

DCR = 9.9423 kip / 509.08 kip = 0.020 < 1.0, OK

Aqui [mathin] \bar{x} [mathin] é maior que o 3 no comprimento da conexão, então [mathin] 1 – \bar{x}/l [mathin] seria negativo, e o relatório usa um U baixo. O DCR ainda é apenas 0.020.

Passo 21: Resistência à compressão das placas da alma (AISC 360-16 J4.4)

Sob compressão, as placas da alma atuariam como colunas curtas ao longo da junta. Cada placa pode dobrar sozinha, então o raio de giração é o de um 7/8 em prato. Com [mathin] K = 1.2 [mathin] e [mathin] L_{b} = 3\,in [mathin]:

[math] \frac{K L}{r} = \frac{(1.2) \times (3\,in)}{(0.875\,in) / \sqrt{12}} = 14.252 \le 25 [math]

KL/r não é mais do que 25, então equação. J4-6 se aplica, e as placas atingem o rendimento total sem empenar:

[math] \phi R_{n} = \phi\, F_{yp}\, 2t_{wp}\, b_{wp} = (0.9) \times (50\,ksi) \times (1.75\,in) \times (6\,in) = 472.5\,kip [math]

DCR = 0 kip / 472.5 kip = 0.000 < 1.0, OK

A demanda é zero porque toda a compressão passa pelo rolamento nas extremidades fresadas. A verificação ainda é importante se a junta não estiver pronta para suportar, porque então as placas suportariam a compressão.

Passo 22: Emenda da placa web na coluna superior

As placas da alma e o layout dos parafusos são os mesmos no W14x90, então a placa verifica (rolamento nas placas, cisalhamento em bloco das placas, tesoura de placa, tensão e compressão) dar os mesmos resultados que na coluna inferior. As verificações da web da coluna mudam porque a web W14x90 é apenas 0.44 em grosso.

A teia fina também precisa de um preenchimento. Com detalhamento de espessuras de teia de 1 dentro e 7/16 no:

[math] t_{f} = \max\left( \frac{tw_{det,lc} – tw_{det,uc}}{2},\, 0 \right) = \max\left( \frac{(1\,in) – (0.4375\,in)}{2},\, 0 \right) = 0.28125\,in [math]

O enchimento é mais espesso do que 1/8 no, então [mathin] h_{f} = 0.85 [mathin]:

[math] \phi R_{n} = (0.85) \times (0.5) \times (1.13) \times (0.85) \times (64\,kip) \times (2) \times (2) \times (2) = 209\,kip [math]

DCR = 150.33 kip / 209 kip = 0.719 < 1.0, OK

O rolamento na alma fina W14x90 é a verificação da alma da coluna mais alta, no 0.777 em cisalhamento. Sua teia tem menos da metade da espessura do W14x211, e a resistência do rolamento é proporcional à espessura.

Resumo das verificações de projeto

Emenda de placa de flange

Emenda de placa web

A emenda da coluna passa em todas as verificações. A proporção mais alta, 0.917, está detalhando: cada distância da borda da placa é 1.5 em contra o 1.375 no mínimo de furo superdimensionado, o que significa que as placas estão próximas do código mínimo, não estressado demais. Das verificações de força, a ruptura por cisalhamento das placas da alma governa em 0.868 em ambos os lados. Em seguida, vem o rolamento na fina alma W14x90 em 0.777, deslizamento dos parafusos da alma superior em 0.719 e deslizamento dos parafusos do flange superior em 0.704, os dois últimos com 0.85 fator de preenchimento.

O que mudar se uma verificação falhar

• Ruptura por cisalhamento da placa da alma ou cisalhamento em bloco: torne as placas da web mais profundas e adicione uma linha de parafusos, ou use placas mais grossas. O W14x90 possui espaço entre seus flanges para uma placa mais profunda.
• Rolamento na alma da coluna superior: adicione parafusos para espalhar o cisalhamento, ou aumente a distância final até o final da coluna. A 0.44 na teia do W14x90 é o lado fraco.
• Deslizamento dos parafusos na coluna superior: adicione uma linha de parafusos, ou desenvolva o enchimento para que a resistência total ao escorregamento possa ser usada. Um fator de preenchimento de 0.85 custos 15% da resistência ao deslizamento tanto no banzo como na alma.
• Cisalhamento de bloco de placa de flange: aqui o padrão 2L governa, então as tiras de borda fora das linhas dos parafusos são o elo mais fraco. Traga as linhas dos parafusos para ampliá-las, contanto que o medidor permaneça acima do mínimo, ou use uma placa mais grossa. Adicionar linhas de parafusos também alonga os planos de cisalhamento.
• Detalhamento da distância da borda: as distâncias da borda da placa ficam 1/8 acima do mínimo do furo superdimensionado. Um medidor mais estreito ou uma placa de rede mais larga adiciona margem.
• Compressão de placa: encurte o comprimento não apoiado apertando o layout do parafuso próximo à junta, ou use placas mais grossas para diminuir o KL/r. Se a junta não estiver pronta para suportar, as placas suportam toda a compressão e esta verificação geralmente governará.
• Rolamento nas extremidades fresadas: se a compressão for maior que a resistência de suporte da coluna menor, o excesso vai para os pratos, então verifique a divisão de carga primeiro.

Perguntas frequentes

Por que as placas de emenda não carregam o 1000 compressão kip?

As extremidades da coluna são fresadas e preparadas para suportar. AISC 360-16 J1.4 permite que a compressão em uma emenda de coluna acabada passe por rolamento direto, e a resistência do rolamento da extremidade W14x90 é muito maior do que 1000 kip. As placas só carregam o momento casal, o cisalhamento e a tensão. Eles ainda precisam manter as colunas alinhadas e resistir a qualquer tensão de elevação ou reversão., é por isso que J1.4 pede material de emenda suficiente para manter todas as peças no lugar.

Como a carga é compartilhada entre as placas de flange e as placas de alma em uma emenda de pilar?

As placas da alma suportam todo o cisalhamento. A tensão axial é dividida por área: a web ocupa sua parte na área bruta, aqui 9.9423 kip do 50 kip, e os flanges ficam com o resto, metade de cada. O momento vai inteiramente para os flanges como um par de tração e compressão. Neste exemplo, cada placa de flange carrega 110.32 kip em tensão e 90.293 kip em compressão.

Por que os enchimentos são necessários, e por que eles são importantes para os parafusos?

O W14x90 é 1.75 em mais raso que o W14x211, e sua teia tem menos da metade da espessura, então as placas não podem ficar planas em ambas as colunas. Os preenchimentos preenchem a lacuna na coluna menor. Um enchimento adiciona uma superfície que pode escorregar, então AISC 360-16 J3.8 reduz a resistência ao escorregamento com um fator de preenchimento de 0.85 quando o enchimento é mais espesso do que 1/8 no. Neste exemplo, esse fator retira os parafusos do flange da coluna superior de um DCR de 0.598 para 0.704.

Por que os parafusos de emenda são críticos contra deslizamento?

O flange e as placas da alma possuem furos superdimensionados, que dão ao montador espaço para alinhar as duas colunas. AISC 360-16 J3.2 permite furos superdimensionados apenas em conexões com deslizamento crítico. Os parafusos com deslizamento crítico também evitam que a emenda se mova quando o momento inverte sob ação do vento ou carga sísmica.

Onde uma emenda de coluna deve ser localizada?

As emendas da coluna são geralmente colocadas em torno 4 pés acima do chão. Nessa altura, o montador pode alcançar a emenda do chão, e as placas de emenda ficam afastadas das conexões da viga no nível do chão.

Este exemplo segue a 15ª edição do AISC ou o Manual da 16ª edição do AISC?

Segue AISC 360-16 e o Manual AISC 15ª Edição, que está escrito em torno dessa Especificação. O Manual AISC 16ª Edição combina com o posterior 360-22 Especificação. Números de cláusulas e algumas disposições, incluindo o fator de preenchimento para parafusos com deslizamento crítico, alterado na edição mais recente, então verifique as referências em relação à edição que seu projeto usa.

Como isso mudaria para AISC ASD em vez de LRFD?

Os estados limites e as resistências nominais são iguais. Com AISC ASD você compara as forças de nível de serviço com a resistência nominal dividida por um fator de segurança em vez de multiplicar por um fator de resistência. Um fator de resistência de 0.75 torna-se um fator de segurança de 2.00, 0.90 torna-se 1.67, e 1.00 torna-se 1.50. As combinações de carga também mudam, então as forças do flange e da alma são menores.

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Cada número nesta página vem de uma solução. Escolha a configuração de emenda da coluna, insira suas duas colunas, os pratos, parafusos, compressão, tensão, cisalhamento e momento, e veja cada uma dessas verificações em seu navegador. Não há nada para instalar.

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Referências

• AISC 360-16, correspondente às especificações para aço estrutural: B4.3b, D3 (Tabela D3.1), E3 (Eq. E3-1, E3-2, E3-4), F2.1, F13.1, J1.4, J3.2, J3.3, J3.4 (Tabela J3.4), J3.5 (Tabela J3.5), J3.8 (Eq. J3-4), 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), J7.
• Manual de construção em aço AISC, 15ª edição: Papel 1 propriedades da seção e dimensões de detalhamento; Tabela 14-3, enchimentos de emenda de coluna.
• Dimensionamento de ligações metálicas utilizando AISC 360-16
• Parafusos no design de conexão SkyCiv