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柱拼接连接设计

符合 AISC 的柱拼接连接设计 360 从一个问题开始: 关节是否已完成承受? 如果柱端部经过铣削并适合支撑, 轴向压力从上柱直接传递到下柱, 拼接板只需承受力矩, 剪切力和任何张力. 法兰板作为张力和压力偶承受力矩, 腹板承受剪力, 和每个螺栓组, 在接头上方和下方检查该路径上的板和柱部分.

此页面从头到尾都通过一个真正的螺栓柱接头进行工作: W14x90 上柱拼接到 W14x211 下柱, 与 1000 压缩基普, 50 紧张的KIP, 一个 150 基普剪切和 100 急转瞬间, 设计符合 AISC 360-16 LRFD 和 AISC 手册第 15 版. 每个法兰都有一个 1/2 在由 14.5 在法兰盘上有六个 1 在接头两侧的 A490 防滑螺栓中, 两条螺栓线 11.5 按三排计. 网络上有一对 7/8 在网板中, 6 在宽, 有四个 1 每侧都有 A490 防滑螺栓. 每个方程都用它的数字写出来, 按照与 AISC 计算表相同的顺序 SkyCiv连接设计 模块为其生成.

什么是柱拼接连接?

柱接头将两段柱首尾相连. 柱子通常每两层或三层拼接一次, 高于地面一点, 因为只要一根柱子可以一体运输和竖立即可. 沿着建筑物向上的部分通常会变得更亮, 这是这里的情况: 下面沉重的 W14x211 承载着上面的地板, 而上面的W14x90则携带较少.

在螺栓柱接头中, 法兰板搭接在两个法兰外侧的接头上, 一对腹板搭接在腹板上. 两根柱子深度不同, 因此填料或垫片填充了较浅的柱和板之间的间隙. 您可以在以下位置检查此配置 柱拼接连接计算器. 翼缘板和腹板的检查与检查类似 梁拼接连接, 和 螺栓接头连接计算器 涵盖更简单的搭接接头.

柱拼接连接设计实例, 海拔: 1/2 在用螺栓固定到 W14x90 上柱和 W14x211 下柱上的法兰板中, 1 在 A490-SC 螺栓中 11 1/2 在规格和 3 在间距, 与关节配合承受

法兰接头的标高. 的 1/2 在法兰盘上有两条螺栓线 11 1/2 在规格中, 1 1/2 从每个板边缘开始, 接头每侧三排螺栓 3 在间距, 与 1 3/4 在最终距离. 柱端适合承受.

穿过柱拼接腹板的 A-A 截面: 二 7/8 在两排两排的腹板中 1 在接头两侧的 A490-SC 螺栓中, 与铜= 1000 kip, 涂 = 50基普p, 乌= 150 kip 和 Mu = 100 基普英尺

A-A部分. 的 7/8 在腹板中,位于腹板的两面 (NS/FS), 接头两侧各有两排两个螺栓 3 在间距和 1 1/2 边缘和端部距离. 垫板填充柱和板之间的每个间隙.

立柱拼接连接设计: 步骤一目了然

首先将负载分开: 压缩传递至轴承, 和那一刻, 张力和剪切力传递至板材. 然后检查下柱和上柱处的法兰板拼接处, 接下来是腹板拼接.

  1. 检查法兰板螺栓的详细限制.
  2. 查找填充系数并检查滑动临界法兰螺栓的滑动.
  3. 检查法兰板上的螺栓轴承和撕裂情况.
  4. 检查柱法兰上的螺栓轴承和撕裂情况.
  5. 检查法兰板的块剪切是否存在三种撕裂模式.
  6. 检查柱翼缘的块剪力.
  7. 检查法兰板的拉伸屈服和破裂情况.
  8. 检查柱的拉伸断裂, 有剪切滞后.
  9. 检查法兰螺栓孔处柱的弯曲断裂.
  10. 检查法兰盘是否受压.
  11. 对上柱重复法兰检查.
  12. 检查腹板螺栓的详细限制.
  13. 检查腹板螺栓组在剪切和轴向载荷作用下的滑移.
  14. 检查腹板上的螺栓轴承是否受剪力, 轴向载荷及其相互作用.
  15. 检查柱腹板上的螺栓轴承是否受剪力, 轴向载荷及其相互作用.
  16. 检查腹板的块剪力是否受剪力影响, 轴向载荷及其相互作用.
  17. 检查柱腹板的块剪力的轴向载荷.
  18. 检查腹板的剪切屈服和剪切断裂.
  19. 检查腹板的张力屈服和断裂.
  20. 检查柱腹板的拉伸断裂, 有剪切滞后.
  21. 检查腹板的压缩情况.
  22. 对上列重复网络检查.

本示例的设计输入

设计代码为AISC 360-16 LRFD. 截面属性来自 AISC 手册.

加载 象征 值
因式剪切 [mathin] V_{u} [mathin] 150 基普
轴向拉力系数 [mathin] T_{u} [mathin] 50 基普
轴向压缩系数 [mathin] C_{u} [mathin] 1000 基普
分解强轴力矩 [mathin] M_{u} [mathin] 100 基普英尺

 

列属性 象征 下栏 上栏
部分 宽14x211, A992 AISC 连接设计示例, A992
深度 [mathin] d [mathin] 15.7 在 14 在
腹板厚度 [mathin] t_{w} [mathin] 0.98 在 0.44 在
法兰宽度 [mathin] b_{f} [mathin] 15.8 在 14.5 在
法兰厚度 [mathin] t_{f} [mathin] 1.56 在 0.71 在
区 [mathin] A [mathin] 62 英寸² 26.5 英寸²
塑性截面模量 [mathin] Z_{x} [mathin] 390 立方英寸 157 立方英寸
屈服 / 拉应力 [mathin] F_{y},\ F_{u} [mathin] 50 KSI / 65 KSI 50 KSI / 65 KSI

 

法兰板拼接 象征 下栏 上栏
法兰板宽度 / 厚度 [mathin] b_{fp},\ t_{fp} [mathin] 14.5 在 / 0.5 在, A572组. 50 14.5 在 / 0.5 在, A572组. 50
板材产量 / 拉应力 [mathin] F_{yp},\ F_{up} [mathin] 50 KSI / 65 KSI 50 KSI / 65 KSI
螺栓 1 在 A490-SC 中, B级, 一滑面 1 在 A490-SC 中, B级, 一滑面
螺栓公称拉力 / 剪应力 [mathin] F_{nt},\ F_{nv} [mathin] 113 KSI / 68 KSI 113 KSI / 68 KSI
板中的孔 / 立柱法兰 超大号 (OVS) / 标准 (性病) 超大号 (OVS) / 标准 (性病)
螺栓线 / 量具 [mathin] n_{r},\ g_{a} [mathin] 2 / 11.5 在 2 / 11.5 在
螺栓排 / 间距 [mathin] n_{c},\ s_{c} [mathin] 3 / 3 在 3 / 3 在
板边距 / 立柱法兰 [mathin] L_{ev,fp},\ L_{ev,c} [mathin] 1.5 在 / 2.125 在 1.5 在 / 1.5 在
板上端部距离 / 立柱法兰 [mathin] L_{eh,fp},\ L_{eh,c} [mathin] 1.75 在 / 1.75 在 1.75 在 / 1.75 在
板的无支撑长度 [mathin] L_{b} [mathin] 3.5 在 3.5 在

 

腹板拼接 象征 下栏 上栏
腹板宽度 / 厚度 [mathin] b_{wp},\ t_{wp} [mathin] 6 在 / 0.875 在每个, A572组. 50 6 在 / 0.875 在每个, A572组. 50
螺栓 1 在 A490-SC 中, B级, 两个滑移面 1 在 A490-SC 中, B级, 两个滑移面
板中的孔 / 专栏网 超大号 (OVS) / 标准 (性病) 超大号 (OVS) / 标准 (性病)
螺栓排 / 行距 [mathin] n_{r},\ s_{r} [mathin] 2 / 3 在 2 / 3 在
螺栓柱 / 列间距 [mathin] n_{c},\ s_{c} [mathin] 2 / 3 在 2 / 3 在
腹板垂直边距 [mathin] L_{ev,wp} [mathin] 1.5 在 1.5 在
腹板端部距离 / 专栏网 [mathin] L_{eh,wp},\ L_{eh,c} [mathin] 1.5 在 / 1.5 在 1.5 在 / 1.5 在
接头每侧腹板长度 [mathin] L_{wp} [mathin] 6 在 6 在
板的无支撑长度 [mathin] L_{b} [mathin] 3 在 3 在

在柱中,螺栓沿着构件布置, 这是垂直的. 报告保留梁接头命名, 所以 “螺栓柱” 法兰接头是每列堆叠的三排螺栓, 和 “水平的” 边距是到板端或柱端的端部距离.

法兰上的边缘距离来自量规. 的 14.5 在盘子里有一个 11.5 在量叶中 [mathin] (14.5 – 11.5)/2 = 1.5\,in [mathin] 每一侧, 也是如此 14.5 在 W14x90 的法兰中. 下柱使用 W14x211 详细法兰宽度 15 3/4 在, 所以 [mathin] L_{ev,c} = (15.75 – 11.5)/2 = 2.125\,in [mathin].

如何在柱接头中分割负载

立柱端部经过铣削并适合承载, 这是海拔上的注释. AISC 360-16 J1.4 允许压缩通过成品轴承接头, 所以拼接板不需要承载它. 铣面承载强度采用J7, 与较小的立柱的承载面积:

[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]

承载面积为 26.125 in² 是 W14x90 的两个法兰和腹板的标称尺寸, [mathin] 2 \times 14.5 \times 0.71 + (14 – 2 \times 0.71) \times 0.44 = 26.125\,in^{2} [mathin], 所以它省略了鱼片 26.5 in² 表格面积包括. 全部 1000 压缩的 kip 进入轴承, 所以腹板的压缩力为零:

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

使用较浅的上柱的杠杆臂将力矩转化为法兰力偶, [mathin] d – t_{f} = 14 – 0.71 = 13.29\,in [mathin]. 压缩法兰力只是力矩偶, 因为轴承不会留下任何压力:

[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]

张力无法通过轴承传递, 因此它在法兰和腹板之间共享. 网络占据了市场份额 50 kip 与网面积除以总面积的比例, [mathin] T_{web} = 9.9423\,kip [mathin], 其余部分由法兰承担, 各半:

[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]

腹板承受全部剪力加上腹板所占的张力. 他们的结果用于腹板螺栓滑动检查:

[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]

轴承在这里发挥着很大的作用. 没有它, 每个法兰板必须承载一半 1000 抓住当下的情侣, 哪个这个 1/2 板和六个螺栓做不到. 图纸上的贴合注释是设计的一部分, 不是制造细节.

部分 1: 下立柱法兰板拼接

步 1: 法兰板螺栓的详细限制 (AISC 360-16 J3.3, J3.4, J3.5)

法兰螺栓必须间隔足够远以拧紧并足够靠近以作为一组, 每个螺栓在板和柱翼缘上都需要足够的边缘距离.

板上有超大孔, 因此表 J3.5 添加了 1/8 表J3.4中的最小边缘距离 1.25 在, 给予 1.375 在盘子里. 立柱法兰有标准孔并保持 1.25 在.

详细限制 限制 (在) 实际的 (在) 直流电 结果
最小螺栓规格 5.375 11.500 0.467 通过
最小螺栓排间距 2.667 3.000 0.889 通过
最大螺栓排间距 6.000 3.000 0.500 通过
法兰板最小边距, 穿过 1.375 1.500 0.917 通过
法兰板最小端距 1.375 1.750 0.786 通过
柱翼缘最小边距, 穿过 1.250 2.125 0.588 通过
柱翼缘最小端距 1.250 1.750 0.714 通过

DCR = 1.375 在 / 1.5 在 = 0.917 < 1.0, 行

跨过法兰板的边缘距离决定. 与一个 11.5 在量具上 14.5 在盘子里, 每个螺栓线都位于 1.5 从板边缘向内, 只要 1/8 超过超大孔最小值.

步 2: 法兰处的滑动关键螺栓强度 (AISC 360-16 J3.8, 手动表 14-3)

板材上有超大孔, 哪个 AISC 360-16 J3.2 只允许用于滑动关键的接头. 螺栓组必须通过摩擦来抵抗法兰力, 不会滑入轴承. 板与柱之间的填料可降低防滑性, 所以首先找到填料厚度.

填料厚度和填料系数

详细深度为 [mathin] d_{det,lc} = 15.75\,in [mathin] 对于 W14x211 和 [mathin] d_{det,uc} = 14\,in [mathin] 适用于 W14x90, 深度四舍五入到最接近的 1/16 AISC 手册列出了详细信息. 法兰板平放在更深的下柱上, 所以这一边的填充物为零 (手动表 14-3, 案例 I-A 和 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]

不带填料, 填充因子 [mathin] h_{f} [mathin] 是 1.0.

防滑性

在哪里 [mathin] \phi = 0.85 [mathin] 用于超大孔, [mathin] \mu = 0.5 [mathin] 适用于 B 级接合面, [mathin] D_{u} = 1.13 [mathin], [mathin] T_{b} = 64\,kip [mathin] 对于一个 1 在 A490 螺栓中, [mathin] N_{s} = 1 [mathin] 滑移面, 和 2 螺栓线由 3 螺栓排:

[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 基普 / 184.42 基普= 0.598 < 1.0, 行

步 3: 法兰板上的螺栓轴承和撕裂口 (AISC 360-16 J3.10)

每个螺栓都承受在板中孔的一侧. 端部螺栓可朝板端撕出, 和其他人走向他们前面的洞. 在超大孔中,孔尺寸为 [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]

在哪里 [mathin] t_{fp} = 0.5\,in [mathin], [mathin] F_{up} = 65\,ksi [mathin] 和 [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 基普 / 270.56 基普= 0.408 < 1.0, 行

步 4: 柱法兰上的螺栓轴承和撕裂 (AISC 360-16 J3.10)

柱法兰上的相同检查使用标准孔, [mathin] d_{h} = 1.125\,in [mathin], 和 1.56 在 W14x211 的厚法兰中:

[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 基普 / 901.19 基普= 0.122 < 1.0, 行

下柱翼缘为板厚三倍以上, 所以这一边不关心柱子上的轴承.

步 5: 翼缘板块剪 (AISC 360-16 J4.3)

螺栓周围的一块法兰板可能会撕裂: 沿螺栓线剪切至板端, 和板上的张力. 该报告检查了三种模式并选取最低的. 在每个, 净面积的孔尺寸为 [mathin] d_{h} + 1/16\,in [mathin].

L型

沿螺栓线的一个剪切面, 以及从该线到远板边缘的张力:

[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] = (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]

U型

沿两条螺栓线的两个剪切面, 以及他们之间的张力:

[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]

2L型

沿两条螺栓线的两个剪切面, 以及从每条线到其自己的板边缘的张力:

[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 基普 / 171.84 基普= 0.642 < 1.0, 行

2L 模式支配. 宽的 11.5 在量规中,螺栓线之间存在很大的张力区域, 这有助于 L 型和 U 型, 但它只留下一个 1.5 在每行外的条带中. 半孔出来后, 2L块有小于 0.85 in² 净张力面积.

步 6: 柱翼缘块剪 (AISC 360-16 J4.3)

柱翼缘也可以用同样的方法撕下. 它的边缘是法兰尖端, 所以 2L 模式适用: 沿两条螺栓线剪切至柱端, 以及从每个螺栓线到法兰尖端的张力.

[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 基普 / 673.04 基普= 0.164 < 1.0, 行

步 7: 法兰板的拉伸屈服和断裂 (AISC 360-16 J4.1)

法兰板承受接头上的全部法兰力, 因此其总截面不得屈服,并且穿过两个孔的净截面不得破裂.

[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 基普 / 289.45 基普= 0.381 < 1.0, 行

步 8: 柱受拉断裂, 有剪切滞后 (AISC 360-16 D3, J4.1)

法兰力也必须进入立柱. 仅法兰用螺栓固定, 因此报告将一半的柱视为 T 形三通并应用表 D3.1 中的剪切滞后, 案件 2. T 恤的质心是 [mathin] \bar{y} = 1.5842\,in [mathin] 从法兰外侧, 连接长度为 [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 基普 / 979.43 基普= 0.113 < 1.0, 行

三个螺栓排给出 6 连接长度, 所以剪切滞后系数下降到大约 0.74. 深三通上的短连接比长三通上的短连接因剪力滞而损失更多的净面积.

步 9: 螺栓孔处的柱弯曲断裂 (AISC 360-16 F13.1)

受拉翼缘上的螺栓孔会降低柱的抗弯强度. F13.1 比较净法兰的断裂强度和毛法兰的屈服强度来决定它们是否.

[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]

比率 [mathin] F_{y}/F_{u} = 50/65 = 0.76923 [mathin] 不超过 0.8, 所以 [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]

手动计算可用于静定梁 [mathin] F_{u} A_{fn} [mathin] 不小于 [mathin] Y_{t} F_{y} A_{fg} [mathin], 拉伸断裂极限状态不适用, 并且孔不限制弯曲. 柱保持其塑性力矩:

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

该力矩转换为作用在立柱自身杠杆臂上的法兰力, 因此可以与法兰力进行比较:

[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 基普 / 1241.2 基普= 0.089 < 1.0, 行

步 10: 法兰板的抗压强度 (AISC 360-16 J4.4, E3)

在瞬间的压缩侧, 法兰板作为短柱横跨在接头上方和下方最近的螺栓之间. 其压缩需求为 90.293 来自负载分配的 kip 力矩偶, 因为轴向压缩通过轴承.

和 [mathin] K = 1.2 [mathin], [mathin] L_{b} = 3.5\,in [mathin] 和 [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 以上 25, 所以J4.4将板发送到E章. 细长如下 [mathin] 4.71\sqrt{E/F_{y}} = 113.43 [mathin], 所以方程. E3-2适用:

[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 基普 / 306.66 基普= 0.294 < 1.0, 行

屈曲仅需约 6% 在此细长处消除屈服应力. 较薄的板或较长的无支撑长度会花费更多, 因为 r 随着板厚的增加而下降.

步 11: 上柱法兰板拼接

W14x90 使用相同的法兰板和螺栓布局, 所以板检查 (板上的轴承, 板块剪力, 板张力和板压力) 给出与下面一列相同的结果. 三件事发生变化: 柱翼缘较薄 0.71 在, 最小量规降至 4.875 在, 现在有一个填充物.

上柱上的填充物

W14x90 是 1.75 比 W14x211 浅, 因此法兰板与法兰分开,每侧都需要填充物. 该报告使用手动表调整其大小 14-3, 案例 I-A 和 I-C:

[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]

任何厚度大于 1/8 将填充因子降至 0.85, 这需要 15% 关闭防滑性:

[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 基普 / 156.75 基普= 0.704 < 1.0, 行

这是最高的法兰强度校核. 相同的六个螺栓的 DCR 为 0.598 在下栏和 0.704 在上一栏, 唯一的区别是填充因子.

上栏的其他检查

检查一下 关键值 容量 直流电
详细限制 最小规格 4.875 在 (0.424), 柱翼缘边距 1.5 在 (0.833) 1.375 在限制内, 1.5 实际上 0.917
柱法兰上的轴承 [mathin] t_{f,uc} = 0.71\,in,\ l_{c1} = 1.1875\,in,\ l_{c2} = 1.875\,in [mathin] 410.16 基普 0.269
柱翼缘块剪 [mathin] A_{nt} = 1.2869,\ A_{gv} = 11.005,\ A_{nv} = 6.7894\,in^{2} [mathin] 261.32 基普 0.422
柱拉断裂 [mathin] \bar{y} = 1.1356\,in,\ U = 0.81081,\ A = 26.5\,in^{2} [mathin] 457.08 基普 0.241
柱弯曲断裂 [mathin] F_{u}A_{fn} = 559.57 \ge F_{y}A_{fg} = 514.75\,kip,\ M_{n} = 654.17\,kip\text{-}ft [mathin] 531.60 基普 0.208

W14x90法兰相同 14.5 与板一样的宽度, 所以它的边距也是 1.5 在. 立柱法兰有标准孔和 1.25 最低限度, 所以它的比例是 0.833. 法兰板边缘距离仍然控制着细节设计 0.917.

柱翼缘的块剪力是此侧最高的柱检查 0.422. W14x90 上的 2L 张力条仅 1.5 两侧都很宽并且 0.71 在厚.

部分 2: 下柱腹板拼接

步 12: 腹板螺栓的详细限制 (AISC 360-16 J3.3, J3.4, J3.5)

腹板螺栓布局必须满足与翼缘相同的间距和边距规则, 腹板必须足够深以满足最小连接深度但仍适合柱翼缘之间.

详细限制 限制 (在) 实际的 (在) 直流电 结果
最小螺栓排间距 2.667 3.000 0.889 通过
最大螺栓排间距 6.000 3.000 0.500 通过
最小螺栓柱间距 2.667 3.000 0.889 通过
最大螺栓柱间距 6.000 3.000 0.500 通过
腹板最小垂直边距 1.375 1.500 0.917 通过
腹板最小水平边距 1.375 1.500 0.917 通过
最小连接深度 5.000 6.000 0.833 通过
最大连接深度 10.000 6.000 0.600 通过

DCR = 1.375 在 / 1.5 在 = 0.917 < 1.0, 行

两个腹板边缘距离均为 1.5 反对超大孔最小值 1.375 在. 的 6 盘子里正好是 1.5 + 3 + 1.5 在, 所以没有多余的宽度.

步 13: 腹板处的滑动关键螺栓强度 (AISC 360-16 J3.8)

腹板螺栓共同承受剪力和腹板张力, 所以滑动检查使用它们的结果, 150.33 基普. 由于腹板有超大孔,因此螺栓对于滑动至关重要.

下部柱腹板较厚, 所以这一面没有填充物. 使用详图腹板厚度, 7/16 适用于 W14x90 和 1 适用于 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]

在哪里 [mathin] \phi = 0.85 [mathin], [mathin] \mu = 0.5 [mathin], [mathin] D_{u} = 1.13 [mathin], [mathin] T_{b} = 64\,kip [mathin], 和 [mathin] N_{s} = 2 [mathin] 滑移平面,因为腹板的每个面上都有一个腹板:

[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 基普 / 245.89 基普= 0.611 < 1.0, 行

步 14: 腹板上的螺栓轴承 (AISC 360-16 J3.10)

腹板孔同时在两个方向上加载: 通过剪切力穿过柱, 并沿柱通过幅材张力. 轴承和撕裂在每个方向上分别检查,然后合并. 两个板一起工作, 所以厚度是 [mathin] 2t_{wp} = 1.75\,in [mathin], 螺栓组系数为 [mathin] C = 4 [mathin] 因为负载是同心的.

剪切方向

[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 基普 / 537.47 基普= 0.279 < 1.0, 行

轴向方向

腹板上的端部距离也是 1.5 在, 因此净距离和强度与剪切方向相同:

[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 基普 / 537.47 基普= 0.018 < 1.0, 行

相互作用

[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, 行

步 15: 柱腹板上的螺栓轴承 (AISC 360-16 J3.10)

柱腹板有标准孔, [mathin] d_{h} = 1.125\,in [mathin], 并且是 0.98 在 W14x211 上厚.

剪切方向

横过立柱,螺栓两侧均设有腹板, 所以每个螺栓都使用孔之间的净距离, [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 基普 / 429.98 基普= 0.349 < 1.0, 行

轴向方向

沿着柱子, 最靠近柱端的螺栓排朝柱端撕去, 与 [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 基普 / 322.48 基普= 0.031 < 1.0, 行

相互作用

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

DCR = 0.123 < 1.0, 行

步 16: 腹板的块剪 (AISC 360-16 J4.3)

一块腹板可能在剪力或轴向力作用下撕裂. 每个方向都有自己的撕纸图案, 两个比率的组合方式与轴承相同.

剪切载荷

该块沿着外部螺栓排剪切到板边缘,并在拉力作用下穿过螺栓列撕裂到板端:

[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]

对于两个螺栓柱,块体上的拉应力不均匀, 所以 [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 基普 / 237.54 基普= 0.631 < 1.0, 行

轴向载荷

在L型图案中, 块体在拉力作用下穿过螺栓排并从板边缘撕裂, 并沿着一排螺栓剪切到板端:

[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]

在U (或C) 图案, 两排螺栓之间的块被拉出, 沿两行剪切:

[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 基普 / 345.52 基普= 0.029 < 1.0, 行

相互作用

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

DCR = 0.400 < 1.0, 行

几乎所有的 0.400 来自剪切项. 轴向项增加了大约 0.001.

步 17: 柱腹板的块剪 (AISC 360-16 J4.3)

在轴向拉力下, 螺栓周围的一块柱腹板可以从柱端拉出: 两排螺栓之间的拉力, 并沿着两行剪切到列的末端. 这是C模式.

[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 基普 / 242.46 基普= 0.041 < 1.0, 行

步 18: 腹板的剪切屈服和剪切断裂 (AISC 360-16 J4.2)

两个腹板承载完整的 150 接头上的斜切剪切力. 它们的总截面不得因剪切而屈服, 其穿过螺栓孔的净截面不得破裂.

剪切屈服 (情商. 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]

剪切断裂 (情商. 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 基普 / 172.76 基普= 0.868 < 1.0, 行

这是全柱拼接中强度最高的校核. 两个超大的洞 2.625 进出一个 6 在盘子里, 多于 40% 其宽度, 因此净截面断裂远低于剪切屈服. 带有第三排螺栓的更深腹板, 或更厚的板, 直接加上净面积.

步 19: 腹板的张力屈服和断裂 (AISC 360-16 J4.1)

紧张情况下, 腹板承载 9.9423 作为受拉构件,kip 跨接头的腹板力.

[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 基普 / 287.93 基普= 0.035 < 1.0, 行

步 20: 柱腹板受拉断裂, 有剪切滞后 (AISC 360-16 D3, J4.1)

幅材张力也必须进入柱中. 仅用螺栓固定腹板, 因此法兰在承受应力方面滞后, 并使用表 D3.1 中的剪切滞后系数检查整个柱截面, 案件 2. 报告使用 [mathin] \bar{x} = 3.2088\,in [mathin] 对于 W14x211 和剪切滞后系数 [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 基普 / 509.08 基普= 0.020 < 1.0, 行

这里 [mathin] \bar{x} [mathin] 大于 3 连接长度, 所以 [mathin] 1 – \bar{x}/l [mathin] 将会是负数, 该报告使用低 U 代替. DCR 仍仅 0.020.

步 21: 腹板的抗压强度 (AISC 360-16 J4.4)

在压缩下,腹板将充当跨接缝的短柱. 每个板都可以自行弯曲, 所以回转半径为一 7/8 在盘子里. 和 [mathin] K = 1.2 [mathin] 和 [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不大于 25, 所以方程. J4-6适用, 并且板材达到完全屈服而不会屈曲:

[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 基普 / 472.5 基普= 0.000 < 1.0, 行

需求为零,因为所有压缩都通过铣削端部的轴承. 如果接头尚未完成,检查仍然很重要, 因为这样板就会承受压缩.

步 22: 上柱腹板拼接

腹板和螺栓布局与 W14x90 上的相同, 所以板检查 (承载在板上, 板块剪切, 剪板机, 张力和压缩) 给出与下面一列相同的结果. 栏网检查发生变化,因为 W14x90 网仅 0.44 在厚.

薄纸也需要填料. 详细腹板厚度为 1 在和 7/16 在:

[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]

填充物的厚度大于 1/8 在, 所以 [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 基普 / 209 基普= 0.719 < 1.0, 行

检查一下 关键值 容量 直流电
柱腹板上的轴承, 剪力 [mathin] t_{w,uc} = 0.44\,in [mathin] 193.05 基普 0.777
柱腹板上的轴承, 轴向的 [mathin] t_{w,uc} = 0.44\,in [mathin] 144.79 基普 0.069
柱腹板上的轴承, 相互作用 0.608
柱腹板的块剪 [mathin] A_{nt} = 0.7975,\ A_{gv} = 3.96,\ A_{nv} = 2.3925\,in^{2} [mathin] 108.86 基普 0.091
柱腹板拉力断裂 [mathin] \bar{x} = 2.8803\,in,\ U = 0.175,\ A = 26.5\,in^{2} [mathin] 217.16 基普 0.046

薄 W14x90 腹板上的轴承是最高的柱腹板检查, 在 0.777 剪切力. 它的网厚度不到 W14x211 的一半, 承载强度与厚度成正比.

设计检查总结

法兰板拼接

设计检查 需求 容量较低 降低 DCR 上限容量 上 DCR 结果
详细限制 1.375 在 / 1.5 在 0.917 1.375 在 / 1.5 在 0.917 通过
法兰螺栓打滑 110.32 基普 184.416 基普 0.598 156.754 基普 0.704 通过
法兰盘上的轴承 110.32 基普 270.563 基普 0.408 270.563 基普 0.408 通过
柱法兰上的轴承 110.32 基普 901.193 基普 0.122 410.158 基普 0.269 通过
法兰板块剪 110.32 基普 171.844 基普 0.642 171.844 基普 0.642 通过
柱翼缘块剪 110.32 基普 673.043 基普 0.164 261.324 基普 0.422 通过
法兰盘张力 110.32 基普 289.453 基普 0.381 289.453 基普 0.381 通过
柱拉断裂 110.32 基普 979.431 基普 0.113 457.083 基普 0.241 通过
孔处弯曲断裂 110.32 基普 1241.160 基普 0.089 531.603 基普 0.208 通过
法兰盘受压 90.293 基普 306.664 基普 0.294 306.664 基普 0.294 通过

腹板拼接

设计检查 需求 容量较低 降低 DCR 上限容量 上 DCR 结果
详细限制 1.375 在 / 1.5 在 0.917 1.375 在 / 1.5 在 0.917 通过
腹板螺栓组滑移 150.33 基普 245.888 基普 0.611 209.005 基普 0.719 通过
腹板上的轴承, 剪力 150 基普 537.469 基普 0.279 537.469 基普 0.279 通过
腹板上的轴承, 轴向的 9.942 基普 537.469 基普 0.018 537.469 基普 0.018 通过
腹板上的轴承, 相互作用 0.078 0.078 通过
柱腹板上的轴承, 剪力 150 基普 429.975 基普 0.349 193.050 基普 0.777 通过
柱腹板上的轴承, 轴向的 9.942 基普 322.481 基普 0.031 144.787 基普 0.069 通过
柱腹板上的轴承, 相互作用 0.123 0.608 通过
腹板块剪, 剪力 150 基普 237.542 基普 0.631 237.542 基普 0.631 通过
腹板块剪, 轴向的 9.942 基普 345.516 基普 0.029 345.516 基普 0.029 通过
腹板块剪, 相互作用 0.400 0.400 通过
柱腹板的块剪 9.942 基普 242.458 基普 0.041 108.859 基普 0.091 通过
腹板剪 150 基普 172.758 基普 0.868 172.758 基普 0.868 通过
腹板张力 9.942 基普 287.930 基普 0.035 287.930 基普 0.035 通过
柱腹板拉力断裂 9.942 基普 509.081 基普 0.020 217.163 基普 0.046 通过
腹板压缩 0 基普 472.500 基普 0.000 472.500 基普 0.000 通过

柱接头通过了每项检查. 最高比例, 0.917, 正在详细说明: 每块板边距为 1.5 反对 1.375 最小超大孔, 这意味着板接近规范最小值, 没有压力过大. 强度检查, 腹板的剪切断裂控制在 0.868 两侧. 接下来是薄 W14x90 网,位于 0.777, 上腹板螺栓的滑移 0.719 以及上法兰螺栓的滑动 0.704, 最后两个与 0.85 填充因子.

如果检查失败要更改什么

  • 腹板剪切破裂或块剪切: 使腹板更深并添加螺栓排, 或者使用较厚的板材. W14x90 的法兰之间有空间,可容纳更深的板.
  • 上柱腹板上的轴承: 添加螺栓以分散剪切力, 或增加到柱端的端部距离. 的 0.44 在W14x90的网络中是弱侧.
  • 上柱螺栓滑移: 添加螺栓行, 或开发填料,以便充分发挥防滑性能. 填充因子为 0.85 成本 15% 翼缘和腹板上的滑动强度.
  • 法兰板块剪: 这里由 2L 模式决定, 所以螺栓线外侧的边条是薄弱环节. 将螺栓线拉入以加宽它们, 只要仪表保持在最小值以上, 或者使用更厚的板. 添加螺栓排还可以延长剪切面.
  • 边距细节: 板边距离 1/8 高于超大孔最小值. 较窄的规格或较宽的腹板可增加余量.
  • 板压缩: 通过收紧接头附近的螺栓布局来缩短无支撑长度, 或者使用更厚的板来降低 KL/r. 如果关节未完成承受, 板承受所有压力,这种检查通常会控制.
  • 铣削端部的轴承: 如果压缩超过较小柱的承载强度, 多余的进入盘子, 所以首先检查负载分配.

经常问的问题

为什么拼接板不承载 1000 基普压缩?

立柱端部经过铣削并适合承载. AISC 360-16 J1.4 让成品柱接头中的压缩通过直接轴承传递, 而W14x90端部的承载强度远远超过 1000 基普. 板仅承载力矩偶, 剪切力和张力. 他们仍然必须将柱子保持在一条直线上,并抵抗抬升或逆转带来的任何张力, 这就是 J1.4 要求足够的拼接材料以将所有部件固定到位的原因.

柱接头中翼缘板和腹板之间的荷载如何分配?

腹板承受所有剪力. 轴向张力按面积划分: 网络占据了总面积的份额, 这里 9.9423 基普的 50 基普, 其余部分由法兰承担, 各半. 力矩完全传递到法兰作为张力和压力偶. 在此示例中,每个法兰板都带有 110.32 紧张和紧张 90.293 压缩中的 kip.

为什么需要填充物, 为什么它们对螺栓很重要?

W14x90 是 1.75 比 W14x211 浅, 它的网厚度还不到一半, 所以板不能平放在两根柱子上. 填料填充较小色谱柱上的间隙. 填料增加了可以滑动的表面, 所以AISC 360-16 J3.8 降低了防滑性,填充系数为 0.85 当填料的厚度大于 1/8 在. 在此示例中,该系数采用 DCR 中的上柱法兰螺栓 0.598 至 0.704.

为什么拼接螺栓的滑动至关重要?

翼缘板和腹板有超大孔, 这为安装人员提供了对齐两根柱子的空间. AISC 360-16 J3.2 仅在滑动关键连接中允许过大的孔. 当风荷载或地震荷载作用下力矩反转时,防滑螺栓还可防止接头移动.

柱接头应位于何处?

柱接头通常放置在 4 距地板 英尺. 在该高度,安装者可以从地板到达接头, 并且拼接板远离地板上的梁连接.

此示例是否遵循 AISC 第 15 版或 AISC 第 16 版手册?

它遵循 AISC 360-16 和 AISC 手册第 15 版, 这是围绕该规范编写的. AISC 第 16 版手册与后续版本配对 360-22 规范. 条款编号和一些规定, 包括滑动关键螺栓的填充系数, 新版本中发生了变化, 因此,请根据您的项目使用的版本检查参考文献.

对于 AISC ASD 而不是 LRFD 来说,这会如何变化?

极限状态和标称强度相同. 使用 AISC ASD,您可以将服务水平力与标称强度除以安全系数进行比较,而不是乘以阻力系数. 阻力系数为 0.75 成为安全系数 2.00, 0.90 变成 1.67, 和 1.00 变成 1.50. 荷载组合也发生变化, 因此翼缘和腹板力较低.

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参考资料

  • AISC 360-16, 钢结构建筑规范: B4.3b, D3 (表D3.1), E3 (情商. E3-1, E3-2, E3-4), F2.1, F13.1, J1.4, J3.2, J3.3, J3.4 (表J3.4), J3.5 (表 J3.5), J3.8 (情商. J3-4), J3.10 (情商. J3-6a, J3-6c), J4.1 (情商. J4-1, J4-2), J4.2 (情商. J4-3, J4-4), J4.3 (情商. J4-5), J4.4 (情商. J4-6), J7.
  • AISC 钢结构手册, 15第版: 部分 1 截面属性和详细尺寸; 桌子 14-3, 柱接头填料.
  • 使用 AISC 进行钢连接设计 360-16
  • 螺栓 SkyCiv 连接设计
哈罗德穆纳勒姆, SkyCiv 连接设计产品经理

哈罗德穆纳勒姆
产品经理, 连接设计
10+ 从事钢结构连接设计多年
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