Joints in Steel Construction Composite Connections.unlocked.pdf

7/18/2019 Joints in Steel Construction Composite Connections.unlocked.pdf

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P U B L I C A T I O N N U M B E R 2 1 3

J o i n t s i n S t e e l C o n s t r u c t i o n

C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s

P u b l i s h e d b y :

T h e S t e e l C o n s t r u c t i o n I n s t i t u t e

S i l w o o d P a r k

A s c o t

B e r k s 5 L 5 7 Q N

T e l :

0 1 3 4 4 6 2 3 3 4 5

F a x :

0 1 3 4 4 6 2 2 9 4 4

I n a s s o c i a t i o n w i t h :

T h e

B r i t i s h C o n s t r u c t i o n a l S t e e l w o r k A s s o c i a t i o n L i m i t e d

4 W h i t e h a l l C o u r t , W e s t m i n s t e r , L o n d o n S W 1 A 2 E 5



1 9 9 8 T h e S t e e l C o n s t r u c t i o n I n s t i t u t e

A p a r t f r o m a n y f a i r d e a l i n g f o r t h e p u r p o s e s o f r e s e a r c h o r p r i v a t e s t u d y o r c r i t i c i s m o r r e v i e w , a s

p e r m i t t e d u n d e r t h e C o p y r i g h t D e s i g n s a n d P a t e n t s A c t , 1 9 8 8 , t h i s p u b l i c a t i o n m a y n o t

b e

r e p r o d u c e d , s t o r e d o r t r a n s m i t t e d , i n a n y f o r m o r b y a n y m e a n s , w i t h o u t t h e p r i o r p e r m i s s i o n i n

w r i t i n g o f t h e p u b l i s h e r s , o r i n t h e c a s e o f r e p r o g r a p h i c r e p r o d u c t i o n o n l y i n a c c o r d a n c e w i t h t h e

t e r m s o f t h e l i c e n c e s i s s u e d b y t h e U K C o p y r i g h t L i c e n s i n g A g e n c y , o r i n a c c o r d a n c e w i t h t h e t e r m s

o f l i c e n c e s i s s u e d b y t h e a p p r o p r i a t e R e p r o d u c t i o n R i g h t s O r g a n i s a t i o n o u t s i d e t h e U K .

E n q u i r i e s c o n c e r n i n g r e p r o d u c t i o n o u t s i d e t h e t e r m s s t a t e d h e r e s h o u l d b e s e n t t o t h e p u b l i s h e r s , T h e

S t e e l C o n s t r u c t i o n I n s t i t u t e , a t t h e a d d r e s s g i v e n o n t h e t i t l e p a g e .

A l t h o u g h c a r e h a s b e e n t a k e n t o e n s u r e , t o t h e b e s t o f o u r k n o w l e d g e , t h a t a l l d a t a a n d i n f o r m a t i o n

c o n t a i n e d h e r e i n a r e a c c u r a t e t o t h e e x t e n t t h a t t h e y r e l a t e t o e i t h e r m a t t e r s o f f a c t o r a c c e p t e d

p r a c t i c e o r m a t t e r s o f o p i n i o n a t t h e t i m e o f p u b l i c a t i o n , T h e S t e e l C o n s t r u c t i o n I n s t i t u t e , t h e a u t h o r s

a n d t h e r e v i e w e r s a s s u m e n o r e s p o n s i b i l i t y f o r a n y e r r o r s i n o r m i s i n t e r p r e t a t i o n s o f s u c h d a t a a n d / o r

i n f o r m a t i o n o r a n y l o s s o r d a m a g e a r i s i n g f r o m o r r e l a t e d t o t h e i r u s e .

P u b l i c a t i o n s s u p p l i e d t o t h e M e m b e r s o f t h e I n s t i t u t e a t a d i s c o u n t a r e n o t f o r r e s a l e b y t h e m .

P u b l i c a t i o n N u m b e r :

S C l - P - 2 1 3

I S B N 1 8 5 9 4 2 0 8 5 0

B r i t i s h L i b r a r y C a t a l o g u i n g - i n - P u b l i c a t i o n D a t a .

A c a t a l o g u e r e c o r d f o r t h i s b o o k i s a v a i l a b l e f r o m t h e B r i t i s h L i b r a r y .

I I



F O R E W O R D

T h i s p u b l i c a t i o n i s o n e i n a s e r i e s o f b o o k s t h a t c o v e r a r a n g e o f s t r u c t u r a l s t e e l w o r k c o n n e c t i o n s . I t

p r o v i d e s a g u i d e t o t h e d e s i g n o f C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s i n S t e e l w o r k . O t h e r b o o k s i n t h e s e r i e s a r e

J o i n t s i n s i m p l e c o n s t r u c t i o n , V o l u m e s 1 a n d 2 ( s h o r t l y t o b e r e p l a c e d b y J o i n t s i n s t e e l c o n s t r u c t i o n -

S i m p l e C o n n e c t i o n s ) , a n d J o i n t s i n s t e e l c o n s t r u c t i o n - M o m e n t C o n n e c t i o n s .

T h i s g u i d e i n c l u d e s c o m p o s i t e e n d p l a t e c o n n e c t i o n s s u i t a b l e f o r u s e i n s e m i - c o n t i n u o u s b r a c e d f r a m e s .

B o t h b e a m - t o - c o l u m n a n d b e a m - t o - b e a m d e t a i l s a r e c o n s i d e r e d . G u i d a n c e o n f r a m e d e s i g n p r o c e d u r e s

i s a l s o g i v e n .

T h e p u b l i c a t i o n b e g i n s w i t h a l i s t o f ' F u n d a m e n t a l s ' . T h e s e p o i n t s s h o u l d b e c l e a r l y u n d e r s t o o d b y

a n y o n e w i s h i n g t o d e s i g n a f r a m e i n c o r p o r a t i n g c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s .

T h i s p u b l i c a t i o n i s p r o d u c e d b y t h e S C I / B C S A C o n n e c t i o n s G r o u p , w h i c h w a s e s t a b l i s h e d i n 1 9 8 7 t o

b r i n g t o g e t h e r a c a d e m i c s , c o n s u l t a n t s a n d s t e e l w o r k c o n t r a c t o r s t o w o r k o n t h e d e v e l o p m e n t o f

a u t h o r i t a t i v e d e s i g n g u i d e s f o r s t r u c t u r a l s t e e l w o r k c o n n e c t i o n s .

I I I



A C K N O W L E D G E M E N T S

T h i s p u b l i c a t i o n h a s b e e n p r e p a r e d w i t h g u i d a n c e f r o m t h e S C I / B C S A C o n n e c t i o n s G r o u p c o n s i s t i n g

o f t h e f o l l o w i n g m e m b e r s :

D r B i s h w a n a t h B o s e

U n i v e r s i t y o f A b e r t a y , D u n d e e

D a v i d B r o w n


M i k e F e w s t e r

C a u n t o n E n g i n e e r i n g

P e t e r G a n n o n B o l t o n S t r u c t u r e s

D r C r a i g G i b b o n s

O v e A r u p & P a r t n e r s

E d d i e H o l e

B r i t i s h S t e e l T u b e s & P i p e s

A l a s t a i r H u g h e s A r u p A s s o c i a t e s

A b d u l M a l i k


D r D a v i d M o o r e *

B u i l d i n g R e s e a r c h E s t a b l i s h m e n t

P r o f D a v i d N e t h e r c o t

U n i v e r s i t y o f N o t t i n g h a m

D r G r a h a m O w e n s T h e S t e e l C o n s t r u c t i o n I n s t i t u t e ( C h a i r m a n )

A l a n P i l l i n g e r *

B i s o n S t r u c t u r e s

A l a n R a t h b o n e *

C S C ( U K ) L t d

J o h n R u s h t o n * P e t e r B r e t t A s s o c i a t e s

C o h n S m a r t

B r i t i s h S t e e l S e c t i o n s , P l a t e s & C o m m e r c i a l S t e e l s

P h i l W i l l i a m s

T h e B r i t i s h C o n s t r u c t i o n a l S t e e l w o r k A s s o c i a t i o n L t d

* E d i t o r i a l c o m m i t t e e , i n a s s o c i a t i o n w i t h :

P r o f D a v i d A n d e r s o n U n i v e r s i t y o f W a r w i c k

D r G r a h a m C o u c h m a n T h e S t e e l C o n s t r u c t i o n I n s t i t u t e

D r M a r k L a w s o n T h e S t e e l C o n s t r u c t i o n I n s t i t u t e

J i m M a t h y s W a t e r m a n P a r t n e r s h i p

A n d r e w W a y


V a l u a b l e c o m m e n t s w e r e a l s o r e c e i v e d f r o m :

A l a s d a i r B e a l

T h o m a s o n P a r t n e r s h i p

D a v i d C u n l i f f e R o w e n S t r u c t u r e s L t d

V i c t o r G i r a r d i e r


J a s o n H e n s m a n

U n i v e r s i t y o f N o t t i n g h a m

D r T h o m a s L i

O v e A r u p & P a r t n e r s

J o h n M o r r i s o n

B u r o H a p p o l d

T h e b o o k w a s c o m p i l e d b y G r a h a m C o u c h m a n a n d A n d r e w W a y .

S p o n s o r s h i p w a s r e c e i v e d f r o m t h e D e p a r t m e n t o f t h e E n v i r o n m e n t , T r a n s p o r t a n d t h e R e g i o n s ,

B r i t i s h S t e e l p l c a n d t h e S t e e l C o n s t r u c t i o n I n d u s t r y F e d e r a t i o n ( S C I F ) .

i v



C O N T E N T S

P a g e N o .

A C K N O W L E D G E M E N T S

i i i

F O R E W O R D

i v

F U N D A M E N T A L S

1

1

I N T R O D U C T I O N

3

1 . 1

A B O U T T H I S D E S I G N G U I D E

3

1 . 2

S C O P E

3

1 . 3

B E N E F I T S

4

1 . 4

F R A M E L A Y O U T

4

1 . 5

F R A M E D E S I G N M E T H O D S

7

1 . 6

C O N N E C T I O N C H A R A C T E R I S T I C S

8

1 . 7

E X C H A N G E O F I N F O R M A T I O N

9

1 . 8

M A J O R S Y M B O L S

1 1

2

C O N N E C T I O N D E S I G N

1 3

2 . 1

D E S I G N P H I L O S O P H Y

1 3

2 . 2

T E N S I O N C O M P O N E N T S

1 4

2 . 3

C O M P R E S S I O N C O M P O N E N T S

1 5

2 . 4

C O L U M N W E B P A N E L

1 6

2 . 5

V E R T I C A L S H E A R C O M P O N E N T S

1 6

2 . 6

S T R U C T U R A L I N T E G R I T Y

1 6

3

F R A M E D E S I G N

1 7

3 . 1


1 7

3 . 2

U L T I M A T E L I M I T S T A T E

1 7

3 . 3

S E R V I C E A B I L I T Y L I M I T S T A T E

2 2

4

" S T E P B Y S T E P " D E S I G N P R O C E D U R E S

2 3

4 . 1


2 3

4 . 2

B E A M - T O - C O L U M N C O N N E C T I O N S

2 3

4 . 3

B E A M - T O - B E A M C O N N E C T I O N S

6 0

5

C O N N E C T I O N D E T A I L I N G

6 5

5 . 1


6 5

5 . 2

B E A M - T O - B E A M C O N N E C T I O N S

6 6

R E F E R E N C E S

6 9

A P P E N D I X A

W o r k e d E x a m p l e 7 1

A P P E N D I X B

D e s i g n T a b l e s f o r S t a n d a r d C o m p o s i t e ' P l a s t i c ' C o n n e c t i o n s

8 3

B . 1


8 3

B . 2

C A P A C I T Y T A B L E S

8 5

B . 3

D E T A I L I N G T A B L E S

9 8

V



v i



F U N D A M E N T A L S

D e s i g n e r s s h o u l d e n s u r e t h a t t h e y h a v e a g o o d

u n d e r s t a n d i n g o f t h e f o l l o w i n g ' F u n d a m e n t a l s ' b e f o r e

s t a r t i n g t o d e s i g n c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s u s i n g t h i s

g u i d e .

I n o r d e r t o k e e p d e s i g n p r o c e d u r e s s i m p l e , a n u m b e r

o f i s s u e s ( e . g . c o n n e c t i o n r o t a t i o n c a p a c i t y ) a r e n o t

c h e c k e d e x p l i c i t l y . I n s o m e c a s e s d e t a i l i n g l i m i t a t i o n s

a r e g i v e n i n p r e f e r e n c e t o c o m p l i c a t e d c h e c k s i n o r d e r

t o e n s u r e t h a t c o n n e c t i o n b e h a v i o u r i s a p p r o p r i a t e .

A g o o d u n d e r s t a n d i n g o f t h e s e ' F u n d a m e n t a l s ' w i l l

h e l p a p r a c t i s i n g e n g i n e e r t o a p p r e c i a t e s o m e o f t h e

b a c k g r o u n d t o t h e s e r e q u i r e m e n t s , w i t h o u t a n e e d t o

e m p l o y o v e r l y c o m p l i c a t e d c h e c k s .

M e c h a n i c s o f c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s

C o m p o s i t e c o n n e c t i o n s r e s i s t m o m e n t b y g e n e r a t i n g

a c o u p l e b e t w e e n t h e i r t e n s i o n a n d c o m p r e s s i o n

c o m p o n e n t s . T h e m e c h a n i c s a r e e s s e n t i a l l y t h e s a m e

a s t h o s e f o r b a r e s t e e l m o m e n t c o n n e c t i o n s , w i t h t h e

s l a b r e i n f o r c e m e n t a c t i n g l i k e a n a d d i t i o n a l r o w o f

b o l t s i n a n e x t e n d e d e n d p l a t e . I n o r d e r t o a c h i e v e

t h e i r f u l l p o t e n t i a l , t h e r e i n f o r c i n g b a r s m u s t b e

p r o p e r l y a n c h o r e d , a n d b e c a p a b l e o f a c c o m m o d a t i n g

s i g n i f i c a n t s t r a i n b e f o r e f r a c t u r e .

I t m a y b e a s s u m e d t h a t t h e l o w e r b e a m f l a n g e c a n

s u s t a i n a s t r e s s o f 1 . 4 p i n c o m p r e s s i o n w h e n i t i s

a s s u m e d t o a c t a l o n e . W h e n p a r t o f t h e b e a m w e b

i s a l s o a s s u m e d t o b e s u b j e c t t o c o m p r e s s i o n , t h e

l i m i t i n g s t r e s s s h o u l d b e r e d u c e d t o

1 . 2 p .

C o m p r e s s i o n o f t e n e x t e n d s i n t o t h e b e a m w e b i n

c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s a s a r e s u l t o f h i g h t e n s i l e

f o r c e s i n t h e r e i n f o r c e m e n t . A f u r t h e r c o n s e q u e n c e

o f t h e s e h i g h f o r c e s i s t h a t c o l u m n c o m p r e s s i o n

s t i f f e n e r s a r e o f t e n r e q u i r e d .

D e t a i l i n g

C o n s i d e r a b l e c a r e i s n e e d e d w h e n d e t a i l i n g c o m p o s i t e

c o n n e c t i o n s t o e n s u r e t h a t c o m p o n e n t s a r e s u b j e c t e d

t o s u f f i c i e n t d e f o r m a t i o n t o a l l o w t h e m t o g e n e r a t e

t h e i r f u l l p o t e n t i a l r e s i s t a n c e , w h i l s t a t t h e s a m e t i m e

e n s u r i n g t h a t t h e y a r e n o t o v e r - s t r a i n e d t o t h e p o i n t

o f p r e m a t u r e f a i l u r e .

D e t a i l i n g r u l e s g i v e n i n t h i s g u i d e e n s u r e t h a t t h e f u l l

p o t e n t i a l r e s i t a n c e o f b o l t r o w s t h a t a r e t o o n e a r t h e

n e u t r a l a x i s i s n o t c o n s i d e r e d i n t h e c a l c u l a t i o n o f

m o m e n t c a p a c i t y . S i m i l a r l y , t o e n s u r e t h a t s u f f i c i e n t

s t r a i n t a k e s p l a c e t o y i e l d t h e r e i n f o r c e m e n t ,

c o m p r e s s i o n m u s t b e l i m i t e d t o t h e l o w e r h a l f o f

t h e s t e e l b e a m . T o p r e v e n t p r e m a t u r e f a i l u r e o f

t h e r e i n f o r c e m e n t ( d u e t o e x c e s s i v e s t r a i n )

a d v e r s e l y a f f e c t i n g t h e c o n n e c t i o n ' s r o t a t i o n

c a p a c i t y , i t i s a l s o e s s e n t i a l t h a t r e i n f o r c i n g b a r s

a r e n o t l o c a t e d t o o f a r f r o m t h e n e u t r a l a x i s .

D e t a i l i n g r u l e s a r e g i v e n f o r t w o b a s i c t y p e s o f

c o n n e c t i o n . L e s s o n e r o u s r u l e s , i n t e r m s o f t h e

m i n i m u m a r e a o f r e i n f o r c e m e n t r e q u i r e d , l e a d t o

w h a t m a y b e d e s c r i b e d a s ' c o m p a c t ' c o n n e c t i o n s .

L i k e ' c o m p a c t ' b e a m s , t h e s e c o n n e c t i o n s c a n

d e v e l o p a m o m e n t c a p a c i t y t h a t i s b a s e d o n a

s t r e s s b l o c k m o d e l ( a n a l o g o u s t o M f o r a b e a m ) ,

b u t h a v e i n s u f f i c i e n t r o t a t i o n c a p a c i t y t o f o r m a

p l a s t i c h i n g e . M o r e o n e r o u s l i m i t a t i o n s a r e n e e d e d

f o r ' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n s , w h i c h a r e c a p a b l e o f

f o r m i n g a p l a s t i c h i n g e .

N o n - d u c t i l e f a i l u r e m o d e s m u s t n o t g o v e r n t h e

m o m e n t c a p a c i t y o f ' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n s . T h e s e

i n c l u d e :

.

c o l u m n a n d b e a m w e b t e n s i o n f a i l u r e

.

c o l u m n w e b b u c k l i n g o r b e a r i n g f a i l u r e i n

c o m p r e s s i o n .

N o n - d u c t i l e f a i l u r e m o d e s m u s t b e a v o i d e d e i t h e r

b y

l o c a l

s t i f f e n i n g / s t r e n g t h e n i n g ,

o r b y

m o d i f i c a t i o n o f c o m p o n e n t c h o i c e .

A l l c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s d e t a i l e d i n a c c o r d a n c e

w i t h t h i s g u i d e w i l l b e ' p a r t i a l s t r e n g t h ' , i . e . t h e i r

m o m e n t c a p a c i t y w i l l b e l e s s t h a n t h a t i n h o g g i n g

o f t h e b e a m t o w h i c h t h e y a r e a t t a c h e d .

A l l c o n n e c t i o n s d e t a i l e d i n a c c o r d a n c e w i t h t h i s

g u i d e w i l l b e ' r i g i d ' i n t h e i r c o m p o s i t e s t a t e .

M a t e r i a l s

T h e p r o p e r t i e s o f t h e r e i n f o r c e m e n t u s e d i n a

c o m p o s i t e c o n n e c t i o n , i n p a r t i c u l a r t h e e l o n g a t i o n

t h a t t h e r e i n f o r c e m e n t c a n u n d e r g o b e f o r e f a i l u r e ,

a r e o f v i t a l i m p o r t a n c e b e c a u s e t h e y h a v e a n

o v e r r i d i n g i n f l u e n c e o n t h e r o t a t i o n c a p a c i t y o f t h e

c o n n e c t i o n . D e s i g n e r s s h o u l d n o t e t h e f o l l o w i n g

p o i n t s i n r e l a t i o n t o r e i n f o r c e m e n t d u c t i l i t y :

T h e c o n t r i b u t i o n o f a n y m e s h t o t h e m o m e n t

c a p a c i t y o f t h e c o n n e c t i o n s h o u l d b e

i g n o r e d , a s m e s h m a y f r a c t u r e b e f o r e t h e

1




c o n n e c t i o n h a s u n d e r g o n e s u f f i c i e n t r o t a t i o n a t

t h e u l t i m a t e l i m i t s t a t e . S t r u c t u r a l r e i n f o r c e m e n t

s h o u l d c o m p r i s e 1 6 m m o r 2 0 m m d i a m e t r s .

.

R e i n f o r c i n g b a r s c u r r e n t l y p r o d u c e d i n t h e U K a r e

o f t e n c o n s i d e r a b l y m o r e d u c t i l e t h a n t h o s e

s p e c i f i e d i n e i t h e r B S 4 4 4 9 o r B S E N 1 0 0 8 0 .

D e t a i l i n g r u l e s a r e t h e r e f o r e g i v e n f o r t w o c a s e s ;

b a r s t h a t j u s t m e e t t h e c o d e r e q u i r e m e n t s

( i d e n t i f i e d a s b a r s t h a t a r e c a p a b l e o f 5 % t o t a l

e l o n g a t i o n a t m a x i m u m f o r c e - s e e S e c t i o n 4 . 2

S t e p

1 A f o r e x a c t d e f i n i t i o n s o f c o d e

r e q u i r e m e n t s ) , a n d b a r s t h a t h a v e t w i c e t h i s

e l o n g a t i o n c a p a c i t y ( 1 0 % ) . W h e n t h e d e s i g n e r

h a s a s s u m e d t h a t b a r s c a n a c h i e v e 1 0 %

e l o n g a t i o n , h e m u s t m a k e t h i s n o n - s t a n d a r d

c o n d i t i o n c l e a r i n t h e c o n t r a c t d o c u m e n t s . B a r s

w i t h n o n - s t a n d a r d p e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s

s h o u l d b e i d e n t i f i e d w i t h a n X ( i . e . X l 6 o r X 2 0 )

t o i n d i c a t e t h a t s p e c i f i c r e q u i r e m e n t s a r e g i v e n i n

t h e c o n t r a c t d o c u m e n t s .

S t e e l w o r k d e t a i l i n g m u s t a l s o e n s u r e t h a t a d e q u a t e

r o t a t i o n c a n t a k e p l a c e . T o a c h i e v e t h i s , r o t a t i o n

s h o u l d b e p r i m a r i l y t h e r e s u l t o f e n d p l a t e o r c o l u m n

f l a n g e b e n d i n g , r a t h e r t h a n b y e l o n g a t i o n o f t h e b o l t s

o r d e f o r m a t i o n o f t h e w e l d s , a s t h e s e c o m p o n e n t s

g e n e r a l l y f a i l i n a b r i t t l e m a n n e r . E n d p l a t e s s h o u l d

a l w a y s b e g r a d e 5 2 7 5 , r e g a r d l e s s o f t h e b e a m g r a d e .

F r a m e d e s i g n

R e c o m m e n d e d f r a m e d e s i g n p r o c e d u r e s , c o n s i d e r i n g

b o t h t h e u l t i m a t e ( U L S ) a n d s e r v i c e a b i l i t y ( S L S ) l i m i t

s t a t e s , a r e g i v e n i n t h i s p u b l i c a t i o n . B e a m d e s i g n a t

t h e U L S a s s u m e s t h a t p l a s t i c h i n g e s f o r m i n t h e

c o n n e c t i o n s a t t h e b e a m e n d s . T h e m e t h o d i s

t h e r e f o r e o n l y a p p l i c a b l e w h e n ' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n s

a r e u s e d . I n a d d i t i o n , t h e f o l l o w i n g l i m i t a t i o n s m u s t

b e i m p o s e d t o e n s u r e t h a t t h e r e q u i r e d b e a m e n d

r o t a t i o n s a r e n o t e x c e s s i v e :

.

a m i n i m u m r e q u i r e d c o n n e c t i o n s t r e n g t h ( 3 0 %

r e l a t i v e t o t h e b e a m i n s a g g i n g ) ,

.

a l o w e r b o u n d o n t h e b e a m s p a n t o d e p t h r a t i o ,

.

a r e d u c t i o n f a c t o r o n t h e s a g g i n g m o m e n t

c a p a c i t y o f t h e c o m p o s i t e b e a m . A l t h o u g h i n

t h e o r y t h i s r e d u c t i o n f a c t o r v a r i e s a s a f u n c t i o n

o f s e v e r a l p a r a m e t e r s , i n c l u d i n g t h e b e a m g r a d e

a n d l o a d a r r a n g e m e n t , a v a l u e o f 0 . 8 5 m a y b e

u s e d f o r a l l c a s e s . T h e r e d u c t i o n f a c t o r i s

n e c e s s a r y t o l i m i t t h e a m o u n t o f p l a s t i f i c a t i o n

t h a t t a k e s p l a c e i n t h e b e a m , a n d t h e r e b y

s u b s t a n t i a l l y

r e d u c e

t h e e n d

r o t a t i o n

r e q u i r e m e n t s .

2

I m p l i c a t i o n s o f p r o p p i n g t h e b e a m s d u r i n g

c o n s t r u c t i o n a r e f a r r e a c h i n g , a n d c o n s i d e r e d a t

s o m e l e n g t h . N o t o n l y w i l l d e a d l o a d d e f l e c t i o n s

c l e a r l y b e a f f e c t e d , b u t t h e r e w i l l a l s o b e a n

i n f l u e n c e o n t h e m o m e n t s t h a t a r e a p p l i e d t o t h e

c o l u m n s , a n d t h e l e v e l s o f r o t a t i o n r e q u i r e d f r o m

t h e c o n n e c t i o n s . T h e i m p l i c a t i o n s o f p r o p p i n g c a n

e v e n a f f e c t t h e b a s i c c h o i c e o f f r a m e l a y o u t a n d

c o n n e c t i o n t y p e s . T h e d e s i g n e r m u s t t h e r e f o r e

c l e a r l y c o m m u n i c a t e h i s r e q u i r e m e n t s f o r p r o p p i n g

t o a l l p a r t i e s c o n c e r n e d .



1


1 . 1

A B O U T T H I S D E S I G N G U I D E

C o m p o s i t e c o n s t r u c t i o n h a s a c h i e v e d d o m i n a n c e i n

t h e U K b e c a u s e o f i t s o v e r a l l e c o n o m y o f u s e o f

m a t e r i a l s , a n d e a s e o f c o n s t r u c t i o n r e l a t i v e t o

a l t e r n a t i v e r e i n f o r c e d c o n c r e t e a n d s t e e l o p t i o n s .

A t t e n t i o n h a s n o w t u r n e d t o f u r t h e r i m p r o v i n g t h e

e c o n o m y o f c o m p o s i t e c o n s t r u c t i o n b y t a k i n g

a d v a n t a g e o f t h e p e r f o r m a n c e o f t h e c o n n e c t i o n s i n

t h e a n a l y s i s a n d d e s i g n o f t h e f r a m e . E v e n r e l a t i v e l y

s i m p l e n o n - c o m p o s i t e d e t a i l s c a n a c h i e v e a

r e a s o n a b l e d e g r e e o f s t i f f n e s s a n d s t r e n g t h w h e n

c o m p o s i t e a c t i o n i s p r e s e n t . T h i s i s n o t o n l y d u e t o

t h e c o n t i n u i t y o f r e i n f o r c e m e n t i n t h e s l a b , b u t i s a l s o

t h e r e s u l t o f o t h e r l e s s q u a n t i f i a b l e e f f e c t s , s u c h a s

m e m b r a n e a c t i o n i n t h e f l o o r p l a t e .

T h i s p u b l i c a t i o n c o n s i d e r s c o n n e c t i o n s i n f r a m e s

w h e r e t h e s t e e l b e a m s a c t c o m p o s i t e l y w i t h c o n c r e t e

f l o o r s l a b s , a n d w h e r e s o m e o f t h e c o n n e c t i o n s a r e

a l s o d e s i g n e d t o a c t c o m p o s i t e l y . T h e s t r u c t u r a l

i n t e r a c t i o n o f t h e b e a m s a n d s l a b s a l l o w s s m a l l e r

b e a m s t o b e u s e d i n a f r a m e o f g i v e n s t i f f n e s s a n d

s t r e n g t h . S h e a r c o n n e c t o r s p r o v i d e t h e m e a n s o f

e n h a n c i n g m o m e n t c a p a c i t y a n d s t i f f n e s s b y

t r a n s f e r r i n g l o n g i t u d i n a l s h e a r b e t w e e n t h e s t e e l

b e a m s a n d c o n c r e t e . I n a d d i t i o n t o t h e b e a m s , t h e

f l o o r s l a b s t h e m s e l v e s a r e o f t e n c o m p o s i t e ,

c o m p r i s i n g p r o f i l e d s t e e l d e c k i n g a n d i n - s i t u c o n c r e t e .

H o w e v e r , m o s t o f t h e b e a m - t o - c o l u m n a n d b e a m - t o -

b e a m c o n n e c t i o n s i n c o m p o s i t e f r a m e s a r e c u r r e n t l y

n o n - c o m p o s i t e a n d t r e a t e d a s ' s i m p l e ' . T h e i r a b i l i t y

t o r e s i s t m o m e n t i s n o t e x p l o i t e d , m a i n l y b e c a u s e o f

a l a c k o f a p p r o p r i a t e d e s i g n g u i d a n c e f o r c o m p o s i t e

c o n n e c t i o n s .

P r o c e d u r e s f o r t h e d e s i g n o f m o m e n t r e s i s t i n g

c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s , a n d g u i d a n c e o n t h e l a y o u t

a n d d e s i g n o f b r a c e d s e m i - c o n t i n u o u s f r a m e s

i n c o r p o r a t i n g c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s , a r e g i v e n i n t h i s

p u b l i c a t i o n . T y p i c a l c o m p o s i t e c o n n e c t i o n d e t a i l s a r e

s h o w n i n F i g u r e 1 . 1 . R e i n f o r c e m e n t c o m p r i s e s 1 6 o r

2 0 m m b a r s l o c a l t o t h e c o l u m n .

C o m p o s i t e

i n t e r a c t i o n b e t w e e n t h e s t e e l c o m p o n e n t s a n d t h e

r e i n f o r c e m e n t , v i a t h e c o n c r e t e s l a b , e n a b l e s t h e

c o n n e c t i o n t o r e s i s t m o m e n t b y f o r m i n g a c o u p l e

b e t w e e n t h e r e i n f o r c e m e n t i n t e n s i o n a n d s t e e l b e a m

i n c o m p r e s s i o n .

T h e m o s t c o s t e f f e c t i v e c o m p o s i t e c o n s t r u c t i o n w i l l

o f t e n a r i s e w h e n c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s a r e u s e d i n

c o n j u n c t i o n w i t h m o m e n t r e s i s t i n g n o n - c o m p o s i t e

c o n n e c t i o n s i n a p p r o p r i a t e l o c a t i o n s . F o r m a x i m u m

e c o n o m y , t h e d e s i g n e r s h o u l d a l s o c o n s i d e r t h e u s e

o f s o m e ' s i m p l e ' s t e e l d e t a i l s ,

f o r e x a m p l e

c o n n e c t i o n s t o p e r i m e t e r c o l u m n s i n o r d e r t o p r e v e n t

t h e t r a n s f e r o f s u b s t a n t i a l m o m e n t s .

D e s i g n p r o c e d u r e s f o r b a r e s t e e l c o n n e c t i o n s a r e n o t

i n c l u d e d i n t h i s p u b l i c a t i o n . T h e d e s i g n e r s h o u l d r e f e r

t o o t h e r b o o k s i n t h e B C S A / S C I ' G r e e n B o o k ' s e r i e s

f o r i n f o r m a t i o n c o n c e r n i n g b a r e s t e e l d e t a i l & 1 ' 2 ' 3 ' 4 .

1 . 2

S C O P E

T h i s p u b l i c a t i o n c o v e r s t h e f o l l o w i n g t y p e s o f

c o n n e c t i o n s :

S

c o m p o s i t e , u s i n g f l u s h e n d p l a t e s f o r b e a m - t o -

c o l u m n c o n n e c t i o n s

.

c o m p o s i t e , u s i n g p a r t i a l d e p t h e n d p l a t e s f o r

b e a m - t o - b e a m c o n n e c t i o n s

.

s u i t a b l e f o r u s e i n b r a c e d f r a m e s o n l y

.

r i g i d

3

( a ) b e a m - t o - c o l u m n

( b ) b e a m - t o - b e a m

F i g u r e 1 . 1

T y p i c a l c o m p o s i t e c o n n e c t i o n




.

e i t h e r ' c o m p a c t ' - s o t h a t t h e i r m o m e n t c a p a c i t y

c a n b e c a l c u l a t e d u s i n g p l a s t i c s t r e s s b l o c k s

.

o r ' p l a s t i c ' - i n a d d i t i o n , t h e y h a v e s u f f i c i e n t

r o t a t i o n c a p a c i t y t o b e j u s t i f i a b l y m o d e l l e d a s

p l a s t i c h i n g e s .

A r a n g e o f s t a n d a r d c o n n e c t i o n s i s i n c l u d e d , a l l o f

w h i c h a r e ' p l a s t i c ' , a n d w h i c h a r e t h e r e f o r e s u i t a b l e

f o r i n c l u s i o n i n a f r a m e t h a t i s a n a l y s e d u s i n g p l a s t i c

m e t h o d s . S t e e l w o r k d e t a i l i n g f o r t h e s e c o n n e c t i o n s

i s b a s e d o n t h e s t a n d a r d w i n d - m o m e n t c o n n e c t i o n s

p r e s e n t e d i n R e f e r e n c e 4 .

T h e s t a n d a r d c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s h a v e a l l b e e n

d e t a i l e d s o t h a t t h e c o n n e c t i o n m o m e n t c a p a c i t y i s

l e s s t h a n t h a t o f t h e b e a m ( i n h o g g i n g ) . T h i s m a k e s

a l l t h e s t a n d a r d c o n n e c t i o n s p a r t i a l s t r e n g t h . T h i s i s

a n e c e s s a r y r e q u i r e m e n t w h e n p l a s t i c f r a m e a n a l y s i s

i s a d o p t e d a n d t h e b e a m s a r e a n y t h i n g o t h e r t h a n

C l a s s 1 ( p l a s t i c ) i n h o g g i n g , b e c a u s e t h e p l a s t i c

h i n g e s f o r m i n t h e w e a k e r c o n n e c t i o n s r a t h e r t h a n

t h e a d j a c e n t b e a m s .

B e c a u s e p l a s t i c m o d e l s a r e u s e d t o c a l c u l a t e t h e

m o m e n t c a p a c i t y , b e a m f l a n g e s m u s t b e e i t h e r C l a s s

1 o r 2 , a n d w e b s C l a s s 1 , 2 o r 3 . C l a s s 3 w e b s m a y

b e t r e a t e d a s e f f e c t i v e C l a s s

A l t h o u g h t h e p u b l i c a t i o n i s e s s e n t i a l l y a c o m p o s i t e

c o n n e c t i o n d e s i g n g u i d e , i t i n c l u d e s g u i d a n c e o n

c h o i c e o f f r a m e t o p o l o g y a n d f r a m e d e s i g n

p r o c e d u r e s .

1 . 3 B E N E F I T S

T h e u s e o f c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s i n b r a c e d f r a m e s

c a n r e s u l t i n :

•

r e d u c e d b e a m d e p t h s , w h i c h m a y b e i m p o r t a n t

f o r t h e i n t e g r a t i o n o f b u i l d i n g s e r v i c e s , r e d u c t i o n

i n o v e r a l l b u i l d i n g h e i g h t , r e d u c t i o n i n c l a d d i n g

c o s t s e t c .

•

r e d u c e d b e a m w e i g h t s

•

i m p r o v e d s e r v i c e a b i l i t y p e r f o r m a n c e

g r e a t e r r o b u s t n e s s , a s a r e s u l t o f i m p r o v e d

c o n t i n u i t y b e t w e e n f r a m e m e m b e r s ( s e e

S e c t i o n 2 . 6 )

•

c o n t r o l o f c r a c k i n g i n f l o o r s l a b s o n c o l u m n l i n e s

( d u e

t o

t h e ,

p r e s e n c e

o f

s u b s t a n t i a l

r e i n f o r c e m e n t ) .

F o r a s e m i - c o n t i n u o u s c o m p o s i t e f r a m e , t h a t i s o n e

i n w h i c h t h e c o n n e c t i o n s a r e p a r t i a l s t r e n g t h , t h e

4

w e i g h t a n d d e p t h s a v i n g s o n i n d i v i d u a l b e a m s m a y b e

u p t o 2 5 % . O v e r a l l f r a m e s a v i n g s i n w e i g h t a n d

d e p t h w i l l v a r y c o n s i d e r a b l y d e p e n d i n g o n t h e e x t e n t

t o w h i c h a n o p t i m a l f r a m i n g a r r a n g e m e n t c a n b e

a d o p t e d . G u i d a n c e o n f r a m i n g a r r a n g e m e n t s w h i c h

e x p l o i t t h e b e n e f i t s o f c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s i s g i v e n

i n S e c t i o n 1 . 4 .

F o r m a x i m u m c o s t s a v i n g s i t i s e s s e n t i a l t o b a s e t h e

c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s o n s t e e l d e t a i l s t h a t a r e n o t

s i g n i f i c a n t l y m o r e c o m p l i c a t e d t h a n t h o s e t r a d i t i o n a l l y

c o n s i d e r e d t o b e ' s i m p l e ' . C o l u m n t e n s i o n s t i f f e n e r s

n o t o n l y i n c r e a s e f a b r i c a t i o n c o s t s , b u t m a y a l s o

c o m p l i c a t e t h e p o s i t i o n i n g o f o t h e r i n c o m i n g b e a m s .

T h e y s h o u l d t h e r e f o r e b e a v o i d e d w h e r e p o s s i b l e .

A l t h o u g h c o l u m n c o m p r e s s i o n s t i f f e n e r s a l s o i n c r e a s e

f a b r i c a t i o n c o s t s a n d s h o u l d p r e f e r a b l y b e a v o i d e d ,

t h e y a r e l e s s o f a p r o b l e m i f t h e o r t h o g o n a l b e a m s

a r e s u f f i c i e n t l y s h a l l o w t o a v o i d a c l a s h .

C o m p r e s s i o n s t i f f e n e r s a r e o f t e n u n a v o i d a b l e i n

c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s t h a t a d o p t a s u b s t a n t i a l a r e a

o f r e i n f o r c e m e n t . I n s o m e s i t u a t i o n s i n c r e a s i n g t h e

c o l u m n s i z e m a y b e m o r e c o s t e f f e c t i v e t h a n l o c a l

s t i f f e n i n g .

1 . 4

F R A M E L A Y O U T

T h e e x t e n t t o w h i c h a b e n e f i c i a l f r a m i n g l a y o u t c a n

b e a d o p t e d w i l l h a v e a m a j o r i n f l u e n c e o n w h e t h e r

t h e u s e o f c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s i s e c o n o m i c a l .

G e n e r a l p r i n c i p l e s t h a t s h o u l d b e c o n s i d e r e d w h e n

p l a n n i n g t h e l a y o u t o f b e a m s a n d o r i e n t a t i o n o f

c o l u m n s a r e g i v e n i n t h i s S e c t i o n .

1 . 4 . 1 U n p r o p p e d c o n s t r u c t i o n

B e a m d e s i g n c r i t e r i a

B e a m s i z e m a y b e g o v e r n e d b y a n y o f t h e f o l l o w i n g

f a c t o r s :

•

t h e s t r e n g t h o f t h e b a r e s t e e l b e a m d u r i n g

c o n s t r u c t i o n

•

t h e s t i f f n e s s o f t h e b a r e s t e e l b e a m d u r i n g

c o n s t r u c t i o n

•

t h e s t r e n g t h o f t h e c o m p o s i t e b e a m i n i t s f i n a l

s t a t e

•

t h e s t i f f n e s s o f t h e c o m p o s i t e b e a m i n i t s f i n a l

s t a t e .

T h e s e c o n d o f t h e s e i s o n l y r e l e v a n t i f d e a d l o a d

d e f l e c t i o n s n e e d t o b e c o n t r o l l e d ( f o r e x a m p l e t o

p r e v e n t e x c e s s p o n d i n g o f t h e c o n c r e t e d u r i n g

c a s t i n g ) a n d p r e - c a m b e r i n g o f t h e s t e e l b e a m i s n o t

a v i a b l e o p t i o n .



I n t r o d u c t i o n

S t i f f n e s s c o n s i d e r a t i o n s a r e m o s t l i k e l y t o b e c r i t i c a l

f o r b e a m s t h a t a r e m a d e f r o m h i g h e r g r a d e s t e e l

( 5 3 5 5 ) a n d t h a t a r e s u b j e c t t o U D L o r m u l t i p l e p o i n t

l o a d s . S t i f f n e s s i n f l u e n c e s b o t h d e f l e c t i o n s a n d

r e s p o n s e t o d y n a m i c l o a d i n g .

C h o i c e o f c o n n e c t i o n s

B e a m s t h a t a r e g o v e r n e d b y s t r e n g t h c o n s i d e r a t i o n s

n e e d s t r o n g ( m o m e n t r e s i s t i n g ) c o n n e c t i o n s t o r e d u c e

t h e s a g g i n g m o m e n t t h a t m u s t b e r e s i s t e d b y t h e

b e a m . T h i s a p p l i e s t o e i t h e r t h e b a r e s t e e l b e a m

( w i t h s t e e l c o n n e c t i o n s ) d u r i n g c o n s t r u c t i o n , o r t h e

c o m p o s i t e b e a m ( w i t h c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s ) i n i t s

f i n a l s t a t e .

B e a m s t h a t a r e g o v e r n e d b y s t i f f n e s s c o n s i d e r a t i o n s

n e e d s t i f f c o n n e c t i o n s t o p r o v i d e r o t a t i o n a l r e s t r a i n t

a t t h e b e a m e n d s . T h i s c o u l d b e i n e i t h e r t h e i n i t i a l

b a r e s t e e l o r f i n a l c o m p o s i t e s t a t e . I n t h e a b s e n c e o f

s t i f f b a r e s t e e l c o n n e c t i o n s , p r e - c a m b e r i n g c a n b e

u s e d t o r e d u c e d e a d l o a d d e f l e c t i o n s o f u n p r o p p e d

b e a m s d u r i n g c o n s t r u c t i o n .

T h e f o l l o w i n g g u i d e l i n e s s h o u l d a l s o b e c o n s i d e r e d

w h e n c h o o s i n g t h e c o n n e c t i o n s :

.

T h e u s e o f b o t h m a j o r a n d m i n o r a x i s c o m p o s i t e

c o n n e c t i o n s t o a g i v e n c o l u m n m a y r e s u l t i n

p r o b l e m s a c c o m m o d a t i n g

t h e

n e c e s s a r y

r e i n f o r c e m e n t i n a l i m i t e d t h i c k n e s s o f s l a b . I t i s

g e n e r a l l y r e c o m m e n d e d t h a t t h e c o n n e c t i o n s t o

o n e o f t h e a x e s s h o u l d b e n o n - c o m p o s i t e .

.

I t i s r e c o m m e n d e d t h a t c o n n e c t i o n s t o p e r i m e t e r

c o l u m n s s h o u l d b e n o n - c o m p o s i t e , t o a v o i d

p r o b l e m s a n c h o r i n g o r l o c a t i n g t h e r e i n f o r c e m e n t .

S

B e a m - t o - b e a m c o n n e c t i o n s b a s e d o n p a r t i a l

d e p t h e n d p l a t e s t e e l d e t a i l s o f f e r l i m i t e d

s t i f f n e s s a t t h e c o n s t r u c t i o n s t a g e . I f d e a d l o a d

d e f l e c t i o n s o f s e c o n d a r y b e a m s a r e t o b e

c o n t r o l l e d , p i e - c a m b e r i n g m a y b e t h e o n l y

p o s s i b l e o p t i o n ( i n t h e a b s e n c e o f p r o p p i n g ) .

s i d e d ' c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s ,

t h e s t e e l w o r k t o t h e c o l u m n w e b

c o m m o n n e e d f o r l o c a l c o l u m n

T y p i c a l f r a m i n g s o l u t i o n s

T w o f r a m i n g s o l u t i o n s t h a t c a p i t a l i s e o n t h e

p r i n c i p l e s o u t l i n e d a b o v e , a n d a v o i d t h e n e e d f o r

p r o p p i n g , a r e s h o w n i n F i g u r e s 1 . 2 a n d 1 . 3 .

S c h e m a t i c c o n n e c t i o n d e t a i l s , a n d r e f e r e n c e s t o

w h e r e a p p r o p r i a t e d e s i g n g u i d a n c e m a y b e f o u n d , a r e

s h o w n o n e a c h F i g u r e . T h e s e d e t a i l s a r e i n c l u d e d t o

i l l u s t r a t e t h e r e q u i r e d c o n n e c t i o n c h a r a c t e r i s t i c s a t

v a r i o u s f r a m e l o c a t i o n s , f o r e x a m p l e n o n - c o m p o s i t e

a n d ' s i m p l e ' , o r c o m p o s i t e a n d m o m e n t r e s i s t i n g .

T h e t y p e s o f d e t a i l s h o w n w i l l n o t b e a p p r o p r i a t e i n

a l l s i t u a t i o n s , f o r e x a m p l e f l e x i b l e e n d p l a t e s m a y

n e e d t o b e u s e d f o r ' s i m p l e ' c o n n e c t i o n s , r a t h e r t h a n

f i n p l a t e s , w h e n b e a m s h a v e a l i m i t e d w e b a r e a .

T h e f o l l o w i n g p o i n t s e x p l a i n t h e c h o i c e o f l a y o u t

s h o w n i n F i g u r e 1 . 2 .

.

T h e u s e o f m o m e n t r e s i s t i n g c o m p o s i t e

c o n n e c t i o n s ( t y p e 2 ) o n t h e b e a m s C ( w h i c h a r e

g o v e r n e d b y s t r e n g t h c o n s i d e r a t i o n s ) a l l o w s t h e

s a g g i n g m o m e n t r e q u i r e m e n t s o n t h e c o m p o s i t e

b e a m s i n t h e f i n a l s t a t e t o b e r e d u c e d .

.

T h e u s e o f m o m e n t r e s i s t i n g n o n - c o m p o s i t e

c o n n e c t i o n s ( t y p e 1 ) o n t h e b e a m s A ( w h i c h a r e

g o v e r n e d b y s t i f f n e s s c o n s i d e r a t i o n s ) a l l o w s t h e

d e a d l o a d d e f l e c t i o n s t o b e r e d u c e d , w i t h o u t t h e

n e e d f o r p r e - c a m b e r i n g . I t a l s o a v o i d s a c l a s h

w i t h t h e o r t h o g o n a l c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s a t

t h e i n t e r n a l c o l u m n s .

.

T h e t y p e 3 n o n - c o m p o s i t e c o n n e c t i o n d e t a i l s

h a v e b e e n c h o s e n a t t h e p e r i m e t e r e n d s o f

b e a m s C t o f a c i l i t a t e e r e c t i o n , a n d t o a v o i d t h e

c o m p l e x i t i e s o f p r o d u c i n g m o m e n t r e s i s t i n g n o n -

c o m p o s i t e d e t a i l s t o t h e w e b s o f p e r i m e t e r

c o l u m n s .

.

T h e t y p e 4 n o n - c o m p o s i t e c o n n e c t i o n a t t h e

p e r i m e t e r e n d o f b e a m B i s c h o s e n f o r e a s e o f

e r e c t i o n , a n d b e c a u s e t h e t o r s i o n a l l y w e a k

p e r i m e t e r b e a m o f f e r s n o m o m e n t r e s i s t a n c e

c a p a b i l i t y .

.

T h e t y p e 5 c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s c a n b e u s e d

a t o n e e n d o f b e a m s B t o r e d u c e s a g g i n g

m o m e n t s a n d i m p o s e d l o a d d e f l e c t i o n s i n t h e

f i n a l s t a t e . D e a d l o a d d e f l e c t i o n o f t h e s e b e a m s

w i l l n o r m a l l y o n l y b e r e d u c e d i f p r e - c a m b e r i n g i s

a d o p t e d , b e c a u s e o f d i f f i c u l t i e s i n a c h i e v i n g s t i f f

b a r e s t e e l b e a m - t o - b e a m c o n n e c t i o n s d u r i n g

c o n s t r u c t i o n . T y p e 5 c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s w i l l

b e d i f f i c u l t t o a c h i e v e s h o u l d t h e s e c o n d a r y

b e a m s ( B ) n o t b e s h a l l o w e r t h a n t h e p r i m a r i e s

( C ) . T h i s w i l l d e p e n d o n t h e r e l a t i v e s p a n s . P r e -

c a m b e r i n g w o u l d t h e r e f o r e b e c o m e m o r e

a t t r a c t i v e a s t h e s p a n o f t h e m a r k B b e a m s

i n c r e a s e d .

F i g u r e 1 . 3 s h o w s a n o t h e r p o t e n t i a l f r a m i n g s o l u t i o n ,

f o r w h i c h t h e l o n g s p a n b e a m s w i l l b e d e e p e r / h e a v i e r

t h a n w o u l d b e t h e c a s e f o r a n a r r a n g e m e n t a s s h o w n

i n F i g u r e 1 . 2 .

F o r ' t w o

c o n n e c t i n g

a v o i d s t h e


5




C

( 3

_ _ _ _ -

@ N o n - c o m p o s i t e

M o m e n t r e s i s t i n g

R e f e r e n c e 4 , S e c t i o n 2 . 8

C o m p o s i t e


S e c t i o n 4 . 2

N o n - c o m p o s i t e

N o m i n a l p i n


® N o n - c o m p o s i t e

N o m i n a l p i n


® C o m p o s i t e


S e c t i o n 4 . 3

F i g u r e 1 . 2 T y p i c a l f l o o r b e a m l a y o u t - f o r s p a n s u p t o a p p r o x i m a t e l y 1 2 m

i t m a y b e p o s s i b l e t o a c h i e v e b e a m s o f s i m i l a r d e p t h . ( N u m b e r s

r e p r e s e n t c o n n e c t i o n t y p e s . A , B a n d C a r e b e a m s )

®

®

®

B

C

-

-

I -

A ®

®

®

( 2

p

F i g u r e 1 . 3 A l t e r n a t i v e f l o o r b e a m l a y o u t - s e r v i c e s m a y b e l o c a t e d b e n e a t h

s h o r t s p a n b e a m s . ( N u m b e r s r e p r e s e n t c o n n e c t i o n t y p e s . A , B

a n d C a r e b e a m s ) .

6

r n !

r n .

r

1 - -

' L

( 3

B

1

A

( 3

.

® I ® I

r n

: D N o n - c o m p o s i t e

C o m p o s i t e




S e c t i o n 4 . 2

N o n - c o m p o s i t e

® N o n - c o m p o s i t e

N o m i n a l p i n

N o m i n a l p i n





I n t r o d u c t i o n

.

T h e u s e o f m o m e n t r e s i s t i n g c o n n e c t i o n s , e i t h e r

c o m p o s i t e ( t y p e 3 ) o r n o n - c o m p o s i t e ( t y p e 1 )

a l l o w s t h e s i z e o f t h e l o n g s p a n b e a m s A t o b e

r e d u c e d .

.

T h e d e p t h o f t h e s h o r t s p a n b e a m s B a n d C w i l l

b e s i g n i f i c a n t l y l e s s t h a n t h a t o f t h e l o n g s p a n

m e m b e r s , s o t h e r e w i l l b e n o p e n a l t y i n t e r m s o f

o v e r a l l d e p t h o f t h e s t e e l m e m b e r s i f t h e

d e s i g n e r a d o p t s i n e x p e n s i v e ' s i m p l e ' c o n n e c t i o n s

f o r t h e s e b e a m s .

.

I t m a y b e p o s s i b l e t o r u n s e r v i c e s b e n e a t h t h e

s e c o n d a r y b e a m s , w i t h i n t h e d e p t h o f t h e l o n g

s p a n p r i m a r i e s .

T h e e c o n o m i c s o f t h i s t y p e o f s o l u t i o n w i l l d e p e n d o n

t h e r e l a t i v e s p a n s , b u t i t w i l l n o r m a l l y b e l e s s

e f f i c i e n t t h a n a l a y o u t o f t h e t y p e s h o w n i n

F i g u r e 1 . 2 .

1 . 4 . 2 P r o p p e d c o n s t r u c t i o n

I f p r o p p i n g i s a c c e p t a b l e ( r e c o g n i s i n g t h a t t h e r e m a y

b e i m p l i c a t i o n s i n t e r m s o f b o t h t h e w o r k p r o g r a m m e

a n d c o s t s ) , o r t h e r e i s n o n e e d t o c o n t r o l d e a d l o a d

d e f l e c t i o n s , t h e m o s t e c o n o m i c f r a m e l a y o u t s m a y

d i f f e r f r o m t h o s e s h o w n i n F i g u r e s 1 . 2 a n d 1 . 3 .

C o m p o s i t e c o n n e c t i o n s s h o u l d b e u s e d i n t h e m o s t

b e n e f i c i a l l o c a t i o n s , e i t h e r t o r e d u c e s a g g i n g

m o m e n t s , o r t o r e d u c e i m p o s e d l o a d d e f l e c t i o n s .

T h e s e i m p r o v e m e n t s a r e p o s s i b l e b e c a u s e o f t h e

s t r e n g t h a n d

s t i f f n e s s o f t h e c o n n e c t i o n s

r e s p e c t i v e l y .

T h e m o s t a p p r o p r i a t e c o n n e c t i o n

c h o i c e s w i l l d e p e n d o n t h e r e l a t i v e s p a n s , a n d t h e

c o l u m n o r i e n t a t i o n s w i l l b e i n f l u e n c e d b y t h e

c o n n e c t i o n c h o i c e .

1 . 5

F R A M E D E S I G N M E T H O D S

I t i s e s s e n t i a l , a n d i n d e e d a r e q u i r e m e n t o f B S 5 9 5 0 :

P a r t 1 ( 6 ) ) , t h a t c o n n e c t i o n b e h a v i o u r i s c o m p a t i b l e

w i t h t h e a s s u m p t i o n s m a d e i n t h e d e s i g n o f a f r a m e .

T h e c o n n e c t i o n c h a r a c t e r i s t i c s d e t e r m i n e w h e t h e r t h e

f r a m e i s :

S

S i m p l e - t h e s m a l l m o m e n t c a p a c i t y a n d s t i f f n e s s

t h a t t h e c o n n e c t i o n s p o s s e s s a r e n e g l e c t e d i n

t h e f r a m e a n a l y s i s , a n d t h e c o n n e c t i o n s a r e

t r e a t e d a s ' p i n n e d ' .

S e m i - c o n t i n u o u s - t h e m o m e n t c a p a c i t y o f t h e

c o n n e c t i o n s i s a l l o w e d f o r i n a p l a s t i c g l o b a l

a n a l y s i o f t h e f r a m e .

A l t e r n a t i v e l y , t h e i r

s t i f f n e s s i s a l l o w e d f o r i n a n e l a s t i c a n a l y s i s .

B o t h c o n n e c t i o n s t i f f n e s s a n d s t r e n g t h a r e

c o n s i d e r e d i n a n e l a s t i c - p l a s t i c a n a l y s i s o f a

s e m i - c o n t i n u o u s f r a m e .

.

C o n t i n u o u s - t h e c o n n e c t i o n s a r e d e s i g n e d t o

r e s i s t m o m e n t s a n d f o r c e s p r e d i c t e d b y a n

e l a s t i c o r p l a s t i c g l o b a l a n a l y s i s , a s s u m i n g t h a t

t h e y e i t h e r b e h a v e r i g i d l y ( e l a s t i c a n a l y s i s ) o r a r e

' f u l l s t r e n g t h ' ( p l a s t i c a n a l y s i s ) , t o p r o v i d e f u l l

c o n t i n u i t y b e t w e e n t h e f r a m e m e m b e r s . R i g i d ,

f u l l s t r e n g t h b e h a v i o u r i s a s s u m e d i n a n e l a s t i c -

p l a s t i c a n a l y s i s o f a c o n t i n u o u s f r a m e .

G l o b a l a n a l y s i s - U L S

I n a s e m i - c o n t i n u o u s f r a m e t h e m o m e n t s a n d f o r c e s

a t t h e U L S m a y b e d e t e r m i n e d b y e i t h e r e l a s t i c o r

p l a s t i c g l o b a l a n a l y s i s . F a c t o r s t h a t i n f l u e n c e t h e

c h o i c e o f a n a l y s i s m e t h o d a r e :

.

t h e t y p e o f c o n n e c t i o n s u s e d

.

t h e c l a s s i f i c a t i o n o f t h e b e a m c r o s s - s e c t i o n s

( n o t i n g d i f f e r e n c e s b e t w e e n h o g g i n g a n d

s a g g i n g ) .

E l a s t i c f r a m e a n a l y s i s r e l i e s o n t h e a s s u m p t i o n t h a t

e a c h m a t e r i a l b e i n g m o d e l l e d b e h a v e s i n a l i n e a r -

e l a s t i c m a n n e r . A n a p p r o p r i a t e v a l u e o f e l a s t i c

m o d u l u s m u s t b e u s e d , s o t h a t m e m b e r s t i f f n e s s c a n

b e c a l c u l a t e d . W h e n c o n n e c t i o n s a r e s e m i - r i g i d , t h e i r

s t i f f n e s s m u s t a l s o b e i n c o r p o r a t e d i n t h e a n a l y s i s .

P r o c e d u r e s a r e g i v e n i n E C 3 A n n e x j ( 7 ) f o r b a r e s t e e l

c o n n e c t i o n s , a n d t h e C O S T C l d o c u m e n t 8 t h a t w i l l

f o r m t h e b a s i s f o r t h e E C 4 A n n e x f o r c o m p o s i t e

c o n n e c t i o n s , f o r c a l c u l a t i n g s t i f f n e s s .

R i g i d - p l a s t i c a n a l y s i s c o n s i d e r s t h e r e s i s t a n c e o f

m e m b e r s a n d c o n n e c t i o n s r a t h e r t h a n t h e i r s t i f f n e s s .

T h i s a v o i d s t h e n e e d t o p r e d i c t c o n n e c t i o n s t i f f n e s s .

C o n n e c t i o n s t r e n g t h , i . e . m o m e n t r e s i s t a n c e , c a n b e

p r e d i c t e d m o r e a c c u r a t e l y t h a n s t i f f n e s s u s i n g c u r r e n t

m e t h o d s . A r i g i d - p l a s t i c a n a l y s i s a s s u m e s t h a t

p l a s t i c h i n g e s f o r m a t c e r t a i n p o i n t s i n t h e f r a m e .

T h i s a s s u m p t i o n i s o n l y v a l i d w h e n t h e p o i n t s a t

w h i c h h i n g e s m a y f o r m , i n c l u d i n g t h e c o n n e c t i o n s ,

h a v e s u f f i c i e n t c a p a c i t y t o r o t a t e w i t h o u t l o s s o f

s t r e n g t h .

A t h i r d p o s s i b i l i t y i s t o c o m b i n e s t i f f n e s s a n d

s t r e n g t h c o n s i d e r a t i o n s i n a n e l a s t i c - p l a s t i c a n a l y s i s .

S o f t w a r e m a y b e u s e d t o p e r f o r m t h i s t y p e o f

a n a l y s i s , a l l o w i n g f o r t h e c o n n e c t i o n c h a r a c t e r i s t i c s .

A l t h o u g h s u c h s o f t w a r e i s n o t c o m m o n i n d e s i g n

o f f i c e s , i t i s u s e d f o r c e r t a i n t y p e s o f s t r u c t u r e , s u c h

a s p o r t a l f r a m e s .

T h e a u t h o r s r e c o m m e n d t h e u s e o f r i g i d - p l a s t i c

a n a l y s i s f o r h a n d c a l c u l a t i o n s , u s i n g c o n n e c t i o n s t h a t

7




h a v e a c o n f i g u r a t i o n w h i c h i s k n o w n t o b e

s u f f i c i e n t l y d u c t i l e . B e c a u s e t h e p l a s t i c h i n g e s f o r m

i n t h e p a r t i a l s t r e n g t h c o n n e c t i o n s , t h e b e a m a n a l y s i s .

i s d i v o r c e d f r o m c o l u m n c o n s i d e r a t i o n s .

T a b l e 1 . 1 s u m m a r i s e s t h e c h a r a c t e r i s t i c s t h a t a r e

n e e d e d f o r c o n n e c t i o n s i n f r a m e s d e s i g n e d u s i n g t h e

v a r i o u s m e t h o d s c u r r e n t l y a v a i l a b l e . T h e m e t h o d

r e c o m m e n d e d i n t h i s p u b l i c a t i o n ( a n d e x p l a i n e d i n

d e t a i l i n S e c t i o n 3 ) i s s h a d e d i n t h e t a b l e .

G l o b a l a n a l y s i s - S L S

E l a s t i c a n a l y s i s s h o u l d b e u s e d t o p r e d i c t f r a m e

b e h a v i o u r u n d e r s e r v i c e a b i l i t y l o a d i n g . B e c a u s e a l l

c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s c o m p l y i n g w i t h t h i s g u i d e

m a y b e a s s u m e d t o b e ' r i g i d ' , t h e y m a y b e m o d e l l e d

a s f u l l y c o n t i n u o u s j o i n t s b e t w e e n f r a m e m e m b e r s

o n c e c o m p o s i t e a c t i o n i s a c h i e v e d .

C o n n e c t i o n s w i l l b e c o n s i d e r a b l y m o r e f l e x i b l e d u r i n g

c o n s t r u c t i o n , a n d t h i s m a y i n f l u e n c e s o m e a s p e c t s o f

f r a m e b e h a v i o u r .

T a b l e I . I G e n e r a l m e t h o d s o f U L S d e s i g n

D E S I G N

C O N N E C T I O N S

C O M M E N T S

T y p e o f F r a m i n g

G l o b a l

.

A n a l y s i s

.

P r o p e r t i e s

S i m p l e

P i n J o i n t s

N o m i n a l l y P i n n e d

E c o n o m i c m e t h o d f o r b r a c e d m u l t i - s t o r e y f r a m e s .

C o n n e c t i o n d e s i g n i s f o r s h e a r s t r e n g t h o n l y ( p l u s r o b u s t n e s s

r e q u i r e m e n t s ) .

.

C o n t i n u o u s

( N o t e

1 )

E l a s t i c

R i g i d

C o n v e n t i o n a l e l a s t i c a n a l y s i s .

P l a s t i c

F u l l S t r e n g t h

P l a s t i c h i n g e s f o r m i n t h e a d j a c e n t m e m b e r , n o t i n t h e

c o n n e c t i o n s . P o p u l a r f o r p o r t a l f r a m e d e s i g n s .

l a s t i c -

P l a s t i c

F u l l S t r e n g t h a n d

R i g i d

. .

. .

C o n n e c t i o n s a r e m o d e l l e d a s r o t a t i o n a l s p r i n g s . P r e d i c t i o n o f

1 E l a s t i c

S e m i - R i g i d

. .

. .

H

c o n n e c t i o n s t i f f n e s s m a y p r e s e n t d i f f i c u l t i e s .

P 1 1

P a r t i a l S t r e n g t h

W i n d - m o m e n t d e s i g n i s a v a r i a n t o f t h i s m e t h o d ( f o r

S e m i - C o n t i n u o u s

a s i c

a n d D u c t i l e

u n b r a c e d f r a m e s ) .

( N o t e

2 )

. .

. . .

. .

F u l l c o n n e c t i o n p r o p e r t i e s a r e m o d e l l e d i n t h e a n a l y s i s .

E l a s t i c -

P a r t i a l S t r e n g t h

.

.

.

. .

C u r r e n t l y m o r e o f a r e s e a r c h t o o l t h a n a p r a c t i c a l d e s i g n

P l a s t i c

a n d / o r S e m i - R i g i d

m e t h o d f o r m o s t f r a m e s .

N o t e

1 B S 5 9 5 0 : P a r t 1 r e f e r s t o t h e s e d e s i g n m e t h o d s a s R i g i d a n d S e m i - R i g i d r e s p e c t i v e l y .

N o t e 2 S h a d i n g i n d i c a t e s t h e d e s i g n m e t h o d c o n s i d e r e d i n S e c t i o n 3 o f t h i s d o c u m e n t .

1 . 6 C O N N E C T I O N C H A R A C T E R I S T I C S

I t s h o u l d n o t b e a s s u m e d t h a t a m o m e n t c o n n e c t i o n ,

b e i t c o m p o s i t e o r n o t , i s a d e q u a t e s i m p l y b e c a u s e i t

i s c a p a b l e o f r e s i s t i n g t h e b e n d i n g m o m e n t , s h e a r

a n d a x i a l f o r c e s p r e d i c t e d b y a f r a m e a n a l y s i s . I t i s

a l s o n e c e s s a r y t o c o n s i d e r e i t h e r t h e r o t a t i o n a l

s t i f f n e s s o r t h e r o t a t i o n c a p a c i t y ( d u c t i l i t y ) o f t h e

c o n n e c t i o n , d e p e n d i n g o n t h e t y p e o f a n a l y s i s

a d o p t e d .

T h e c h a r a c t e r i s t i c s o f a c o n n e c t i o n c a n b e s t b e

u n d e r s t o o d b y c o n s i d e r i n g i t s r o t a t i o n u n d e r l o a d .

R o t a t i o n i s t h e c h a n g e i n a n g l e ( ) t h a t t a k e s p l a c e a t

t h e c o n n e c t i o n , a s s h o w n i n F i g u r e 1 . 4 . T h e t h r e e

8

i m p o r t a n t c o n n e c t i o n c h a r a c t e r i s t i c s a r e i l l u s t r a t e d i n

F i g u r e 1 . 5 . T h e s e t h r e e c h a r a c t e r i s t i c s a r e :

. M o m e n t C a p a c i t y

T h e c o n n e c t i o n m a y b e e i t h e r f u l l

s t r e n g t h o r

p a r t i a l

s t r e n g t h ( r e l a t i v e

t o t h e r e s i s t a n c e o f t h e

c o m p o s i t e b e a m i n h o g g i n g ) , o r n o m i n a l l y

p i n n e d

( h a v i n g

n e g l i g i b l e m o m e n t r e s i s t a n c e ) .

S

R o t a t i o n a l S t i f f n e s s

T h e c o n n e c t i o n m a y b e r i g i d ,

s e m i - r i g i d o r

n o m i n a l l y

p i n n e d ( h a v i n g

n e g l i g i b l e r o t a t i o n a l

s t i f f n e s s ) .



I n t r o d u c t / o n

R o t a t i o n C a p a c i t y

C o n n e c t i o n s m a y n e e d t o b e d u c t i l e .

T h i s

c h a r a c t e r i s t i c i s l e s s f a m i l i a r t h a n s t r e n g t h o r

s t i f f n e s s t o m o s t d e s i g n e r s , a n d i s n e c e s s a r y

w h e n a c o n n e c t i o n n e e d s t o r o t a t e p l a s t i c a l l y

d u r i n g t h e l o a d i n g c y c l e . C o n s i d e r a b l e c o n n e c t i o n

d u c t i l i t y m a y b e n e e d e d i f a f r a m e i s t o b e

a n a l y s e d p l a s t i c a l l y .

j

F u l l s t r e n g t h

P a r t i a l s t r e n g t h

R i g i d , p a r t i a l s t r e n g t h ,

d u c t i l e c o n n e c t i o n

r e s p o n s e

a r r a n g e m e n t a n d w h e t h e r t h e f r a m e i s b r a c e d o r

u n b r a c e d .

I n t h i s g u i d e a s e t o f s i m p l e r u l e - o f - t h u m b g u i d e l i n e s

i s p r e s e n t e d t o e n s u r e t h a t t h e f r a m e d e s i g n

a s s u m p t i o n s a r e n o t i n v a l i d a t e d b y t h e u s e o f

i n a p p r o p r i a t e c o n n e c t i o n s . T h e d e s i g n e r h a s n o n e e d

t o c o n s i d e r e x p l i c i t l y e i t h e r c o n n e c t i o n s t i f f n e s s o r

c o n n e c t i o n d u c t i l i t y .

A n y c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s a t i s f y i n g t h e d e t a i l i n g

r u l e s g i v e n i n t h i s g u i d e ( s e e S e c t i o n s 4 a n d 5 ) m a y

b e a s s u m e d t o b e r i g i d o n c e c o n c r e t e d .

E l a s t i c

m e t h o d s m a y t h e r e f o r e b e u s e d f o r f r a m e a n a l y s i s i n

t h e f i n a l s t a t e , w i t h n o n e e d f o r t h e d e s i g n e r t o

d e t e r m i n e t h e e x a c t v a l u e o f c o m p o s i t e c o n n e c t i o n

s t i f f n e s s .

T h e r o t a t i o n c a p a c i t y o f a c o m p o s i t e c o n n e c t i o n m a y

b e l e s s t h a n t h a t o f t h e s t e e l d e t a i l a l o n e . O n e

r e a s o n f o r t h i s i s t h a t r e i n f o r c i n g s t e e l i s g e n e r a l l y

a b l e t o u n d e r g o l e s s e l o n g a t i o n b e f o r e f r a c t u r e t h a n

t y p i c a l s t r u c t u r a l s t e e l . T h e d e t a i l i n g r e q u i r e m e n t s

g i v e n i n t h i s g u i d e e n s u r e t h a t , i n t e r m s o f d u c t i l i t y ,

a l l c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s w i l l f a l l i n t o o n e o f t w o

c a t e g o r i e s :

S

' c o m p a c t ' c o n n e c t i o n s a r e s u f f i c i e n t l y d u c t i l e t o

e n s u r e t h a t a s t r e s s b l o c k m o d e l c a n b e u s e d t o

p r e d i c t t h e m o m e n t r e s i s t a n c e

.

' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n s h a v e s u f f i c i e n t a d d i t i o n a l

d u c t i l i t y t o e n s u r e t h a t t h e y c a n b e h a v e a s a

p l a s t i c h i n g e .

D e t a i l i n g r e q u i r e m e n t s ( p a r t i c u l a r l y c o n c e r n i n g a

m i n i m u m a r e a o f r e i n f o r c e m e n t ) a r e m o r e o n e r o u s f o r

' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n s .

T h e s t a n d a r d c o n n e c t i o n s p r e s e n t e d i n S e c t i o n 6 a r e

' p l a s t i c ' , a n d m a y b e u s e d a s s u c h i n e i t h e r p r o p p e d

o r u n p r o p p e d b r a c e d f r a m e s a n a l y s e d u s i n g p l a s t i c

m e t h o d s .

F i g u r e 1 . 5 C l a s s i f i c a t i o n o f c o n n e c t i o n s

F i g u r e 1 . 5 s h o w s b o u n d a r i e s b e t w e e n r i g i d / s e m i -

r i g i d ,

f u l l

s t r e n g t h / p a r t i a l

s t r e n g t h ,

a n d

n o n - d u c t i l e / d u c t i l e , i n a d d i t i o n t o a t y p i c a l c o m p o s i t e

c o n n e c t i o n r e s p o n s e . T h e t y p i c a l c u r v e i n d i c a t e s t h a t

c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s a r e n o r m a l l y d u c t i l e , r i g i d , a n d

p a r t i a l s t r e n g t h .

A l t h o u g h E u r o c o d e 4 ( E C 4 ) w i l l p r e s e n t a m e t h o d f o r

c a l c u l a t i n g t h e s t i f f n e s s o f a c o m p o s i t e e n d p l a t e

c o n n e c t i o n b a s e d o n t h e a p p r o a c h o f E C 3 , t h i s c a n

b e a t o r t u o u s p r o c e s s . A s s e s s i n g a c o n n e c t i o n ' s

r o t a t i o n c a p a c i t y i s a l s o d i f f i c u l t , a n d t h e r o t a t i o n

r e q u i r e d d e p e n d s o n p a r a m e t e r s s u c h a s t h e l o a d i n g

1 . 7

E X C H A N G E O F I N F O R M A T I O N

T h e d e s i g n o f a s t e e l f r a m e i s o f t e n u n d e r t a k e n i n

t w o d i s t i n c t s t a g e s , w i t h t h e f r a m e m e m b e r s

d e s i g n e d b y o n e e n g i n e e r / o r g a n i s a t i o n , a n d t h e

c o n n e c t i o n s d e s i g n e d b y a n o t h e r . T h i s m e t h o d o f

w o r k i n g m a y b e i n a p p r o p r i a t e w h e n c o m p o s i t e

c o n n e c t i o n s a r e u s e d , b e c a u s e o f i n t e r d e p e n d e n c e o f

m e m b e r a n d c o n n e c t i o n r e s i s t a n c e s , a n d b e c a u s e o f

t h e i n t e r a c t i o n b e t w e e n s t e e l a n d c o n c r e t e

c o m p o n e n t s .

9

F i g u r e 1 . 4 R o t a t i o n o f a c o m p o s i t e c o n n e c t i o n

M

N o n d u c t i l e

D u c t i l e

M

R i g i d

/ "

S e m i - r i g i d




I t w i l l o f t e n b e p r u d e n t f o r t h e d e s i g n e r o f t h e

m e m b e r s i n a s e m i - c o n t i n u o u s f r a m e t o u n d e r t a k e t h e

c o m p o s i t e c o n n e c t i o n d e s i g n , o r a t l e a s t t o s p e c i f y

' i n d u s t r y s t a n d a r d ' d e t a i l s . I n t e g r a t i n g m e m b e r a n d

c o n n e c t i o n d e s i g n i s p a r t i c u l a r l y i m p o r t a n t f o r

c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s , b e c a u s e o f t h e i n t e r a c t i o n

b e t w e e n t h e s t e e l w o r k c o m p o n e n t s a n d t h e l o c a l s l a b

r e i n f o r c e m e n t .

C a r e m u s t b e t a k e n t o e n s u r e t h a t r e q u i r e m e n t s f o r

a n y c o n n e c t i o n s n o t d e s i g n e d b y t h e m e m b e r

d e s i g n e r a r e c l e a r l y d e f i n e d i n t h e c o n t r a c t

d o c u m e n t s a n d o n t h e d e s i g n d r a w i n g s . C o n n e c t i o n s

t h a t h a v e b e e n c h o s e n t o b e c o m p o s i t e s h o u l d b e

c l e a r l y i d e n t i f i e d . T h e N a t i o n a l S t r u c t u r a l S t e e l w o r k

S p e c i f i c a t i o n f o r B u i l d i n g C o n s t r u c t i o n 9 g i v e s

a p p r o p r i a t e g u i d a n c e o n t h e t r a n s f e r o f i n f o r m a t i o n .

I n a d d i t i o n t o t h e e x c h a n g e o f i n f o r m a t i o n a t t h e

d e s i g n s t a g e , t h e u s e o f c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s

s h o u l d b e n o t e d i n t h e b u i l d i n g o w n e r ' s m a n u a l f o r

f u t u r e r e f e r e n c e . T h e i r p r e s e n c e m a y i n f l u e n c e f u t u r e

m o d i f i c a t i o n s a n d d e m o l i t i o n o f t h e b u i l d i n g .

1 0



I n t r o d u c t / o n

1 . 8

M A J O R S Y M B O L S

N o t e : O t h e r s y m b o l s e m p l o y e d i n p a r t i c u l a r S e c t i o n s a r e d e s c r i b e d w h e r e u s e d .

B

W i d t h o f s e c t i o n ( s u b s c r i p t b o r c r e f e r s t o b e a m o r c o l u m n )

b

W i d t h o f p l a t e

C

C o m p r e s s i o n f o r c e

D

D e p t h o f s e c t i o n ( s u b s c r i p t b o r c r e f e r s t o b e a m o r c o l u m n )

d

D e p t h o f w e b b e t w e e n f i l l e t s o r d i a m e t e r o f b o l t

d

D e p t h o f s l a b a b o v e d e c k i n g

e

E n d d i s t a n c e

F

F o r c e ( s u b s c r i p t i n d i c a t e s w h e t h e r i n r e i n f o r c e m e n t , b o l t e t c )

f

C u b e s t r e n g t h o f c o n c r e t e

f

Y i e l d s t r e n g t h o f r e i n f o r c e m e n t

g

G a u g e ( t r a n s v e r s e d i s t a n c e b e t w e e n b o l t c e n t r e l i n e s )

M

B e n d i n g m o m e n t

N

A x i a l f o r c e

P C

C a p a c i t y i n c o m p r e s s i o n

P t ,

E n h a n c e d

t e n s i o n c a p a c i t y o f a b o l t w h e n p r y i n g i s c o n s i d e r e d

p

B o l t s p a c i n g ( ' p i t c h ' )

p y

D e s i g n s t r e n g t h o f s t e e l

0

P r y i n g f o r c e a s s o c i a t e d w i t h a b o l t

F i l l e t w e l d l e g l e n g t h

S

P l a s t i c m o d u l u s

T

T h i c k n e s s o f f l a n g e ( s u b s c r i p t b o r c r e f e r s t o b e a m o r c o l u m n ) o r t e n s i o n f o r c e

T h i c k n e s s o f p l a t e

t

T h i c k n e s s o f w e b ( s u b s c r i p t b o r c r e f e r s t o b e a m o r c o l u m n )

r

R o o t r a d i u s o f s e c t i o n

V

S h e a r f o r c e

Z

E l a s t i c m o d u l u s

Y m

M a t e r i a l s t r e n g t h f a c t o r

L e n g t h s a n d t h i c k n e s s e s s t a t e d w i t h o u t u n i t s a r e i n m i l l i m e t r e s

1 1



1 2



2 C O N N E C T I O N D E S I G N

2 . 1

D E S I G N P H I L O S O P H Y

T h e d e s i g n m o d e l p r e s e n t e d h e r e u s e s t h e

' c o m p o n e n t a p p r o a c h ' a d o p t e d i n E u r o c o d e s 3 a n d

4 ( 7 1 O ) U s i n g t h i s a p p r o a c h , t h e m o m e n t c a p a c i t y o f

t h e c o n n e c t i o n i s d e t e r m i n e d b y c o n s i d e r i n g t h e

s t r e n g t h o f e a c h r e l e v a n t c o m p o n e n t , e . g . t h e t e n s i l e

c a p a c i t y o f t h e s l a b r e i n f o r c e m e n t . A d o p t i n g a

' c o m p o n e n t a p p r o a c h ' m e a n s t h a t t h e d e s i g n e r c a n

a p p l y d i f f e r e n t a s p e c t s a s a p p r o p r i a t e t o a p a r t i c u l a r

s i t u a t i o n . F o r e x a m p l e , t h e m o d e l c a n b e a p p l i e d t o

b o t h c o m p o s i t e a n d n o n - c o m p o s i t e e n d p l a t e


I n t h e c a s e o f a n o n - c o m p o s i t e

c o n n e c t i o n , c h e c k s r e l a t i n g t o t h e r e i n f o r c e m e n t a r e

i g n o r e d . T h e E u r o c o d e m o d e l h a s b e e n v a l i d a t e d b y

c o m p a r i s o n w i t h e x t e n s i v e t e s t r e s u l t s .

T h e s t r e n g t h c h e c k s g i v e n i n t h i s d o c u m e n t h a v e

b e e n m o d i f i e d t o c o n f o r m w i t h B r i t i s h s t a n d a r d s

e v e n t h o u g h t h e d e s i g n p h i l o s o p h y i s t a k e n d i r e c t l y

f r o m t h e E u r o c o d e s .

T h e c o n n e c t i o n r e s i s t s m o m e n t b y c o u p l i n g t e n s i o n

i n t h e r e i n f o r c e m e n t a n d u p p e r b o l t s w i t h

c o m p r e s s i o n i n t h e l o w e r p a r t o f t h e b e a m . T h e

m o m e n t c a p a c i t y i s c a l c u l a t e d b y c o n s i d e r i n g

a p p r o p r i a t e l e v e r a r m s b e t w e e n t h e c o m p o n e n t s .

T h e f o r c e t r a n s f e r m e c h a n i s m i s s h o w n s c h e m a t i c a l l y

i n F i g u r e 2 . 1 . E v a l u a t i o n o f t h e

I

\ /

t e n s i o n a n d c o m p r e s s i o n c o m p o n e n t s t h a t f o r m a

c o m p o s i t e e n d p l a t e c o n n e c t i o n a r e d i s c u s s e d i n

S e c t i o n s 2 . 2 a n d 2 . 3 .

T h e m o m e n t c a p a c i t y o f t h e c o n n e c t i o n m a y b e

e v a l u a t e d b y p l a s t i c a n a l y s i s , u s i n g ' s t r e s s b l o c k '

p r i n c i p l e s , p r o v i d e d t h a t :

T h e r e i s a n e f f e c t i v e c o m p r e s s i o n t r a n s f e r t o a n d

t h r o u g h t h e c o l u m n .

.

T h e c o n n e c t i o n i s d e t a i l e d s u c h t h a t t h e

m a x i m u m p o s s i b l e r e i n f o r c e m e n t a n d t e n s i o n

b o l t c a p a c i t i e s a r e g e n e r a t e d . T h e r e i n f o r c e m e n t

f o r c e i s g o v e r n e d b y y i e l d i n g o f t h e b a r s ,

w h e r e a s t h e b o l t f o r c e s a r e g o v e r n e d b y y i e l d i n g

o f t h e e n d p l a t e a n d / o r c o l u m n f l a n g e . T h i s

r e q u i r e s a p p r o p r i a t e l e v e l s o f s t r a i n t o d e v e l o p i n

t h e d i f f e r e n t t e n s i l e c o m p o n e n t s ( s e e S e c t i o n 4 ) .

.

T h e r e a r e s u f f i c i e n t s h e a r c o n n e c t o r s t o d e v e l o p

t h e t e n s i l e r e s i s t a n c e o f t h e r e i n f o r c e m e n t , w i t h

f o r c e b e i n g t r a n s f e r r e d t h r o u g h t h e c o n c r e t e .

.

T h e r e i n f o r c e m e n t i s e f f e c t i v e l y a n c h o r e d o n

b o t h s i d e s o f t h e c o n n e c t i o n .

.

P r e m a t u r e b u c k l i n g f a i l u r e , f o r e x a m p l e o f t h e

c o l u m n w e b , i s a v o i d e d .

C o m p o s i t e

s l a b

F i g u r e 2 . 1 T y p i c a l c o m p o s i t e c o n n e c t i o n a t i n t e r n a l c o l u m n , s h o w i n g f o r c e t r a n s f e r b y t h e v a r i o u s

e l e m e n t s

1 3

S h e a r c o n n e c t o r

/

R e i n f o r c i n g b a r

B o l t

I

1 1

U

B e a m

/

C o l u m n

W e l d e d e n d p l a t e




T e s t s s h o w t h a t , b y t h e u l t i m a t e l i m i t s t a t e , r o t a t i o n

h a s t a k e n p l a c e w i t h t h e c e n t r e o f r o t a t i o n i n t h e

l o w e r p a r t o f t h e b e a m . F o r r e l a t i v e l y s m a l l a r e a s o f

r e i n f o r c e m e n t , c o m p r e s s i o n i s c o n c e n t r a t e d a t t h e

l e v e l o f t h e c e n t r e o f t h e l o w e r b e a m f l a n g e . W h e n

t h e r e i n f o r c e m e n t a r e a i s g r e a t e r a n d t h e

c o m p r e s s i v e f o r c e i s s u c h t h a t i t e x c e e d s t h e

c a p a c i t y o f t h e b e a m f l a n g e , c o m p r e s s i o n e x t e n d s

u p i n t o t h e b e a m w e b , a n d t h e c e n t r e o f r o t a t i o n

c h a n g e s a c c o r d i n g l y .

2 . 2

T E N S I O N C O M P O N E N T S

T h r e e o f t h e c o n n e c t i o n c o m p o n e n t s g o v e r n t h e

m a g n i t u d e o f t e n s i l e f o r c e t h a t c a n b e g e n e r a t e d .

T h e y a r e :

t h e r e i n f o r c e m e n t

t h e u p p e r r o w ( s ) o f b o l t s

•

t h e i n t e r f a c e s h e a r c o n n e c t i o n i n t h e h o g g i n g

m o m e n t r e g i o n o f t h e b e a m .

2 . 2 . 1 T e n s i l e f o r c e i n t h e

r e i n f o r c e m e n t

T o e f f e c t i v e l y c o n t r i b u t e t o t h e c o n n e c t i o n

b e h a v i o u r , t h e r e i n f o r c e m e n t m u s t b e l o c a t e d w i t h i n

a c e r t a i n d i s t a n c e o f t h e c e n t r e l i n e o f t h e c o l u m n

( d e t a i l i n g r u l e s a r e g i v e n i n S e c t i o n 5 ) .

T h i s

d i s t a n c e i s n o t t h e s a m e a s t h e e f f e c t i v e b r e a d t h o f

s l a b i n t h e n e g a t i v e ( h o g g i n g ) m o m e n t r e g i o n o f t h e

b e a m ( a s d e f i n e d i n C l a u s e 4 . 6 o f B S 5 9 5 0 :

P a r t 3 : S e c t i o n

T e s t s a n d m o d e l s 8 h a v e s h o w n t h a t c o n n e c t i o n

r o t a t i o n c a p a c i t y i n c r e a s e s a s t h e a r e a o f

r e i n f o r c e m e n t i n c r e a s e s .

M i n i m u m v a l u e s o f

r e i n f o r c e m e n t a r e a f o r ' c o m p a c t ' a n d ' p l a s t i c '

c o n n e c t i o n s a r e g i v e n i n S e c t i o n 4 .

T h e m a x i m u m a r e a o f r e i n f o r c e m e n t i n t h e

c o n n e c t i o n i s g o v e r n e d b y :

•

t h e a b i l i t y o f t h e s h e a r c o n n e c t o r s i n t h e

n e g a t i v e m o m e n t r e g i o n t o t r a n s f e r t h e r e q u i r e d

f o r c e t o t h e r e i n f o r c e m e n t ( a n y e x c e s s

r e i n f o r c e m e n t w o u l d s i m p l y b e r e d u n d a n t )

•

t h e c o m p r e s s i o n r e s i s t a n c e o f t h e b e a m ( a n y

e x c e s s r e i n f o r c e m e n t w o u l d b e r e d u n d a n t )

•

t h e r e s i s t a n c e o f t h e c o l u m n w e b , w i t h d u e

c o n s i d e r a t i o n o f a n y s t i f f e n e r s ( a n y e x c e s s

r e i n f o r c e m e n t c o u l d p r o v o k e a n o n - d u c t i l e

f a i l u r e )

•

t h e s t r e n g t h o f t h e c o n c r e t e t h a t b e a r s a g a i n s t

t h e c o l u m n u n d e r u n b a l a n c e d m o m e n t ( a n y

1 4

e x c e s s r e i n f o r c e m e n t c o u l d p r o v o k e n o n - d u c t i l e

f a i l u r e ) .

C o n n e c t i o n m o m e n t c a p a c i t y

i s

c a l c u l a t e d

a s s u m i n g t h a t b a r r e i n f o r c e m e n t y i e l d s . A d o p t i o n

o f t h e d e t a i l i n g r u l e s g i v e n i n S e c t i o n s 4 a n d 5 w i l l

e n s u r e t h a t t h e s t e e l w o r k c o m p o n e n t s d o n o t f a i l

b e f o r e t h e r e i n f o r c e m e n t h a s u n d e r g o n e s u f f i c i e n t

s t r a i n t o a c h i e v e t h i s . T h i s a l l o w s t h e c o n t r i b u t i o n

o f t h e u p p e r b o l t s t o t h e c o n n e c t i o n m o m e n t

c a p a c i t y t o b e c o n s i d e r e d . T h e c o n t r i b u t i o n t o

m o m e n t c a p a c i t y o f a n y m e s h r e i n f o r c e m e n t t h a t

m a y b e p r e s e n t i n t h e s l a b s h o u l d b e i g n o r e d ,

b e c a u s e i t f a i l s a t l o w e r v a l u e s o f e l o n g a t i o n t h a n

d o l a r g e r b a r s .

2 . 2 . 2

T e n s i l e f o r c e i n t h e b o l t s

A l t h o u g h t e n s i o n i n t h e u p p e r r o w s o f b o l t s c a n b e

i g n o r e d t o m a k e a s i m p l e e s t i m a t e o f t h e

c o n n e c t i o n r e s i s t a n c e , t h e f i n a l c o n n e c t i o n d e s i g n

s h o u l d c o n s i d e r t h e i r c o n t r i b u t i o n . I g n o r i n g t h e b o l t

f o r c e s u n d e r e s t i m a t e s t h e c o m p r e s s i o n a c t i n g o n

t h e c o l u m n , a n d c o u l d b e u n s a f e i f i t l e d t o a n o n -

d u c t i l e c o m p r e s s i o n f a i l u r e . T h e d e s i g n p r o c e d u r e s

g i v e n i n S e c t i o n 4 e x p l a i n h o w t o c a l c u l a t e t h e

m a g n i t u d e o f t h e b o l t f o r c e s .

T h e b o l t r o w f u r t h e s t f r o m t h e b e a m c o m p r e s s i o n

f l a n g e t e n d s t o a t t r a c t m o r e t e n s i o n t h a n t h e l o w e r

b o l t s . T r a d i t i o n a l p r a c t i c e i n s t e e l w o r k d e s i g n h a s

b e e n t o a s s u m e a t r i a n g u l a r d i s t r i b u t i o n o f b o l t r o w

f o r c e s , b a s e d o n a l i m i t i m p o s e d b y t h e f u r t h e s t

b o l t s . A l t h o u g h t h e m e t h o d p r e s e n t e d i n S e c t i o n 4

a l s o g i v e s g r e a t e r p r i o r i t y t o t h e u p p e r b o l t s , i t

a l l o w s a p l a s t i c d i s t r i b u t i o n o f b o l t f o r c e s . T h e

f o r c e p e r m i t t e d i n a n y b o l t r o w i s b a s e d o n i t s

p o t e n t i a l r e s i s t a n c e , a n d n o t j u s t o n i t s l e v e r a r m

( a s i n a t r i a n g u l a r d i s t r i b u t i o n ) . B o l t s n e a r a p o i n t

o f s t i f f n e s s , s u c h a s t h e b e a m f l a n g e o r a s t i f f e n e r ,

a t t r a c t m o r e l o a d . S u r p l u s f o r c e i n o n e r o w o f b o l t s

c a n b e t r a n s f e r r e d t o a n a d j a c e n t r o w t h a t h a s a

r e s e r v e o f c a p a c i t y . T h i s p r i n c i p l e i s c l o s e r t o t h e

w a y c o n n e c t i o n s p e r f o r m i n p r a c t i c e .

B o l t r o w s m a y o n l y c o n t r i b u t e t h e i r f u l l c a p a c i t y t o

t h e t e n s i l e r e s i s t a n c e o f a c o m p o s i t e c o n n e c t i o n

w h e n t h e c o n n e c t i o n d e t a i l i n g i s a p p r o p r i a t e . I n

s o m e s i t u a t i o n s , p r i m a r i l y w h e n c o n s i d e r a b l e

r e i n f o r c e m e n t i s p r e s e n t , a l a r g e c o m p r e s s i v e f o r c e

i n t h e b e a m m e a n s t h a t t h e n e u t r a l a x i s i s r e l a t i v e l y

h i g h i n t h e b e a m w e b . D e f o r m a t i o n s o f t h e e n d

p l a t e a n d / o r c o l u m n w e b i n t h e l o c a l i t y o f b o l t r o w s

t h a t a r e t o o c l o s e t o t h e n e u t r a l a x i s w i l l n o t b e

s u f f i c i e n t t o d e v e l o p t h e f u l l b o l t r o w f o r c e s t h a t

a r e a s s o c i a t e d w i t h p l a t e y i e l d i n g . A s i m p l e l i n e a r

r e d u c t i o n o f b o l t r o w f o r c e s i s s u g g e s t e d i n



C o n n e c t i o n D e s i g n

S e c t i o n 4 . 2 S t e p 1 D f o r r o w s t h a t a r e l e s s t h a n

2 0 0 m m f r o m t h e n e u t r a l a x i s .

W h e n p l a s t i c f r a m e a n a l y s i s i s a d o p t e d , a s i s

r e c o m m e n d e d i n t h i s g u i d e , t h e c o n n e c t i o n s m u s t

h a v e a s u b s t a n t i a l r o t a t i o n c a p a c i t y . A c o m p o s i t e

c o n n e c t i o n w i t h a s t e e l d e t a i l t h a t a l l o w s s u b s t a n t i a l

d e f o r m a t i o n o f t h e e n d p l a t e t o t a k e p l a c e w i t h o u t

b o l t f a i l u r e , a n d w h i c h h a s a p p r o p r i a t e r e i n f o r c e m e n t

d e t a i l i n g ( s e e S e c t i o n s 4 a n d 5 ) , m a y b e a s s u m e d t o

b e ' p l a s t i c ' ; i t s r o t a t i o n c a p a c i t y w i l l b e s u f f i c i e n t f o r

a p l a s t i c h i n g e t o f o r m a t t h e c o n n e c t i o n .

I f

d e f o r m a t i o n o f t h e s t e e l w o r k d e t a i l i s n o t p r i m a r i l y

l i m i t e d t o t h e e n d p l a t e o r c o l u m n f l a n g e ( k n o w n a s

' m o d e 1 ' a c c o r d i n g t o R e f e r e n c e 7 ) , d u c t i l i t y c a n n o t

b e a s s u m e d u n l e s s i t h a s b e e n d e m o n s t r a t e d b y

t e s t i n g .

2 . 2 . 3 L o n g i t u d i n a l s h e a r f o r c e

T h e d e v e l o p m e n t o f t h e f u l l t e n s i l e f o r c e i n t h e

r e i n f o r c e m e n t d e p e n d s o n l o n g i t u d i n a l s h e a r f o r c e

b e i n g t r a n s f e r r e d f r o m t h e b e a m t o t h e s l a b v i a t h e

s h e a r c o n n e c t o r s a n d c o n c r e t e , a s s h o w n i n

F i g u r e 2 . 2 . B S 5 9 5 0 : P a r t 3 ( 5 ) r e q u i r e s t h a t f u l l

s h e a r c o n n e c t i o n i s p r o v i d e d i n t h e n e g a t i v e m o m e n t

r e g i o n . T h e n e e d f o r f u l l s h e a r c o n n e c t i o n h a s b e e n

c o n f i r m e d b y t e s t s o n c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s . T h e

r e i n f o r c e m e n t s h o u l d e x t e n d o v e r t h e n e g a t i v e

m o m e n t r e g i o n o f t h e s p a n a n d b e a n c h o r e d a

s u f f i c i e n t d i s t a n c e i n t o t h e c o m p r e s s i o n r e g i o n o f

t h e s l a b t o s a t i s f y t h e r e q u i r e m e n t s o f B S 8 1 1 0 ( 1 1 )

( f o r e x a m p l e 4 0 t i m e s t h e b a r d i a m e t e r f o r a ' T y p e

2 d e f o r m e d ' b a r i n c o n c r e t e w i t h a c u b e s t r e n g t h o f

3 0 N / m m 2 ) .

P o i n t o f

N /

N e g a t i v e

m o m e n t

k

r e g i o n

B e n d i n g m o m e n t

T

T T T T

T T

T T T T T T T

T T T T T T

F

L o n g i t u d i n a l s h e a r f o r c e

i n s h e a r c o n n e c t o r s

F i g u r e 2 . 2 T r a n s f e r o f l o n g i t u d i n a l s h e a r f o r c e s

i n a c o m p o s i t e b e a m

2 . 3 C O M P R E S S I O N C O M P O N E N T S

T w o o f t h e c o n n e c t i o n c o m p o n e n t s g o v e r n t h e

m a g n i t u d e o f c o m p r e s s i o n f o r c e t h a t c a n b e

a c c o m m o d a t e d . T h e y a r e :

. t h e b e a m l o w e r f l a n g e a n d a d j a c e n t w e b

. t h e c o l u m n w e b .

2 . 3 . 1

B e a m l o w e r f l a n g e a n d w e b

T r a n s f e r o f t h e c o m p r e s s i o n f o r c e t h r o u g h t h e

c o n n e c t i o n r e l i e s o n d i r e c t b e a r i n g o f t h e l o w e r p a r t

o f t h e b e a m o n t h e c o l u m n . T o e s t a b l i s h t h e d e p t h

o f b e a m i n c o m p r e s s i o n , t h e d e s i g n e r s h o u l d

i n i t i a l l y c o m p a r e t h e a p p l i e d c o m p r e s s i v e f o r c e w i t h

t h e r e s i s t a n c e o f t h e l o w e r f l a n g e a l o n e , a s s u m i n g

a d e s i g n s t r e s s o f 1 . 4 p . T h e f a c t o r o f 1 . 4 a l l o w s

f o r s t r a i n h a r d e n i n g a n d s o m e d i s p e r s i o n i n t o t h e

w e b a t t h e r o o t o f t h e s e c t i o n 4 . I f t h e m a g n i t u d e

o f a p p l i e d c o m p r e s s i o n d o e s n o t e x c e e d t h i s f l a n g e

r e s i s t a n c e , t h e c e n t r e o f c o m p r e s s i o n s h o u l d b e

t a k e n a s t h e m i d - d e p t h o f t h e f l a n g e .

H o w e v e r , m o s t c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s w i l l h a v e

s u b s t a n t i a l r e i n f o r c e m e n t , a n d t h e c o m p r e s s i o n

r e s i s t a n c e r e q u i r e d i s l i k e l y t o e x c e e d t h e f l a n g e

l i m i t . I n s u c h c a s e s c o m p r e s s i o n i s a s s u m e d t o

e x t e n d i n t o t h e b e a m w e b , a n d t h e n t h e r e s i s t a n c e

s h o u l d b e b a s e d o n 1 . 2 p s , , . A n a p p r o p r i a t e c e n t r e

o f c o m p r e s s i o n m u s t b e a d o p t e d w h e n c a l c u l a t i n g

t h e m o m e n t c a p a c i t y .

B e c a u s e a p l a s t i c s t r e s s b l o c k m o d e l i s c o n s i d e r e d ,

w i t h d e s i g n s t r e s s e s i n e x c e s s o f y i e l d , t h e d e s i g n

p r o c e d u r e s a r e o n l y a p p r o p r i a t e f o r b e a m s w i t h

f l a n g e s t h a t a r e e i t h e r C l a s s 1 ( p l a s t i c ) o r 2

( c o m p a c t ) , a n d w e b s t h a t a r e C l a s s 1 , 2 o r 3 ( s e m i -

c o m p a c t ) .

2 . 3 . 2

C o l u m n w e b

I n a d d i t i o n t o c o n s i d e r i n g t h e r e s i s t a n c e o f t h e

b e a m f l a n g e i n c o m p r e s s i o n , c h e c k s s h o u l d b e

m a d e o n t h e l o c a l r e s i s t a n c e o f t h e c o l u m n i n

c o m p r e s s i o n . T h e b u c k l i n g o r c r u s h i n g ( b e a r i n g )

r e s i s t a n c e o f t h e c o l u m n w e b m a y l i m i t t h e

m a x i m u m c o m p r e s s i o n f o r c e t h a t c a n b e

t r a n s f e r r e d . T h i s m a y b e a p a r t i c u l a r p r o b l e m f o r

c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s w i t h a s u b s t a n t i a l a r e a o f


B e c a u s e b o t h c r u s h i n g a n d b u c k l i n g f a i l u r e o f t h e

c o l u m n w e b a r e n o n - d u c t i l e , t h e y c a n n o t b e

a l l o w e d t o g o v e r n t h e m o m e n t c a p a c i t y o f a

' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n . S t i f f e n e r s m u s t b e a d d e d , o r

a h e a v i e r c o l u m n s e c t i o n u s e d , t o a v o i d p r e m a t u r e

f a i l u r e . S t i f f e n e r d e s i g n i s c o v e r e d i n S e c t i o n 4 .

1 5

/

P o i n t o f m a x i m u m

s a g g i n g m o m e n t

T e n s i o n i n

r e i n f o r c e m e n t 1

C o m p r e s s i o n

i n c o n c e t e




W h i l s t c o l u m n w e b c o m p r e s s i o n s t i f f e n e r s m a y

o f t e n b e h a r d t o a v o i d i n c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s ,

t h e i r a d d i t i o n i n c r e a s e s f a b r i c a t i o n c o s t s , a n d m a y

c o m p l i c a t e t h e p o s i t i o n i n g o f o r t h o g o n a l b e a m s . A

m o r e e c o n o m i c s o l u t i o n m i g h t b e t o u s e a h e a v i e r

c o l u m n s e c t i o n t h a t r e q u i r e s n o s t i f f e n i n g . T h e

p r e s e n c e o f e n d p l a t e c o n n e c t i o n s o n o r t h o g o n a l

b e a m s c o n n e c t i n g i n t o t h e c o l u m n w e b m a y p r e v e n t

w e b b u c k l i n g 4 , b u t w i l l n o t i n c r e a s e t h e c o l u m n

w e b c r u s h i n g r e s i s t a n c e . S u p p l e m e n t a r y w e b p l a t e s

a r e a n a l t e r n a t i v e f o r m o f w e b r e i n f o r c e m e n t t h a t

a v o i d s c l a s h e s w i t h o t h e r b e a m s .

2 . 4

C O L U M N W E B P A N E L

F o r m a j o r a x i s c o n n e c t i o n s , t h e c o l u m n w e b p a n e l

m u s t r e s i s t t h e h o r i z o n t a l s h e a r f o r c e s . W h e n

c h e c k i n g p a n e l s h e a r , a n y c o n n e c t i o n t o t h e

o p p o s i t e c o l u m n f l a n g e m u s t b e t a k e n i n t o a c c o u n t ,

s i n c e t h e w e b m u s t r e s i s t t h e r e s u l t a n t o f t h e

s h e a r s . I n a o n e - s i d e d c o n n e c t i o n w i t h n o a x i a l

f o r c e , t h e w e b p a n e l s h e a r F i s e q u a l t o t h e

c o m p r e s s i v e f o r c e i n t h e l o w e r p a r t o f t h e b e a m .

F o r t h e c a s e o f a t w o - s i d e d c o n n e c t i o n w i t h

b a l a n c e d m o m e n t s , t h e w e b p a n e l s h e a r i s z e r o .

F I I

. . T . .

( I '

I L

I t

' l i t

t f l

- -

F C 2 C 1

F i g u r e 2 . 3 C o l u m n w e b p a n e l s h e a r

2 . 5

V E R T I C A L S H E A R C O M P O N E N T S

T h e v e r t i c a l s h e a r r e s i s t a n c e o f a c o n n e c t i o n r e l i e s

o n t h e s t e e l c o m p o n e n t s . A n y s h e a r r e s i s t a n c e o f

t h e c o n c r e t e o r r e i n f o r c e m e n t s h o u l d b e i g n o r e d

b e c a u s e o f c r a c k i n g i n t h e s l a b . T r a d i t i o n a l l y , t h e

l o w e r b o l t s i n a s t e e l c o n n e c t i o n a r e a s s u m e d t o

r e s i s t t h e t o t a l a p p l i e d s h e a r f o r c e . H o w e v e r ,

a l t h o u g h l o a d e d i n t e n s i o n , t h e u p p e r b o l t s m a y a l s o

r e s i s t a p r o p o r t i o n o f t h e i r d e s i g n s h e a r r e s i s t a n c e

( a c c o r d i n g t o B S 5 9 5 0 : P a r t 1 , C l a u s e 6 . 3 . 6 . 3 , t h e

c o m b i n e d u t i l i s a t i o n f o r s h e a r a n d t e n s i o n m a y b e

u p t o 1 . 4 , s o a b o l t t h a t i s f u l l y l o a d e d i n t e n s i o n

c a n s t i l l a c h i e v e 4 0 % o f i t s s h e a r c a p a c i t y ) .

1 6

L i m i t e d r e s e a r c & 1 2 h a s s u g g e s t e d t h a t t h e

p r e s e n c e o f h i g h v e r t i c a l s h e a r f o r c e , o r h i g h a x i a l

l o a d i n t h e c o l u m n , m a y r e d u c e t h e m o m e n t

c a p a c i t y o f a c o m p o s i t e c o n n e c t i o n . H o w e v e r , i n

t h e a b s e n c e o f f u r t h e r i n f o r m a t i o n t h e a u t h o r s d o

n o t f e e l

i t

a p p r o p r i a t e t o

i n c l u d e s u c h

c o n s i d e r a t i o n s f o r c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s u s e d i n

o r t h o d o x f r a m e s w i t h t y p i c a l l o a d i n g . F o r o t h e r

c a s e s , e . g . b e a m s s u b j e c t t o h e a v y c o n c e n t r a t e d

p o i n t l o a d s n e a r t h e i r s u p p o r t s , a l t e r n a t i v e

c o n s i d e r a t i o n s m a y

b e

a p p r o p r i a t e

( s e e

R e f e r e n c e 1 2 ) .

2 . 6 S T R U C T U R A L I N T E G R I T Y

I t

i s a r e q u i r e m e n t o f b o t h t h e B u i l d i n g

R e g u l a t i o n & 1 3 a n d B S 5 9 5 0 : P a r t 1 ( 6 ) ( C l a u s e

2 . 4 . 5 . 2 ) t h a t a l l b u i l d i n g f r a m e s b e e f f e c t i v e l y h e l d

t o g e t h e r a t e a c h p r i n c i p a l f l o o r a n d r o o f l e v e l 7 .

S t e e l w o r k d e t a i l s

i n

a c c o r d a n c e w i t h t h i s

p u b l i c a t i o n w i l l g e n e r a l l y b e c a p a b l e o f c a r r y i n g t h e

b a s i c 7 5 k N t y i n g f o r c & 1 r e q u i r e d b y t h e B r i t i s h

S t a n d a r d ( s e e R e f e r e n c e 1 ) . H o w e v e r , l a r g e r t y i n g

f o r c e s m a y b e r e q u i r e d f o r t a l l , m u l t i - s t o r e y

b u i l d i n g s . T h e t e n s i l e c a p a c i t y o f t h e r e i n f o r c e m e n t

( w h e n p r o p e r l y a n c h o r e d ) m a y b e a d d e d t o t h e

c a p a c i t y o f t h e b a r e s t e e l c o n n e c t i o n i n s u c h

s i t u a t i o n s . F o r t h e s t a n d a r d c o n n e c t i o n d e t a i l s , t h e

r e s i s t a n c e o f t h e r e i n f o r c e m e n t a n d b o l t s m a y b e

e x t r a c t e d d i r e c t l y f r o m t h e c a p a c i t y t a b l e s i n

A p p e n d i x B .

T h e d e s i g n e r i s a d v i s e d t h a t c u r r e n t r e t h i n k i n g o f

r o b u s t n e s s r e q u f r e m e n t s m a y l e a d t o r e v i s e d d e s i g n

c r i t e r i a f o r s t r u c t u r a l i n t e g r i t y i n t h e n e a r f u t u r e .

M (

c 1 + i

-

} T 2

) M 2

- C 2

- F

-



3 F R A M E D E S I G N

3 . 1


T h i s S e c t i o n g i v e s a n o v e r v i e w o f r e c o m m e n d e d

a n a l y s i s a n d d e s i g n p r o c e d u r e s f o r c o m p o s i t e s e m i -

c o n t i n u o u s b r a c e d f r a m e s . G u i d a n c e i s n o t g i v e n o n

c h e c k i n g o f t h e b a r e s t e e l f r a m e u n d e r c o n s t r u c t i o n

l o a d i n g , w h i c h m u s t h o w e v e r b e c o n s i d e r e d a s p a r t

o f t h e f r a m e d e s i g n p r o c e s s .

3 . 2

U L T I M A T E L I M I T S T A T E

T h e f o l l o w i n g r e c o m m e n d e d f r a m e d e s i g n p r o c e d u r e s

m a y o n l y b e a d o p t e d w h e n ' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n s a r e

u s e d .

P l a s t i c f r a m e a n a l y s i s a n d d e s i g n i s

r e c o m m e n d e d b e c a u s e o f i t s e c o n o m y a n d s i m p l i c i t y .

B e c a u s e p l a s t i c h i n g e s a r e a s s u m e d t o f o r m i n t h e

c o n n e c t i o n s r a t h e r t h a n t h e a d j a c e n t b e a m s , t h e

c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s m u s t b e p a r t i a l s t r e n g t h ( i . e .

h a v e a l o w e r m o m e n t c a p a c i t y t h a n t h e b e a m i n

h o g g i n g ) . T h e s t a n d a r d c o n n e c t i o n s p r e s e n t e d i n

S e c t i o n 6 a r e a l l p a r t i a l s t r e n g t h . C o n n e c t i o n s m u s t

a l s o b e ' p l a s t i c ' b e c a u s e t h e h i n g e s a r e a s s u m e d t o

r o t a t e .

T h e s t a n d a r d c o n n e c t i o n s p r e s e n t e d i n

S e c t i o n 6 a r e a l l ' p l a s t i c ' . D e s p i t e t h e a s s u m p t i o n o f

p l a s t i c h i n g e f o r m a t i o n i n t h e c o n n e c t i o n s , i t i s n o t

n e c e s s a r y t o c o n s i d e r a l t e r n a t i n g p l a s t i c i t y i n t h e

c o n n e c t i o n s , o r i n c r e m e n t a l c o l l a p s e o f t h e f r a m & 1 4 .

T h e a s s u m p t i o n t h a t h i n g e s f o r m i n t h e c o n n e c t i o n s

b e t w e e n t h e m e m b e r s a l l o w s t h e b e a m s a n d c o l u m n s

t o b e c o n s i d e r e d s e p a r a t e l y , a s d i s c u s s e d i n S e c t i o n s

3 . 2 . 1 a n d 3 . 2 . 2 r e s p e c t i v e l y .

3 . 2 . 1 B e a m s

I n a s e m i - c o n t i n u o u s b r a c e d f r a m e , b e a m s a r e

d e s i g n e d f o r a l o w e r s a g g i n g m o m e n t t h a n i n a n

e q u i v a l e n t s i m p l e f r a m e . T h i s i s p o s s i b l e b e c a u s e t h e

c o n n e c t i o n s a l l o w h o g g i n g m o m e n t s t o b e g e n e r a t e d

a t t h e b e a m s u p p o r t s . T h e w e i g h t a n d / o r d e p t h o f

t h e b e a m s c a n t h e r e f o r e b e r e d u c e d . T h e i n f l u e n c e

o f s u p p o r t m o m e n t s o n t h e r e q u i r e d b e a m s a g g i n g

m o m e n t c a p a c i t y i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 3 . 1 , w h i c h

s h o w s m o m e n t s f o r a b e a m t h a t i s :

( a )

s i m p l y s u p p o r t e d a t b o t h e n d s

( b )

s i m p l y s u p p o r t e d a t o n e e n d a n d

.

.

.

F i g u r e 3 . 1 A p p l i e d m o m e n t s a n d m o m e n t

s e m i - c o n t i n u o u s a t t h e o t h e r

. .

c a p a c i t i e s f o r b e a m s w i t h d i f f e r e n t

. .

s u p p o r t c o n d i t i o n s ( U D L , a = 0 . 8 5 )

( c )

s e m i - c o n t i n u o u s a t b o t h e n d s .

-

S i m p l e

\

C o l u m n

c o n n e c t i o n

A p p l i e d

m o m e n t

M j L

a ) S i m p l y s u p p o r t e d b e a m

S i m p l e

c o n n e c t i o n

I


c o n n e c t i o n

M

C r i t i c a l

s e c t i o n

( a t m i d s p a n )

c x M 1 L 2 O . 4 5 M J ( a p p r o x )

b ) P a r t i a l s t r e n g t h c o n n e c t i o n

a t o n e e n d


c o n n e c t i o n

a M

c ) P a r t i a l s t r e n g t h c o n n e c t i o n

a t b o t h e n d s

1 7




F i g u r e 3 . 1 s h o w s s c h e m a t i c a l l y h o w t h e f r e e b e n d i n g

m o m e n t ( w / 2 / 8 ) i s r e l a t e d t o t h e m o m e n t c a p a c i t i e s

o f t h e b e a m a n d c o n n e c t i o n s f o r d e s i g n . T h e b e n e f i t

o f s e m i - c o n t i n u o u s c o n s t r u c t i o n i n r e d u c i n g t h e

s a g g i n g m o m e n t t h a t t h e b e a m m u s t r e s i s t i n a s e m i -

c o n t i n u o u s b r a c e d f r a m e i s e v i d e n t . D e s p i t e t h e

p r e s e n c e o f t h e r e d u c t i o n f a c t o r a , t h e s a g g i n g

m o m e n t i s c o n s i d e r a b l y r e d u c e d b y t h e p r e s e n c e o f

m o m e n t r e s i s t i n g c o n n e c t i o n s .

T h e b e a m s a g g i n g m o m e n t c a p a c i t y s h o u l d b e

d e t e r m i n e d u s i n g r u l e s g i v e n i n B S 5 9 5 0 : P a r t 3 ( 5 )

H o w e v e r , a r e d u c t i o n f a c t o r a m u s t b e a p p l i e d t o t h e

m o m e n t c a p a c i t y o f t h e b e a m i n s a g g i n g w h e n

c o n n e c t i o n s d e t a i l e d i n a c c o r d a n c e w i t h t h i s g u i d e

a r e u s e d . T h e r e d u c t i o n f a c t o r i s n e e d e d i n o r d e r t o

l i m i t t h e a m o u n t o f p l a s t i c d e f o r m a t i o n t h a t t a k e s

p l a c e i n t h e b e a m i n s a g g i n g , a n d t h e r e b y l i m i t t h e

r e q u i r e d c o n n e c t i o n r o t a t i o n 1 . A l t h o u g h t h e

r e q u i r e d r e d u c t i o n f a c t o r i s a f u n c t i o n o f t h e l o a d

a r r a n g e m e n t , t h e g r a d e o f s t e e l , a n d w h e t h e r o r n o t

t h e b e a m i s p r o p p e d d u r i n g c o n s t r u c t i o n , a v a l u e o f

0 . 8 5 m a y b e u s e d f o r a l l c a s e s . A l e s s c o n s e r v a t i v e

v a l u e c o u l d b e u s e d i n s o m e c a s e s , b u t a s i n g l e v a l u e

i s p r o p o s e d f o r s i m p l i c i t y .

I n a d d i t i o n t o u s i n g a r e d u c e d e f f e c t i v e b e a m m o m e n t

c a p a c i t y ,

t o

f u r t h e r

l i m i t

s u p p o r t

r o t a t i o n

r e q u i r e m e n t s t h e c o n n e c t i o n m o m e n t c a p a c i t y m u s t

e x c e e d 3 0 % o f t h e b e a m m o m e n t c a p a c i t y i n

s a g g i n g ( t h i s i s a c h i e v e d b y a l l t h e s t a n d a r d

c o n n e c t i o n s g i v e n i n S e c t i o n 6 ) . A l o w e r . l i m i t o n

c o n n e c t i o n s t r e n g t h i s n e c e s s a r y b e c a u s e c o n n e c t i o n

r o t a t i o n r e q u i r e m e n t s d e c r e a s e a s t h e r e l a t i v e

s t r e n g t h o f t h e c o n n e c t i o n i n c r e a s e s , t e n d i n g

t o w a r d s z e r o f o r a b e a m w i t h e n d s t h a t a r e f u l l y

b u i l t - i n .

A t h i r d r e q u i r e m e n t i n o r d e r t o e n s u r e t h a t r e q u i r e d

c o n n e c t i o n r o t a t i o n s a r e n o t e x c e s s i v e i s t h a t t h e

s p a n t o d e p t h r a t i o s o f b e a m s m u s t s a t i s f y t h e

f o l l o w i n g l i m i t s 1 5 ( w h e r e D i s t h e t o t a l d e p t h o f s t e e l

b e a m p l u s s l a b ) :

.

L I D 2 5 f o r b e a m s s u b j e c t t o U D L , m u l t i p l e

p o i n t l o a d s o r a c e n t r a l p o i n t l o a d

.

L I D 2 0 f o r b e a m s s u b j e c t t o t w o p o i n t l o a d s

( a t t h i r d s p a n p o i n t s ) .

C o m b i n e d c o n n e c t i o n a n d b e a m s t r e n g t h s t h a t c a n

b e a c h i e v e d u s i n g t h e s t a n d a r d c o n n e c t i o n d e t a i l s a r e

p r e s e n t e d i n T a b l e 3 . 1 . T h i s t a b l e c a n b e u s e d a t t h e

s c h e m e d e s i g n s t a g e t o i d e n t i f y p o s s i b l e b e a m s i z e s ,

a s i l l u s t r a t e d b y t h e f o l l o w i n g e x a m p l e . F o r a b e a m

s u b j e c t t o U D L , t h e f r e e b e n d i n g m o m e n t w 1 2 / 8

s h o u l d b e c o m p a r e d w i t h v a l u e s o f M T M I N o r M T M A X .

A s a n e x a m p l e , c o n s i d e r t h e f o l l o w i n g p a r a m e t e r s :

1 8

T o t a l f a c t o r e d l o a d = 4 5 . 6 k N / m

F r e e b e n d i n g m o m e n t i s w 1 2 1 8 = 5 7 0 k N m

F r o m T a b l e 3 . 1 , p o s s i b l e b e a m s w o u l d i n c l u d e :

3 5 6 x 1 7 1 x 4 5 , 5 2 7 5 ( w h i c h c a n s u p p o r t a

m o m e n t i n t h e r a n g e 5 5 8 t o 5 8 3 k N m )

3 0 5 x 1 2 7 x 4 8 , 5 2 7 5 ( 5 3 1 t o 5 9 5 k N m )

2 5 4 x

1 4 6 x 4 3 , 5 3 5 5 ( 5 5 8 t o 6 0 6 k N m )

I f

t h e b e a m w e r e s i m p l y s u p p o r t e d , t h e f r e e b e n d i n g

m o m e n t w o u l d b e c o m p a r e d w i t h M . T h e

s h a l l o w e s t s i m p l y s u p p o r t e d c o m p o s i t e b e a m t h a t

c o u l d s a t i s f y t h e i n p u t p a r a m e t e r s g i v e n a b o v e w o u l d

b e a 3 5 6 x 1 7 1 x 6 7 ( 5 2 7 5 ) . C o m p a r i s o n o f t h i s

b e a m s i z e w i t h t h e p o s s i b l e s e m i - c o n t i n u o u s

s o l u t i o n s l i s t e d a b o v e c l e a r l y s h o w s t h e b e n e f i t s o f

u s i n g c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s .

A r e c o m m e n d e d p r o c e d u r e f o r b e a m d e s i g n i s

s u m m a r i s e d i n F i g u r e 3 . 2 . T h i s f l o w c h a r t i s b a s e d

o n t h e f o l l o w i n g a s s u m p t i o n s :

p r e l i m i n a r y s t u d i e s h a v e b e e n c a r r i e d o u t t h a t

s h o w t h a t c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s a r e w o r t h w h i l e

f o r t h e b e a m i n q u e s t i o n

•

c o l u m n o r i e n t a t i o n s h a v e b e e n i d e n t i f i e d

p r e l i m i n a r y c o l u m n s i z e s a r e k n o w n

•

t h e f i n a l c h o i c e o f c o l u m n s i z e w i l l d e p e n d o n t h e

c o n n e c t i o n d e t a i l s t h a t w i l l b e c h o s e n .

B e a m s p a n

D e a d

l o a d

I m p o s e d l o a d

L o a d e d w i d t h

1 0 m

4 k N / m 2

6

k N / m 2

3 m



F r a m e D e s i g n

T a b l e 3 . 1 C o m b i n e d b e a m a n d c o n n e c t i o n m o m e n t c a p a c i t y r a n g e s

S e r i a l S i z e

S 2 7 5

S 3 5 5

B E A M

0 . 8 5 M

B E A M + C O N N E C T I O N

B E A M

0 . 8 5 M

B E A M + C O N N E C T I O N

M T M I N

M T M A X

T M , N

M T M A X

5 3 3 x 2 1 0 x 1 2 2

1 0 9

1 0 1

9 2

8 2

1 2 0 0

1 0 6 3

9 8 0

9 2 0

8 2 2

1 5 6 3

1 4 2 3

1 3 3 8

1 2 7 7

1 1 7 6

2 2 3 8

1 9 3 9

1 7 8 0

1 6 3 6

1 4 4 5

1 5 5 8

1 3 8 3

1 2 7 7

1 1 8 7

1 0 3 6

2 1 3 3

1 9 5 4

1 8 4 6

1 7 5 3

1 5 9 9

2 5 9 6

2 4 3 8

2 2 5 8

2 0 7 1

1 7 8 4

4 5 7 x 1 9 1 x 9 8

8 9

8 2

7 4

6 7

8 8 3

7 9 6

7 5 2

6 7 7

6 0 4

1 1 5 1

1 0 6 2

1 0 1 7

9 4 1

8 6 6

1 6 1 9

1 4 4 4

1 3 4 8

1 1 8 7

1 0 5 0

1 1 4 8

1 0 3 6

9 6 9

8 7 5

7 7 8

1 5 1 0

1 3 9 5

1 3 2 7

1 2 3 1

1 1 3 2

2 0 5 6

1 8 3 8

1 6 7 4

1 5 2 6

1 3 3 0

4 5 7 x 1 5 2 x 8 2

7 4

6 7

6 0

5 2

7 1 6

6 4 2

5 9 6

5 2 8

4 4 9

9 8 3

9 0 8

8 6 0

7 9 1

7 1 0

1 3 1 6

1 1 7 1

1 0 4 7

9 1 4

4 4 9

9 3 2

8 3 7

7 6 9

6 8 2

5 8 0

1 2 9 3

1 1 9 6

1 1 2 5

1 0 3 7

9 3 2

1 6 7 7

1 4 8 5

1 3 4 5

1 1 6 1

9 8 4

4 0 6 x 1 7 8 x 7 4

6 7

6 0

5 4

6 5 0

5 8 2

5 1 9

4 5 6

8 8 9

8 1 9

7 5 5

6 9 0

1 1 6 2

9 8 5

8 8 8

7 8 0

8 3 9

7 5 2

6 7 1

5 8 9

1 0 7 8

9 8 9

9 0 7

8 2 3

1 4 6 5

1 2 8 5

1 1 3 0

9 8 8

4 0 6 x 1 4 0 x 4 6

3 9

3 8 4

3 1 3

6 1 9

3 1 3

6 4 7

3 1 3

4 9 6

4 0 5

7 3 1

6 3 7

8 2 4

6 6 0

3 5 6 x 1 7 1 x 6 7

5 7

5 1

4 5

5 5 0

4 5 9

4 0 6

3 5 2

7 6 1

6 6 8

6 1 3

5 5 8

9 7 8

7 8 0

6 9 7

5 8 3

7 1 0

5 9 3

5 2 5

4 5 3

9 2 1

8 0 2

7 3 2

6 5 9

1 1 7 4

1 0 0 2

8 8 0

7 4 2

3 5 6 x 1 2 7 x 3 9

3 3

2 9 9

2 4 6

5 0 2

2 4 6

5 0 2

2 4 6

3 8 6

3 1 9

5 8 9

5 2 1

6 2 1

3 1 9

3 0 5 x 1 6 5 x 5 4

4 6

4 0

4 1 7

3 5 3

3 0 6

5 9 9

5 3 3

4 8 5

6 9 7

5 9 9

4 9 9

5 3 7

4 5 6

3 9 6

7 1 9

6 3 6

5 7 5

8 9 6

7 3 4

6 4 0

3 0 5 x 1 2 7 x 4 8

4 2

3 7

3 4 9

3 0 3

2 6 5

5 3 1

4 8 4

4 3 6

5 9 5

5 2 8

4 3 6

4 5 1

3 9 0

3 4 4

6 3 3

5 7 1

5 1 5

7 5 9

6 1 5

5 8 2

3 0 5 x 1 0 2 x 3 3

2 8

2 5

2 3 6

1 9 9

1 6 8

3 9 3

3 4 2

1 6 8

3 9 9

1 9 9

1 6 8

3 0 6

2 5 6

2 1 7

4 6 9

3 9 9

2 1 7

4 6 9

4 2 4

2 1 7

2 5 4 x 1 4 6 x 4 3

3 7

3 1

3 1 6

2 6 9

2 1 9

4 6 7

4 1 8

3 4 7

5 1 5

4 4 8

3 4 7

4 0 7

3 4 8

2 5 3

5 5 8

4 9 7

3 8 1

6 0 6

5 2 7

3 8 1

2 5 4 x 1 0 2 x 2 8

2 5

2 2

1 9 5

1 7 0

1 4 4

3 1 6

1 7 0

1 4 4

2 1 6

1 7 0

1 4 4

2 5 1

2 1 9

1 8 6

3 7 2

2 1 9

1 8 6

3 7 2

2 1 9

1 8 6

M

v a l u e s a r e b a s e d o n t y p i c a l c o m p o s i t e b e a m d e t a i l s , a s s u m i n g a s l a b d e p t h o f 1 2 0 m m , a n d

f u l l s h e a r c o n n e c t i o & 5

M - 1 - M I N

i s t h e s u m o f 0 . 8 5 M a n d t h e c o n n e c t i o n m o m e n t c a p a c i t y w i t h m i n i m u m r e i n f o r c e m e n t

M T M A X

i s t h e s u m o f 0 . 8 5 M a n d t h e c o n n e c t i o n m o m e n t c a p a c i t y w i t h m a x i m u m r e i n f o r c e m e n t .

N o t e t h a t m a x i m u m r e i n f o r c e m e n t l i m i t a t i o n s f o r a p a r t i c u l a r c a s e m a y p r o h i b i t a t t a i n m e n t o f

t h i s v a l u e ( s e e S e c t i o n 4 . 2 S t e p I A )

m i n I

1 9



( _ S t a r t

I I I I : : — ' 1 U s e T a b l e 3 . 1 t o e s t i m a t e b e a m a n d c o n n e c t i o n

r e q u i r e m e n t s

h e c k t h a t f o

.

D L , U D 2 5 ,

2 P L , U D 2 0

N o R e v i s e b e a m s i z e

P L , L I D 2

¶ e s

I

R e v i s e b e a m s i z e

A r e b a r e : d e q u a t e

a t

a m a n d c o n n e c t i o

Y e s

' V

I

C h e c k c o n s t r u c t i o n l o a d s o n b a r e s t e e l b e a m

I

n d c o n n e c t i o n s

C o m p a r e f r e e m o m e n t a n d O . 8 5 M . t o d e t e r m i n e

m i n i m u m c o n n e c t i o n m o m e n t r e s i s t a n c e r e q u i r e d

+

I D e t a i l s u i t a b l e p l a s t i c c o n n e c t i o n I

I

c o n n e c t o r s )

F c o n n e c t i o n u s i n g d e s i g n t a b l e s

( b o l t s , r e i n f o r c e m e n t a n d s h e a r

C h o o s e a s u i t a b l e s t a n d a r d

Y e s

N o

I n c r e a s e c o l u m n s i z e

j . .

[ l a t e a o e f l e c t i f e l b e a } J

F i g u r e 3 . 2

.

D e t a i l e d

l a t e i m p o s e d l o a d d e f I e c o n o f c o m p o s e b e

6

g r e e d l i m i t ' ?

N o 9 _ _ _ _ _ _ _ _

e v i s e b e a m o r

I — i

o n n e c t i o n

R e v i s e b e a m o r

J _

o n n e c t i o n

R e v i s e b e a m

q u D 0 e 5 n a t u r 5 1 C h &

v i b r a t i o n

N o

I c u l a t e n a t u r a l f r e q u e n c y o f t h e b e a m

Y e s

4

e n c y e x c e e d e x c i t a t i o n

N o

a c c e p t a b l e ?

r e q u e n c y ?

Y e s

: i i i i i i i i i i i i i : : Z

'

,

Y e s

d e s i g n p r o c e d u r e f o r a b e a m w i t h c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s i n a s e m i - c o n t i n u o u s

b r a c e d f r a m e

2 0

I

R e v i s e b e a m s i z e



F r a m e D e s i g n

L a t e r a l b u c k l i n g a d j a c e n t t o s u p p o r t s

W h e n t h e s t e e l w o r k c o n n e c t i o n s a r e r e q u i r e d t o

t r a n s f e r m o m e n t a t t h e c o n s t r u c t i o n s t a g e , i t m a y b e

n e c e s s a r y t o c h e c k t h e s t a b i l i t y o f t h e b o t t o m f l a n g e

u n d e r t h e w o r s t c a s e l o a d i n g o f t h e w e t w e i g h t o f

c o n c r e t e o n o n e s p a n , w h i c h c a n c a u s e h o g g i n g

m o m e n t o v e r a s i g n i f i c a n t p o r t i o n o f t h e a d j a c e n t

s p a n . T h e l a t e r a l s t a b i l i t y o f t h e s t e e l b e a m s h o u l d

b e c h e c k e d i n a c c o r d a n c e w i t h B S 5 9 5 0 : P a r t 1 ( 6 D ,

t a k i n g a c c o u n t o f m o m e n t v a r i a t i o n a l o n g t h e b e a m .

T h e t o p f l a n g e m a y b e a s s u m e d t o b e l a t e r a l l y

r e s t r a i n e d e i t h e r b y t r a n s v e r s e b e a m s o r b y t h e s t e e l

d e c k i n g , w h i c h m u s t b e p r o p e r l y f i x e d i n p o s i t i o n .

A t t h e c o m p o s i t e s t a g e , l a t e r a l t o r s i o n a l b u c k l i n g o f

t h e s e c t i o n i s p r e v e n t e d i n t h e s a g g i n g m o m e n t

r e g i o n b y a t t a c h m e n t t o t h e s l a b . I n t h e n e g a t i v e

m o m e n t r e g i o n , t h e c o m p r e s s i o n f l a n g e c a n n o t

d i s p l a c e l a t e r a l l y w i t h o u t t r a n s v e r s e b e n d i n g o f t h e

w e b . T h i s i s k n o w n a s l a t e r a l d i s t o r t i o n a l b u c k l i n g .

T h e c r i t i c a l p a r a m e t e r i s t h e D / t r a t i o o f t h e w e b ; t h e

h i g h e r t h e r a t i o t h e g r e a t e r t h e t e n d e n c y f o r b u c k l i n g .

E C 4 1 0 o f f e r s a g e n e r a l d e s i g n p r o c e d u r e , b u t f o r

s e c t i o n s u p t o 5 5 0 m m d e e p ( S 2 7 5 ) o r 4 0 0 m m d e e p

( S 3 5 5 ) , i t s t a t e s t h a t n o c h e c k s a r e r e q u i r e d o n t h e

s t a b i l i t y o f t h e l o w e r f l a n g e p r o v i d e d c e r t a i n l o a d i n g

a n d d e t a i l i n g r e q u i r e m e n t s a r e r e s p e c t e d ( E C 4 C l a u s e

4 . 6 . 2 ) .

A d d i t i o n a l g u i d a n c e m a y b e f o u n d i n

R e f e r e n c e 1 7 .

F o r d e e p e r b e a m s , t h e d e s i g n e r

s h o u l d r e f e r t o p r o c e d u r e s g i v e n i n E C 4 A n n e x E 1 0 ,

a n d c o n s i d e r a n a p p l i e d n e g a t i v e m o m e n t e q u a l t o t h e

r e s i s t a n c e o f t h e c o n n e c t i o n .

I n p r a c t i c e , f o r a n y d e p t h o f b e a m a c h e c k o f l a t e r a l

s t a b i l i t y i n t h e h o g g i n g m o m e n t r e g i o n i s o n l y n e e d e d

w h e n c o n n e c t i o n s p o s s e s s a r e s i s t a n c e i n e x c e s s o f

a p p r o x i m a t e l y 8 0 % o f t h e m o m e n t c a p a c i t y o f t h e

c o m p o s i t e b e a m i n h o g g i n g . T h e c a p a c i t y t a b l e s i n

S e c t i o n 6 h i g h l i g h t c o n n e c t i o n s t h a t m a y p o s s e s s a

c a p a c i t y i n e x c e s s o f t h i s l i m i t . I t s h o u l d b e n o t e d

h o w e v e r t h a t i n t h e i n t e r e s t s o f s i m p l i c i t y , t h e

h i g h l i g h t i n g i s b a s e d o n a c o m p a r i s o n o f t h e

c o n n e c t i o n m o m e n t c a p a c i t y w i t h t h a t o f a g r a d e

5 2 7 5 b e a m . I f a g r a d e 5 3 5 5 b e a m w e r e u s e d , t h e

r e l a t i v e c o n n e c t i o n c a p a c i t y w o u l d c l e a r l y d e c r e a s e ,

b e l o w t h e 8 0 % l i m i t i n s o m e c a s e s . T h e d e s i g n e r

s h o u l d c a l c u l a t e t h e b e a m c a p a c i t y , f o r c o m p a r i s o n ,

w h e n n e c e s s a r y .

3 . 2 . 2 C o l u m n s

T h e m o m e n t c a p a c i t y o f a c o m p o s i t e c o n n e c t i o n i s

g e n e r a l l y l o w i n c o m p a r i s o n t o t h a t o f t h e c o m p o s i t e

b e a m i n s a g g i n g . B e c a u s e o f t h i s , w h e n b e a m s a r e

p r o p p e d d u r i n g c o n s t r u c t i o n , t h e c o m p o s i t e

c o n n e c t i o n m o m e n t c a p a c i t y i s n o r m a l l y d e v e l o p e d

u n d e r d e a d l o a d a l o n e w h e n t h e p r o p s a r e r e m o v e d .

T h e r e i s t h e r e f o r e n o i n c r e a s e i n s u p p o r t m o m e n t s a s

i m p o s e d l o a d i s a p p l i e d , t h e c o n n e c t i o n m e r e l y

r o t a t e s , a n d f r a m e m o m e n t s u n d e r p a t t e r n l o a d i n g a r e

t h e s a m e a s w h e n i m p o s e d l o a d i s p r e s e n t o n a l l

b e a m s . C o l u m n c h e c k s t h e r e f o r e n e e d o n l y b e

p e r f o r m e d f o r t h e ' a l l s p a n s l o a d e d ' c a s e . F o r

p r o p p e d c o n s t r u c t i o n , t h i s m e a n s t h a t i n t e r n a l

c o l u m n s n e e d o n l y b e d e s i g n e d t o r e s i s t m o m e n t s

t h a t a r e d u e t o d i f f e r i n g c o n n e c t i o n s t r e n g t h s e i t h e r

s i d e o f a n o d e . M o m e n t s d u e t o e c c e n t r i c b e a m

r e a c t i o n s ( a c t i n g a t e i t h e r t h e c o l u m n f a c e o r t h e f a c e

p l u s 1 0 0 m m n o m i n a l e c c e n t r i c i t y , a s c o n s i d e r e d i n

s i m p l e d e s i g n t o B S 5 9 5 0 : P a r t 1 ) n e e d n o t b e a d d e d

t o t h e c o n n e c t i o n m o m e n t c a p a c i t i e s . B e a m s s h o u l d

t h e r e f o r e b e c o n s i d e r e d a s s p a n n i n g b e t w e e n t h e

c e n t r e l i n e s o f t h e c o l u m n s .

W h e n u n p r o p p e d c o n s t r u c t i o n i s a d o p t e d , t h e

c o n n e c t i o n s o n l y a c t c o m p o s i t e l y u n d e r i m p o s e d

l o a d . U n d e r d e a d l o a d , o n l y t h e m o m e n t c a p a c i t y o f

t h e b a r e s t e e l c o n n e c t i o n c a n b e m o b i l i s e d . P a t t e r n

l o a d i n g t h e r e f o r e g i v e s r i s e t o u n b a l a n c e d m o m e n t s

o n t h e c o l u m n e v e n w h e n o p p o s i n g c o m p o s i t e

c o n n e c t i o n s o f e q u a l m o m e n t c a p a c i t y a r e u s e d .

T h e d e s i g n e r m a y c o n s e r v a t i v e l y a s s u m e t h a t t h e

m a g n i t u d e o f t h e u n b a l a n c e d m o m e n t i s e q u a l t o t h e

d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e c o m p o s i t e c o n n e c t i o n

c a p a c i t y o n o n e s i d e o f t h e c o l u m n a n d t h e b a r e s t e e l

c a p a c i t y o n t h e o t h e r . T h e u n b a l a n c e d m o m e n t

s h o u l d b e d i s t r i b u t e d b e t w e e n t h e c o l u m n l e n g t h s

a b o v e a n d b e l o w t h e n o d e , i n p r o p o r t i o n t o t h e

s t i f f n e s s f / I L ) o f e a c h l e n g t h . T h i s p r o c e d u r e i s a s f o r

B S 5 9 5 0 : P a r t 1 c o l u m n s i n s i m p l e c o n s t r u c t i o n .

F o r a l e s s c o n s e r v a t i v e c a l c u l a t i o n o f c o l u m n

m o m e n t s w i t h u n p r o p p e d c o n s t r u c t i o n , t h e d e s i g n e r

s h o u l d r e d i s t r i b u t e t h e u n b a l a n c e d b e a m e n d

m o m e n t s c o n s i d e r i n g a n e l a s t i c s u b - f r a m e , a s

p r o p o s e d i n B S 5 9 5 0 : P a r t 1 C l a u s e 5 . 6 . 4 . T h e

e l a s t i c b e a m s t i f f n e s s i s a f u n c t i o n o f t h e c o m p o s i t e

b e a m p r o p e r t i e s i n b o t h h o g g i n g a n d s a g g i n g . A

g l o b a l v a l u e e q u a l t o 1 . 8 t i m e s t h e s e c o n d m o m e n t o f

a r e a o f t h e b a r e s t e e l s e c t i o n ( w h i c h c a n b e o b t a i n e d

f r o m s t a n d a r d s e c t i o n t a b l e s ) w h i c h m a y b e

c o n s e r v a t i v e l y a d o p t e d . C o n n e c t i o n s t i f f n e s s n e e d

n o t b e i n c o r p o r a t e d i n t o t h e s u b - f r a m e m o d e l b e c a u s e

t h e c o n n e c t i o n s a r e ' r i g i d ' i n t h e i r c o m p o s i t e s t a t e .

T h e m o m e n t s t h a t c a n b e d i s t r i b u t e d t o t h e b e a m s

a r e , h o w e v e r , l i m i t e d b y t h e c o m p o s i t e c o n n e c t i o n

m o m e n t c a p a c i t i e s . A n y e x c e s s b e a m m o m e n t s t h a t

a r e p r e d i c t e d b y a n e l a s t i c s u b - f r a m e d i s t r i b u t i o n

s h o u l d b e r e a l l o c a t e d t o t h e c o l u m n .

2 1




W h e n c h o o s i n g c o l u m n e f f e c t i v e l e n g t h s , t h e

d e s i g n e r m u s t a s s e s s t h e d e g r e e o f r e s t r a i n t t h a t w i l l

b e o f f e r e d b y b e a m s , c o l u m n c o n t i n u i t y , a n d / o r b a s e

d e t a i l s . A p p r o p r i a t e g e n e r a l p r o c e d u r e s a r e g i v e n i n

A p p e n d i x E o f B S 5 9 5 0 : P a r t 1 ( 6 A l t h o u g h

c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s s a t i s f y i n g t h e d e t a i l i n g

r e q u i r e m e n t s g i v e n i n t h i s g u i d e h a v e a n i n i t i a l

s t i f f n e s s t h a t i s a t l e a s t a s g r e a t a s t h a t o f

c o n v e n t i o n a l ' r i g i d ' s t e e l c o n n e c t i o n s , t h e r o t a t i o n a l

r e s t r a i n t p r o v i d e d b y s o m e b e a m s m a y o n l y b e

c o m p a r a b l e t o t h a t o f a s i m p l y s u p p o r t e d b e a m

( b e c a u s e o f p l a s t i c h i n g e f o r m a t i o n a t r e l a t i v e l y l o w

l e v e l s o f l o a d ) . T h e d e s i g n e r s h o u l d p a y p a r t i c u l a r

a t t e n t i o n t o m i n o r a x i s c o n n e c t i o n s , w h i c h w i l l

n o r m a l l y b e r e l a t i v e l y f l e x i b l e , a n d m i n o r a x i s

c o n d i t i o n s w i l l o f t e n d i c t a t e c o l u m n s i z e .

F u r t h e r g u i d a n c e o n t h e c h o i c e o f c o l u m n e f f e c t i v e

l e n g t h s m a y b e f o u n d i n R e f e r e n c e 1 8 .

3 . 3

S E R V I C E A B I L I T Y L I M I T S T A T E

E l a s t i c a n a l y s i s m u s t b e u s e d t o c h e c k f r a m e

b e h a v i o u r u n d e r s e r v i c e a b i l i t y l o a d i n g .

F o r c h e c k s o n i m p o s e d l o a d d e f l e c t i o n s , w h i c h s h o u l d

b e b a s e d o n t h e i n i t i a l s t i f f n e s s o f t h e c o n n e c t i o n s ,

a n y c o m p o s i t e c o n n e c t i o n c o m p l y i n g w i t h t h e

d e t a i l i n g r u l e s g i v e n i n t h i s g u i d e m a y b e a s s u m e d t o

b e ' r i g i d ' w h e n u s e d i n a b r a c e d f r a m e .

T h i s

a s s u m p t i o n i s b a s e d o n e x p e r i m e n t a l e v i d e n c e . F u l l

c o n t i n u i t y b e t w e e n t h e f r a m e m e m b e r s c a n t h e r e f o r e

b e a s s u m e d .

A l t e r n a t i v e l y , t h e c o m p o s i t e b e a m s m a y b e a s s u m e d

t o b e c o n t i n u o u s o v e r ' k n i f e - e d g e ' s u p p o r t s ;

p r o c e d u r e s g i v e n i n B S 5 9 5 0 : P a r t 3 c l a u s e 6 . 1 • 3 ( 5 )

s h o u l d t h e n b e u s e d t o c a l c u l a t e i m p o s e d l o a d

d e f l e c t i o n s . S u p p o r t m o m e n t s m u s t b e l i m i t e d t o t h e

m o m e n t c a p a c i t y o f t h e c o n n e c t i o n s . S i m p l i f i e d

p r o c e d u r e s f o r m o d e l l i n g t h e i n f l u e n c e o f p a t t e r n

l o a d i n g a n d s h a k e d o w n a r e i n c l u d e d i n t h e C o d e .

I f i t i s n e c e s s a r y t o c h e c k t o t a l l o a d d e f l e c t i o n s , f o r

e x a m p l e t o a v o i d e x c e s s p o n d i n g o f t h e c o n c r e t e

d u r i n g c o n s t r u c t i o n f o r a n u n p r o p p e d b e a m , i t s h o u l d

b e n o t e d t h a t t h e d e a d l o a d d e f l e c t i o n w i l l d e p e n d o n

t h e s t i f f n e s s o f t h e c o n n e c t i o n s a t t h e s t a g e w h e n

d e a d l o a d i s a p p l i e d t o t h e b e a m . T h i s v a r i e s

a c c o r d i n g t o t h e s t e e l w o r k d e t a i l i n g a n d c o n s t r u c t i o n

p r o c e d u r e . W h e n b e a m s a r e u n p r o p p e d , d e a d l o a d

d e f l e c t i o n s a r e a f u n c t i o n o f t h e b a r e s t e e l c o n n e c t i o n

p r o p e r t i e s . G u i d a n c e o n t h e c a l c u l a t i o n o f d e f l e c t i o n s

i n t h e b a r e s t e e l s t a t e m a y b e f o u n d i n R e f e r e n c e 1 9 .

2 2



4 " S T E P B Y S T E P " D E S I G N P R O C E D U R E S

4 . 1


T h i s S e c t i o n p r e s e n t s d e s i g n p r o c e d u r e s f o r

c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s s u b j e c t t o h o g g i n g m o m e n t s

( w i t h t h e r e i n f o r c e d s l a b i n t e n s i o n ) . C o m p o s i t e

c o n n e c t i o n s s u b j e c t t o s a g g i n g m o m e n t s , a s m a y

o c c u r i n s o m e u n b r a c e d f r a m e s w h e n w i n d l o a d s a r e

r e l a t i v e l y h i g h , b e h a v e i n a d i f f e r e n t w a y . T h e y a r e

n o t c o v e r e d b y t h i s p u b l i c a t i o n a s t h e r e i s c u r r e n t l y

i n s u f f i c i e n t i n f o r m a t i o n a v a i l a b l e t o d e v e l o p a d e s i g n

m o d e l . T h e f o l l o w i n g d e s i g n p r o c e d u r e s a r e t h e r e f o r e

o n l y a p p l i c a b l e t o c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s i n b r a c e d

f r a m e s .

T h e p r o c e d u r e s a r e n o t a d v o c a t e d f o r r o u t i n e h a n d

c a l c u l a t i o n s . T h e y a r e i n t e n d e d :

.

a s a s o u r c e o f r e f e r e n c e ,

.

f o r u s e i n w r i t i n g s o f t w a r e ,

.

f o r u s e i n c h e c k i n g o u t p u t f r o m s o f t w a r e ,

S

f o r s p r e a d s h e e t i m p l e m e n t a t i o n .

T h e p r o c e d u r e s w e r e u s e d t o c a l c u l a t e m o m e n t

c a p a c i t i e s f o r a r a n g e o f s t a n d a r d b e a m - t o - c o l u m n

d e t a i l s , a n d t h e s e a r e p r e s e n t e d i n D e s i g n T a b l e s i n

A p p e n d i x B .

T h e r e a d e r w h o i s f a m i l i a r w i t h J o i n t s i n s t e e l

c o n s t r u c t i o n : m o m e n t c o n n e c t i o n s 4 w i l l n o t e t h a t

t h e p r o c e d u r e s f o r t h e s t e e l w o r k c o m p o n e n t

r e s i s t a n c e s a r e e s s e n t i a l l y u n c h a n g e d .

M o r e

e x p l a n a t i o n o f s o m e o f t h e s e p r o c e d u r e s m a y b e

f o u n d i n R e f e r e n c e 4 .

4 . 2


T h e p r o c e d u r e s t h a t f o l l o w a r e s u i t a b l e f o r b e a m - t o -

c o l u m n c o n n e c t i o n s u s i n g f l u s h e n d p l a t e s . A l t h o u g h

a l l t h e c h e c k s a r e n e e d e d f o r ( m a j o r a x i s ) c o n n e c t i o n s

t o c o l u m n f l a n g e s , t h e f o l l o w i n g s t e p s a r e n o t

r e l e v a n t f o r ( m i n o r a x i s ) c o n n e c t i o n s t o c o l u m n w e b s :

.

S t e p 1 B - c o l u m n f l a n g e b e n d i n g

.

S t e p 1 C - c o l u m n w e b t e n s i o n

S

S t e p 2 A - c o l u m n w e b c o m p r e s s i o n

.

S t e p 3 £ c o l u m n p a n e l s h e a r

.

S t e p 6 - d e s i g n o f s t i f f e n e r s

A l t e r n a t i v e c h e c k s f o r m a j o r a n d m i n o r a x i s

c o n n e c t i o n s a r e g i v e n i n S t e p 5 .

O p p o s i n g b e a m s c o n n e c t i n g i n t o a c o l u m n w e b

s h o u l d b e t r e a t e d a s s e m i - c o n t i n u o u s o v e r a ' k n i f e

e d g e ' s u p p o r t , w i t h t h e p r e s e n c e o f t h e c o l u m n w e b

a s s u m e d t o h a v e n o i n f l u e n c e o n b e a m b e h a v i o u r .

H o w e v e r , b e a m s m u s t b e o f s i m i l a r d e p t h t o a c h i e v e

c o n t i n u i t y , b e c a u s e t h e w e b s o f t y p i c a l c o l u m n s d o

n o t h a v e s u f f i c i e n t s t i f f n e s s a n d s t r e n g t h t o t r a n s f e r

' e c c e n t r i c ' c o m p r e s s i o n f o r c e s . I t i s r e c o m m e n d e d

t h a t o p p o s i n g b e a m s a r e o f t h e s a m e s e r i a l s i z e .

S i m i l a r c o n s i d e r a t i o n m u s t b e g i v e n t o b e a m - t o - b e a m


T h e s e q u e n c e o f d e s i g n c h e c k s i s p r e s e n t e d i n t h e

f o r m o f a f l o w c h a r t i n F i g u r e 4 . 2 , a n d t h e z o n e s

c o n s i d e r e d i n t h e s t e p s a r e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 4 . 1 .

A w o r k s h e e t i s i n c l u d e d i n S t e p 1 s o t h a t t h e p r o c e s s

o f c a l c u l a t i n g t h e r e i n f o r c e m e n t a n d b o l t r o w f o r c e s

c a n b e s e t d o w n i n t a b u l a r f o r m ( s e e p a g e 4 2 ) .

A w o r k e d e x a m p l e i l l u s t r a t i n g t h e d e s i g n o f a

c o n n e c t i o n u s i n g t h e s e p r o c e d u r e s i s g i v e n i n

A p p e n d i x A .

S h e a r

z o n e

S T E P 3

F i g u r e

4 . 1

C h e c k z o n e s f o r a c o m p o s i t e e n d

p l a t e b e a m - t o - c o l u m n c o n n e c t i o n

2 3

C o m p r e s s i o n z o n e

S T E P

2




I

S T A R T

I

S e t t r i a l c o n f i g u r a t i o n

1

S T E P 0 ( O p t i o n a l )

C a l c u l a t e t h e m o m e n t c a p a c i t y a t t h e

c o n s t r u c t i o n s t a g e ( b a r e s t e e l )

S T E P I

C a l c u l a t e t h e r e s i s t a n c e s o f t h e

r e i n f o r c e m e n t a n d b o l t r o w s i n t e n s i o n

S T E P 2

C a l c u l a t e t h e r e s i s t a n c e i n t h e

c o m p r e s s i o n z o n e

S T E P 3

C a l c u l a t e t h e r e s i s t a n c e o f t h e c o l u m n

S t i f f e n t h e c o n n e c t i o n , a d d m o r e b o l t

w e b p a n e l i n s h e a r

r o w s , a d d m o r e r e i n f o r c e m e n t , e t c .

S T E P 4

A d j u s t t h e r e s i s t a n c e s f r o m S T E P 1 t o

V

e n s u r e e q u i l i b r i u m . C a l c u l a t e t h e

m o m e n t c a p a c i t y , M

Y e s

S T E P 5

D e s i g n f o r v e r t i c a l s h e a r f o r c e s

S T E P 6

D e s i g n t h e s t i f f e n e r s

S T E P 7

D e s i g n t h e w e l d s

E N D

F i g u r e 4 . 2 F l o w d i a g r a m - c o n n e c t i o n d e s i g n c h e c k s

2 4



B e a m - t o - C o l u m n C o n n e c t i o n s

C A L C U L A T I O N O F M O M E N T C A P A C I T Y - C O N S T R U C T I O N S T A G E

I t i s i m p o r t a n t t h a t t h e d e s i g n e r c o n s i d e r s t h e b a r e

s t e e l p e r f o r m a n c e u n d e r c o n s t r u c t i o n l o a d i n g a s p a r t

o f t h e c o m p o s i t e b e a m d e s i g n . I n d e e d , a c o m p o s i t e

b e a m c a n n o t b e s a i d t o h a v e b e e n p r o p e r l y d e s i g n e d

i f t h e c o n s t r u c t i o n s t a g e h a s n o t b e e n c o n s i d e r e d .

I f t h e m o m e n t c a p a c i t y o f t h e b a r e s t e e l c o n n e c t i o n

i s n e e d e d f o r t h e c o n s t r u c t i o n s t a g e c h e c k s , i t

s h o u l d b e c a l c u l a t e d u s i n g t h e p r o c e d u r e s g i v e n i n

S e c t i o n 2 o f R e f e r e n c e 4 .

F — *

F r 2

F r 3

F i g u r e 4 . 3 M o m e n t

c o n n e c t i o n

r e s i s t i n g

b a r e

s t e e l

2 5




S T E P 1 P O T E N T I A L R E S I S T A N C E S O F R E I N F O R C E M E N T A N D B O L T

R O W S I N T H E T E N S I O N Z O N E

T h e r e s i s t a n c e s o f t h e t e n s i o n c o m p o n e n t s t h a t a r e

c a l c u l a t e d f i r s t a r e o n l y p o t e n t i a l v a l u e s . I t m a y b e

n e c e s s a r y t o r e d u c e t h e m i n S t e p 4 i n o r d e r t o

a c h i e v e e q u i l i b r i u m d e p e n d i n g o n t h e r e s i s t a n c e o f

t h e c o n n e c t i o n c o m p r e s s i o n c o m p o n e n t s .

R e i n f o r c e m e n t

T h e p o t e n t i a l r e s i s t a n c e o f t h e r e i n f o r c e m e n t i s

l i m i t e d b y y i e l d i n g o f t h e b a r s , a n d b y l i m i t a t i o n s o n

t h e m i n i m u m a n d m a x i m u m a r e a o f r e i n f o r c e m e n t

t h a t c a n b e u s e d . D e t a i l s a r e g i v e n i n S t e p I A .

B o l t s

T h e p o t e n t i a l r e s i s t a n c e o f e a c h r o w o f b o l t s i n t h e

t e n s i o n z o n e i s l i m i t e d b y b e n d i n g i n t h e e n d p l a t e o r

c o l u m n f l a n g e , b o l t f a i l u r e , o r t e n s i o n f a i l u r e i n t h e

b e a m o r c o l u m n w e b .

T h e v a l u e s ' c r 1 ' r 2 ' ' r 3 ' e t c . a r e c a l c u l a t e d i n t u r n

s t a r t i n g a t t h e t o p r o w 1 a n d w o r k i n g d o w n .

P r i o r i t y f o r l o a d i s g i v e n t o r o w 1 a n d t h e n r o w 2

a n d s o o n . A t e v e r y s t a g e , b o l t s b e l o w t h e c u r r e n t

r o w a r e i g n o r e d .

E a c h b o l t r o w i s c h e c k e d f i r s t i n i s o l a t i o n a n d t h e n

i n c o m b i n a t i o n w i t h s u c c e s s i v e r o w s a b o v e i t , i . e . :

' r 1

=

( r e s i s t a n c e o f r o w 1 a l o n e )

=

M m . o f :

r e s i s t a n c e o f r o w 2 a l o n e

( r e s i s t a n c e o f r o w s 2 + 1 ) -

' r 3

=

M m . o f :

r e s i s t a n c e o f r o w 3 a l o n e

( r e s i s t a n c e o f r o w s 3 + 2 ) - r 2

( r e s i s t a n c e o f r o w s 3 + 2 + 1 ) - r 2 r 1

a n d i n a s i m i l a r m a n n e r f o r s u b s e q u e n t r o w s .

F o r e a c h o f t h e s e c h e c k s , t h e r e s i s t a n c e o f a b o l t

r o w o r a g r o u p o f b o l t r o w s i s t a k e n a s t h e l e a s t o f

t h e f o l l o w i n g f o u r v a l u e s :

. C o l u m n f l a n g e b e n d i n g / b o l t y i e l d i n g ( S t e p 1 B )

.

E n d p l a t e b e n d i n g / b o l t y i e l d i n g

( S t e p 1 B )

. C o l u m n w e b t e n s i o n

( S t e p 1 C )

. B e a m w e b t e n s i o n

( S t e p 1 C )

I n a d d i t i o n , t h e r e s i s t a n c e o f a n y b o l t r o w m a y b e

l i m i t e d b y t h e c o n n e c t i o n ' s i n a b i l i t y t o a c h i e v e a

p l a s t i c b o l t f o r c e d i s t r i b u t i o n w i t h o u t p r e m a t u r e b o l t

f a i l u r e .

T h i s a d d i t i o n a l c h e c k , a n d t h e r e q u i r e d

m o d i f i c a t i o n t o t h e d i s t r i b u t i o n , i s g i v e n i n S T E P 1 D .

: ; ; :

; : i . 1 :

F i g u r e 4 . 4 P o t e n t i a l r e s i s t a n c e o f r e i n f o r c e m e n t

a n d b o l t r o w s

r i

* — P r 2

j r 3

) M

2 6



S T E P 1 A ' R E I N F O R C E M E N T Y I E L D I N G


P o t e n t i a l r e s i s t a n c e

T h e p o t e n t i a l r e s i s t a n c e o f t h e r e i n f o r c e m e n t i n

t e n s i o n i s g i v e n b y :

e i n f =

j 4 e i n f

Y m

f = d e s i g n y i e l d s t r e n g t h o f r e i n f o r c e m e n t

A r e i n f

a r e a o f r e i n f o r c e m e n t w i t h i n t h e e f f e c t i v e

w i d t h o f s l a b f o r t h e c o n n e c t i o n ( s e e

F i g u r e 4 . 6 a n d S e c t i o n 5 ) .

Y m

p a r t i a l s a f e t y f a c t o r f o r r e i n f o r c e m e n t

( t a k e n a s 1 . 0 5 )

D e t a i l i n g r u l e s f o r t h e r e i n f o r c e m e n t a r e g i v e n i n

S e c t i o n 5 .

M i n i m u m a r e a o f r e i n f o r c e m e n t

I n g e n e r a l , t h e r o t a t i o n c a p a c i t y o f a c o n n e c t i o n

i n c r e a s e s a s t h e a r e a o f r e i n f o r c e m e n t i n c r e a s e s .

T h i s i s b e c a u s e t h e l e v e l o f s t r a i n a t w h i c h t h e

r e i n f o r c e m e n t f a i l s , a l l o w i n g f o r t e n s i o n s t i f f e n i n g ,

i n c r e a s e & 1 5 . A m i n i m u m a r e a i s t h e r e f o r e n e e d e d

t o e n s u r e t h a t ' c o m p a c t ' c o n n e c t i o n s c a n u n d e r g o

s u f f i c i e n t r o t a t i o n t o s t r a i n t h e r e i n f o r c e m e n t t o

y i e l d ( a s i s a s s u m e d i n t h e m o m e n t c a p a c i t y m o d e l ) .

M i n i m u m a r e a s o f r e i n f o r c e m e n t t h a t s h o u l d b e

p r o v i d e d i n a ' c o m p a c t ' o r ' p l a s t i c ' c o m p o s i t e

c o n n e c t i o n a r e g i v e n i n T a b l e 4 . 1 a s a f u n c t i o n o f :

. b e a m s i z e

. b e a m s t e e l g r a d e

. r e i n f o r c e m e n t p r o p e r t i e s

. c o n n e c t i o n t y p e - ' c o m p a c t ' o r ' p l a s t i c '

T h e m i n i m u m r e i n f o r c e m e n t l i m i t s i n T a b l e 4 . 1 a r e

m o r e o n e r o u s f o r ' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n s , b e c a u s e i n

a d d i t i o n t o t h e n e e d f o r y i e l d i n g o f t h e

r e i n f o r c e m e n t , t h e c o n n e c t i o n m u s t h a v e s u f f i c i e n t

r o t a t i o n c a p a c i t y t o b e h a v e a s a p l a s t i c h i n g e .

I n T a b l e 4 . 1 t h e m i n i m u m v a l u e s , m a r k e d ' 5 % ' ,

s h o u l d n o r m a l l y b e u s e d .

T h e s e v a l u e s a r e

a p p r o p r i a t e f o r h i g h y i e l d b a r s c o m p l y i n g w i t h

c u r r e n t B r i t i s h S t a n d a r d B S 4 4 4 9 , g r a d e 4 6 O B 2 0 .

T h i s g r a d e o f r e i n f o r c e m e n t h a s a m a n d a t o r y

r e q u i r e m e n t o f 1 4 % m i n i m u m e l o n g a t i o n a t f r a c t u r e ,

a n d a n o n - m a n d a t o r y r e q u i r e m e n t o f 5 % m i n i m u m

e l o n g a t i o n a t m a x i m u m f o r c e . G r a d e B 5 0 0 B b a r s

c o m p l y i n g w i t h B S E N 1 0 0 8 0 ( 2 1 ) a r e r e q u i r e d t o

( 1 . 1 )

h a v e s i m i l a r p r o p e r t i e s ; t h e y m u s t b e a b l e t o a c h i e v e

5 % t o t a l e l o n g a t i o n a t m a x i m u m f o r c e . E l o n g a t i o n

a t f r a c t u r e a n d t o t a l e l o n g a t i o n a t m a x i m u m f o r c e

a r e i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 4 . 5 .

M i n i m u m r e i n f o r c e m e n t a r e a s a r e a l s o g i v e n i n

T a b l e 4 . ' 1 f o r c o n n e c t i o n s t h a t u s e r e i n f o r c e m e n t

w h i c h i s c a p a b l e o f a c h i e v i n g 1 0 % m i n i m u m

e l o n g a t i o n a t m a x i m u m f o r c e .

T h e i n c r e a s e d


d u c t i l i t y

o f f e r s

c o n s i d e r a b l e

a d v a n t a g e s i n s o m e c a s e s , b e c a u s e i t p e r m i t s t h e

u s e o f l e s s r e i n f o r c e m e n t .

I t i s e s s e n t i a l t h a t w h e n a d e s i g n i s b a s e d o n t h e

u s e o f 1 0 % e l o n g a t i o n b a r s t h i s i s m a d e c l e a r i n t h e

p r o j e c t s p e c i f i c a t i o n . T h i s c a n b e d o n e b y g i v i n g t h e

b a r s a n ' X ' d e s i g n a t i o n , r a t h e r t h a n t h e ' T ' g e n e r a l l y

u s e d f o r h i g h t e n s i l e b a r & 2 2 . T h e ' X ' i n f o r m s t h e

c o n t r a c t o r t h a t t h e b a r s n e e d s p e c i f i c , n o n - s t a n d a r d

p r o p e r t i e s . I t i s r e c o m m e n d e d t h a t , i f p o s s i b l e , t h e

r e i n f o r c e m e n t s u p p l i e r u s e s c o l o u r e d l a b e l s t o c l e a r l y

d i s t i n g u i s h t h e h i g h e l o n g a t i o n ' X ' b a r s o n s i t e . I n

c a s e o f d o u b t c o n c e r n i n g t h e e l o n g a t i o n c a p a c i t y o f

b a r s , a p p r o x i m a t e l y h a l f t h e U K m a n u f a c t u r e r s

p r o v i d e r e i n f o r c e m e n t s u p p l i e r s w i t h a p p r o p r i a t e t e s t

i n f o r m a t i o n . I t s h o u l d t h e r e f o r e b e r e l a t i v e l y e a s y

f o r t h e c o n t r a c t o r t o c o n f i r m s u i t a b i l i t y w i t h h i s

r e i n f o r c e m e n t s u p p l i e r .

B a r s t h a t a r e c u r r e n t l y p r o d u c e d i n t h e U K u s i n g a

h o t f o r m i n g p r o c e s s m a y b e a s s u m e d t o b e

a p p r o p r i a t e f o r u s e w i t h t h e ' 1 0 % ' l i m i t s . A l l

2 0 m m d i a m e t e r b a r s p r o d u c e d b y m a j o r

m a n u f a c t u r e r s i n t h e U K c u r r e n t l y a r e h o t f o r m e d ,

a s a r e , o f t e n , 1 6 m m b a r s .

2 7




S T E P 1 A R E I N F O R C E M E N T Y I E L D I N G ( c o n t i n u e d )

C l )

C l )

a )

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

S t r a i n

T o t a l e l o n g a t i o n a t

M i n i m u m e l o n g a t i o n

m a x i m u m f o r c e

a t f r a c t u r e

( 5 % f o r B B O O B t o

(

a c c o r d i n g t o

D D E N V 1 0 0 8 0 ) B S 4 4 4 9 )

F i g u r e 4 . 5 E l o n g a t i o n l i m i t s f o r r e i n f o r c e m e n t

T a b l e 4 . 1 M i n i m u m a r e a o f r e i n f o r c e m e n t - ' c o m p a c t ' a n d ' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n s

T y p e

S t e e l

R e b a r

E l o n g a t i o n

L i m i t

B e a m D e p t h ( m m )

2 0 3

2 5 4

3 0 5

3 5 6

4 0 6

4 5 7

5 3 3

6 1 0

C o m p a c t

5 2 7 5

5 %

5 0 0

5 0 0

5 0 0

5 0 0

5 0 0

6 0 0

7 5 0 1 1 5 0

1 0 % 5 0 0

5 0 0

5 0 0

5 0 0

5 0 0 5 5 0

6 5 0

8 0 0

5 3 5 5

5 % 5 0 0

5 0 0

5 0 0

5 0 0

5 0 0 6 0 0

7 5 0

1 1 5 0

1 0 %

5 0 0

5 0 0 5 0 0

5 0 0

5 0 0

5 5 0

6 5 0

8 0 0

P l a s t i c

5 2 7 5

5 % : ' H

5 0 0

5 0 0

5 0 0

6 5 0

1 1 0 0

1 4 5 0 1 8 0 0

3 0 0 0

1 0 %

5 6 0

5 0 0

5 0 0

5 0 0

5 0 0

6 0 0

7 5 0

1 1 5 0

5 T 3 5 5

5 %

5 0 0

5 0 0

6 0 0

1 4 0 0

2 1 0 0 3 1 0 0

- -

1 0 %

5 0 0

5 0 0 5 0 0

5 0 0 6 5 0

9 0 0

2 0 0 0

2 8 5 0

N o t e : A d a s h ( - ) i n t h e t a b l e i n d i c a t e s t h a t e x c e s s i v e r e i n f o r c e m e n t i s r e q u i r e d , o p t i o n s a r e n o t

t h e r e f o r e p r a c t i c a l

2 8




M a x i m u m a r e a o f r e i n f o r c e m e n t

w h e r e :


T h e r e i n f o r c e m e n t a r e a m u s t a l s o b e l i m i t e d t o a

m a x i m u m v a l u e i n o r d e r t o :

S p r e v e n t l o c a l c o n c r e t e c r u s h i n g f a i l u r e u n d e r

u n b a l a n c e d l o a d i n g

. k e e p t h e c o m p r e s s i o n z o n e i n t h e l o w e r h a l f o f

t h e s t e e l b e a m .

T h e r e a s o n s f o r t h e s e l i m i t s a r e d i s c u s s e d b e l o w .

T o c o n s i d e r p o t e n t i a l c o n c r e t e c r u s h i n g f a i l u r e , a

t r u s s m o d e l h a s b e e n d e v e l o p e d t o r e p r e s e n t h o w

d o u b l e s i d e d c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s b e h a v e w h e n

t h e a p p l i e d m o m e n t s o n e i t h e r s i d e a r e u n e q u a l 8 .

F i g u r e 4 . 6 i l l u s t r a t e s t h e c o m p o n e n t s i n t h e t r u s s ,

s h o w i n g t h a t t h e c o n n e c t i o n r e s i s t a n c e r e l i e s o n t h e

a b i l i t y o f t h e c o n c r e t e t o b e a r a g a i n s t t h e c o l u m n o n

t h e l o w m o m e n t s i d e .

T h e n e t f o r c e i n t h e

r e i n f o r c e m e n t i s t h e r e f o r e l i m i t e d b y t h e s t r e n g t h

a n d a r e a o f c o n c r e t e i n b e a r i n g . A n e n h a n c e m e n t

f a c t o r m a y b e a p p l i e d t o t h e c o n c r e t e s t r e n g t h

b e c a u s e o f i t s c o n f i n e m e n t 2 3 .

1 1 1 1 1 1

1

N

- i t

1 1 1 1 1 1

E f f e c t i v e t r u s s m e m b e r s f o r m e d b y :

: 1 1 = l o n g i t u d i n a l r e i n f o r c e m e n t

= t r a n s v e r s e r e i n f o r c e m e n t

— c o n c r e t e

F i g u r e 4 . 6 T r u s s

m o d e l f o r

c o n n e c t i o n

b e h a v i o u r u n d e r u n b a l a n c e d m o m e n t

A c c o r d i n g t o t h e t r u s s m o d e l , t h e a r e a o f

l o n g i t u d i n a l r e i n f o r c e m e n t m u s t n o t e x c e e d :

A

0 . 6 b c O '

( 1 . 2 )

! L

f y

b c

w i d t h o f c o l u m n

d 5 = d e p t h o f s l a b a b o v e d e c k i n g

C c u

c u b e s t r e n g t h o f c o n c r e t e

f =

y i e l d s t r e n g t h o f t h e r e b a r

I i 5 a f u n c t i o n o f t h e d i f f e r e n c e i n a p p l i e d m o m e n t s ,

a n d b e a m d e p t h s , e i t h e r s i d e o f t h e n o d e :

1 2 = 1 _ M t 0 ' r 1

( 1 . 3 )

M h i g h h r 2

M , 0

= t h e s m a l l e r a p p l i e d m o m e n t ( m a y b e

t a k e n a s t h e s m a l l e r c o n n e c t i o n

m o m e n t c a p a c i t y w h e n ' p l a s t i c '

c o n n e c t i o n s a r e u s e d )

M h i g h

= t h e l a r g e r a p p l i e d m o m e n t ( m a y b e

t a k e n a s t h e l a r g e r c o n n e c t i o n m o m e n t

c a p a c i t y w h e n ' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n s

a r e u s e d )

h r i

= r e i n f o r c e m e n t l e v e r a r m o n t h e h i g h

m o m e n t s i d e

h r 2

= r e i n f o r c e m e n t l e v e r a r m o n t h e l o w

m o m e n t s i d e

I n g e n e r a l , u n b a l a n c e d m o m e n t s w i l l n o t b e

e x c e s s i v e

i n

b r a c e d f r a m e s , s o m a x i m u m

r e i n f o r c e m e n t a r e a l i m i t a t i o n s s h o u l d n o t b e

r e s t r i c t i v e .

I n a s y m m e t r i c s i t u a t i o n p i s z e r o ,

m e a n i n g t h a t t h e r e i s n o u p p e r l i m i t o n

r e i n f o r c e m e n t a r e a i m p l i e d b y t h i s m o d e l .

T r a n s v e r s e r e i n f o r c e m e n t a c t s a s a t e n s i o n m e m b e r

i n t h e t r u s s m o d e l ( s e e F i g u r e 4 . 6 ) . T h e a r e a o f

t r a n s v e r s e r e i n f o r c e m e n t m u s t s a t i s f y t h e f o l l o w i n g

l i m i t :

w h e r e :

F l e f t /

I

1 1

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

F r i g h t / 2

E f f e c t i v e w i d t h o f s l a b

( s e e S e c t i o n 5 f o r

d e f i n i t i o n )

F r i g h t / 2

l e f t /

F r i g h t > F l e f t

0 . 3 5 L A L

A T

I e - 1 -

— - 0 . 3

e L

( 1 . 4 )

2 9





w h e r e :

e L

2 . O b ( t h i s i s t h e o u t e r l i m i t o f t h e

l o n g i t u d i n a l r e i n f o r c e m e n t f r o m t h e

c o l u m n c e n t r e l i n e )

e T z

3 . O b

e L a n d e T a r e i d e n t i f i e d i n F i g u r e 5 . 1 .

I t i s a s s u m e d t h a t t h e l o n g i t u d i n a l a n d t r a n s v e r s e

r e i n f o r c i n g b a r s h a v e t h e s a m e n o m i n a l y i e l d

s t r e n g t h . W h e n ' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n s a r e u s e d , t h e

t r a n s v e r s e r e i n f o r c e m e n t a r e a w i l l o n l y b e

a p p r o x i m a t e l y o n e t e n t h o f t h e l o n g i t u d i n a l

r e i n f o r c e m e n t a r e a , a n d B S 8 1 1 0 ( 1 1 ) m i n i m u m

p e r c e n t a g e l i m i t s m a y g o v e r n t h e a r e a o f t r a n s v e r s e


I n t h e o r y , t h e l e n g t h o f t r a n s v e r s e r e i n f o r c e m e n t

m u s t b e l i m i t e d s o t h a t , w h i l s t s u f f i c i e n t a n c h o r a g e

i s p r o v i d e d f o r t h e b a r s t o a c t i n t h e t r u s s , t h e y d o

n o t a f f e c t t h e b e h a v i o u r o f t h e ' t r a n s v e r s e b e a m

c o n n e c t i o n s ' . I n p r a c t i c e , t h i s s h o u l d n o t b e c r i t i c a l .

D e t a i l i n g r u l e s a r e g i v e n i n S e c t i o n 5 .

T o e n s u r e a d e q u a t e s t r a i n i n t h e r e i n f o r c e m e n t ,

c o m p r e s s i o n m u s t b e r e s t r i c t e d t o t h e l o w e r h a l f o f

t h e s t e e l b e a m ( i . e . t h e p l a s t i c n e u t r a l a x i s m u s t n o t

b e h i g h e r t h a n t h e m i d - d e p t h o f t h e w e b ) .

A n o t h e r p o s s i b l e

r e a s o n

f o r

l i m i t i n g t h e

r e i n f o r c e m e n t a r e a i s t o a v o i d t h e n e e d f o r c o l u m n

c o m p r e s s i o n s t i f f e n e r s . F o r i n f o r m a t i o n , T a b l e 4 . 2

i n d i c a t e s m a x i m u m v a l u e s o f r e i n f o r c e m e n t a r e a

t h a t c a n b e u s e d , i n c o m b i n a t i o n w i t h d i f f e r e n t

n u m b e r s o f t e n s i o n

b o l t s ,

b e f o r e c o l u m n

c o m p r e s s i o n s t i f f e n e r s b e c o m e n e c e s s a r y . V a l u e s

a r e g i v e n f o r c o l u m n s i z e s g e n e r a l l y u s e d i n b u i l d i n g ,

c o n s i d e r i n g b o t h S 2 7 5 a n d 5 3 5 5 s t e e l . T h e l i m i t s

a r e b a s e d o n t h e a p p l i c a t i o n o f d e s i g n S t e p 2 A .

T h i s t a b l e m a y b e u s e d t o a s s e s s t h e r e l a t i v e

e c o n o m i c s o f d i f f e r e n t o p t i o n s , r e m e m b e r i n g t h a t

c o l u m n s t i f f e n i n g i s e x p e n s i v e .

3 0




T a b l e 4 . 2 ( a )

M a x i m u m a r e a s o f r e i n f o r c e m e n t t h a t c a n b e a d o p t e d w i t h o u t

c o l u m n c o m p r e s s i o n s t i f f e n i n g , S 2 7 5 c o l u m n s

C o l u m n

s e r i a l s i z e

A l l o w a b l e a r e a o f r e i n f o r c e m e n t ( m m 2 )

1 r o w M 2 0

2 r o w s M 2 0

1 r o w M 2 4

-

2 r o w s M 2 4

3 5 6 x 3 6 8 x 2 0 2

2 1 6 0

1 8 5 1

1 9 3 6

1 4 1 3

3 5 6 x 3 6 8 x 1 7 7

1 6 6 4

1 3 5 6

1 4 4 0

9 1 8

3 5 6 x 3 6 8 x 1 5 3

1 2 7 1

9 6 3

1 0 4 8

5 2 5

3 5 6 x 3 6 8 x 1 2 9

9 0 6

5 9 8

6 8 3

1 6 0

3 0 5 x 3 0 5 x 1 9 8

2 7 8 3

2 4 7 4

2 5 5 9

2 0 3 6

3 0 5 x 3 0 5 x 1 5 8 1 8 9 7 1 5 8 9 1 6 7 3

1 1 5 0

3 0 5 x 3 0 5 x 1 3 7

1 4 7 7

1 1 6 9

1 2 5 3

7 3 0

3 0 5 x 3 0 5 x 1 1 8

1 1 0 5

7 9 7

8 8 1

3 5 8

3 0 5 x 3 0 5 x 9 7

7 8 8

4 7 9

5 6 4

4 1

2 5 4 x 2 5 4 x 1 6 7

2 6 5 9

2 3 5 1

2 4 3 6

1 9 1 3

2 5 4 x 2 5 4 x 1 3 2

1 7 8 3

1 4 7 5

1 5 5 9

1 0 3 6

2 5 4 x 2 5 4 x 1 0 7

1 2 2 3

9 1 5

1 0 0 0

4 7 7

2 5 4 x 2 5 4 x 8 9

7 9 7

4 8 8

5 7 3

5 0

2 5 4 x 2 5 4 x 7 3

5 2 0

2 1 2

2 9 7

0

2 0 3 x 2 0 3 x 8 6

1 1 2 5

8 1 7

9 0 2

3 7 9

2 0 3 x 2 0 3 x 7 1

6 9 4

3 8 6

4 7 0

0

2 0 3 x 2 0 3 x 6 0

5 3 0

2 2 1

3 0 6

0

2 0 3 x 2 0 3 x 5 2

3 4 7

3 9

1 2 3

0

2 0 3 x 2 0 3 x 4 6

2 4 0

0

1 6

0

N o t e :

4 x 1 6 m m b a r s

= 8 0 4 m m 2

6 x 1 6 m m b a r s

= 1 2 1 0 m m 2

8 x 1 6 m m b a r s

= 1 6 1 0 m m 2

1 0 x 1 6 m m b a r s = 2 0 1 0 m m 2

4 x 2 0 m m b a r s = 1 2 6 0 m m 2

6 x 2 0 m m b a r s = 1 8 9 0 m m 2

8 x 0 2 m m b a r s = 2 5 1 0 m m 2

1 0 x 2 0 m m b a r s = 3 1 4 0 m m 2

V a l u e s a r e b a s e d o n V m

1 . 0 5 a n d s k

4 6 0

N / m m 2

3 1




T a b l e 4 . 2

( b )

M a x i m u m a r e a s o f r e i n f o r c e m e n t t h a t c a n b e a d o p t e d w i t h o u t

c o l u m n c o m p r e s s i o n s t i f f e n i n g , S 3 5 5 c o l u m n s

C o l u m n

s e r i a l s i z e

A l l o w a b l e a r e a o f r e i n f o r c e m e n t ( m m 2 )

— _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

I r o w M 2 0

2 r o w s M 2 0

I r o w M 2 4

2 r o w s M 2 4

3 5 6 x 3 6 8 x 2 0 2

2 9 2 6

2 6 1 8

2 7 0 3

2 1 8 0

3 5 6 x 3 6 8 x 1 7 7

2 2 8 7

1 9 7 9

2 0 6 3

1 5 4 1

3 5 6 x 3 6 8 x 1 5 3

1 7 8 0

1 4 7 2

1 5 5 7

1 0 3 4

3 5 6 x 3 6 8 x 1 2 9

1 3 2 4

1 0 1 6

1 1 0 0

5 7 8

3 0 5 x 3 0 5 x 1 9 8

3 7 3 0

3 4 2 2

3 5 0 6

2 9 8 3

3 0 5 x 3 0 5 x 1 5 8

2 5 8 6 2 2 7 8 2 3 6 3 1 8 4 0

3 0 5 x 3 0 5 x 1 3 7

2 0 4 5

1 7 3 7

1 8 2 2

1 2 9 9

3 0 5 x 3 0 5 x 1 1 8

1 5 6 4

1 2 5 5

1 3 4 0

8 1 7

3 0 5 x 3 0 5 x 9 7

1 1 5 3

8 4 5

9 2 9

4 0 6

2 5 4 x 2 5 4 x 1 6 7

3 5 7 0

3 2 6 2

3 3 4 6

2 8 2 4

2 5 4 x 2 5 4 x 1 3 2

2 4 4 0

2 1 3 2

2 2 1 6

1 6 9 4

2 5 4 x 2 5 4 x 1 0 7

1 7 1 7

1 4 0 8

1 4 9 3

9 7 0

2 5 4 x 2 5 4 x 8 9

1 1 8 0

8 7 2

9 5 6

4 3 4

2 5 4 x 2 5 4 x 7 3

—

8 1 0

5 0 2

5 8 7

6 4

2 0 3 x 2 0 3 x 8 6

1 5 9 1

1 2 8 3

1 3 6 7

8 4 5

2 0 3 x 2 0 3 x 7 1

1 0 4 5

7 3 7

8 2 2

2 9 9

2 0 3 x 2 0 3 x 6 0

8 2 2

5 1 4

5 9 8

7 5

2 0 3 x 2 0 3 x 5 2

5 8 4

2 7 6

3 6 1

0

2 0 3 x 2 0 3 x 4 6

4 4 7

1 3 9

2 2 4

0

N o t e :

4 x 1 6 m m b a r s

= 8 0 4 m m 2

6 x 1 6 m m b a r s

= 1 2 1 0 m m 2

8 x 1 6 m m b a r s

= 1 6 1 0 m m 2

1 0 x 1 6 m m b a r s = 2 0 1 0 m m 2

4 x 2 0 m m b a r s

= 1 2 6 0 m m 2

6 x 2 0 m m b a r s = 1 8 9 0 m m 2

8 x 0 2 m m b a r s = 2 5 1 0 m m 2

1 0 x 2 0 m m b a r s = 3 1 4 0 m m 2

V a l u e s a r e b a s e d o n Y m

1 . 0 5 a n d s k

4 6 0

N / m m 2

3 2




S T E P 1 B E N D P L A T E O R C O L U M N F L A N G E B E N D I N G A N D / O R B O L T

Y I E L D I N G

T h i s c h e c k i s c a r r i e d o u t s e p a r a t e l y f o r t h e c o l u m n

f l a n g e a n d t h e e n d p l a t e .

T h e p o t e n t i a l r e s i s t a n c e i n t e n s i o n o f t h e c o l u m n

f l a n g e o r e n d p l a t e , r ' i s t a k e n a s t h e m i n i m u m

v a l u e o b t a i n e d f r o m t h e t h r e e E q u a t i o n s ( 1 . 5 ) , ( 1 . 6 )

a n d ( L 7 ) , b e l o w .

w h e n m o d e 1 g o v e r n s , c o n n e c t i o n b e h a v i o u r i s

a l w a y s d u c t i l e ,

.

w h e n m o d e 2 g o v e r n s , c o n n e c t i o n d u c t i l i t y

s h o u l d b e d e m o n s t r a t e d b y t e s t i n g ,

. w h e n m o d e 3 g o v e r n s , c o n n e c t i o n b e h a v i o u r i s

a l w a y s n o n - d u c t i l e .

w h e r e :

r

p o t e n t i a l r e s i s t a n c e o f t h e b o l t r o w , o r b o l t

g r o u p

( 1 . 5 )

p , = e n h a n c e d b o l t t e n s i o n c a p a c i t y w h e r e p r y i n g

i s t a k e n i n t o a c c o u n t ( s e e T a b l e 4 . 3 )

P t , = t o t a l t e n s i o n c a p a c i t y f o r a l l t h e b o l t s i n t h e

g r o u p

M = p l a s t i c m o m e n t c a p a c i t y o f t h e e q u i v a l e n t

T - s t u b r e p r e s e n t i n g t h e c o l u m n f l a n g e o r

e n d p l a t e

= L e f f X t 2 X P y

( 1 . 8 )

4

L e f f

e f f e c t i v e l e n g t h o f y i e l d l i n e i n e q u i v a l e n t

T - s t u b ( s e e T a b l e s 4 . 4 , 4 . 5 a n d 4 . 6 ) .

t

= c o l u m n f l a n g e o r e n d p l a t e t h i c k n e s s

p y = d e s i g n s t r e n g t h o f c o l u m n / e n d p l a t e

m = d i s t a n c e f r o m b o l t c e n t r e t o 2 0 % d i s t a n c e

i n t o c o l u m n r o o t o r e n d p l a t e w e l d ( s e e

F i g u r e 4 . 8 )

n = e f f e c t i v e e d g e d i s t a n c e ( s e e F i g u r e 4 . 8 )

M o d e 3

B o l t f a i l u r e

L o ' t

( 1 . 7 )

N o t e t h a t :

.

- * P t '

N

P =

_ _ _ _

M o d e I

C o m p l e t e f l a n g e o r e n d p l a t e y i e l d i n g

P r y i n g f o r c e , Q

P r / 2 + Q

P r / 2 + Q


M o d e 2

B o l t f a i l u r e w i t h f l a n g e / e n d p l a t e y i e l d i n g

( 1 . 6 )


P t '

P t '


r

2 M + n ( P ' )

m

+ n

P r

3 3




S T E P 1 B ( c o n t i n u e d )

T a b l e 4 . 3 T e n s i l e c a p a c i t y o f a s i n g l e 8 . 8 b o l t

B o l t S i z e B S 5 9 5 0 :

P a r t 1 : P

E n h a n c e d v a l u e :

P '

M 2 0

M 2 4

M 3 0

( 4 5 0 N / m m 2 )

l l O k N

1 5 9 k N

2 5 2 k N

( 5 6 0 N / m m 2 )

1 3 7 k N

1 9 8 k N

3 1 4 k N

N o t e s

1 4 5 0 N / m m 2 i s t h e t e n s i o n s t r e n g t h o f b o l t

a c c o r d i n g t o B S 5 9 5 9 0 : P a r t 1

2

5 6 0 N / m m 2 i s t h e e n h a n c e d t e n s i o n s t r e n g t h

t h a t m a y b e u s e d w h e n p r y i n g a c t i o n i s

c o n s i d e r e d e x p l i c i t l y ( s e e R e f e r e n c e 4 )

• :

B a c k i n g P l a t e s

F o r s m a l l s e c t i o n c o l u m n s w i t h t h i n f l a n g e s , l o o s e

b a c k i n g p l a t e s c a n i n c r e a s e t h e r e s i s t a n c e o f t h e

c o l u m n f l a n g e b y p r e v e n t i n g a M o d e 1 b e n d i n g

f a i l u r e o f t h e f l a n g e . D e s i g n r u l e s f o r b a c k i n g p l a t e s

a r e

g i v e n i n S t e p 6 B .

S t i f f e n e r s

F o r e n d p l a t e o r c o l u m n f l a n g e b e n d i n g , b o l t g r o u p s

m u s t b e c o n s i d e r e d s e p a r a t e l y b e t w e e n s t i f f e n e r s o r

t h e b e a m f l a n g e , a s s h o w n i n F i g u r e 4 . 7 . T h e y i e l d

p a t t e r n o f a n y b o l t r o w b e l o w a s t i f f e n e r ( o r f l a n g e )

t h e

t h e

c a n n o t c o m b i n e w i t h a n y r o w ( s ) a b o v e

s t i f f e n e r / f l a n g e

o n t h e

s i d e w h e r e

s t i f f e n e r / f l a n g e i s .

F i g u r e 4 . 7

I n f l u e n c e o f s t i f f e n e r s

3 4

C o l u m n f I

c o m b i n a t i

—

-

g e

n s

- }

- } J i

, E n d p l a t e

c o m b i n a t i o n s



T a b l e 4 . 4 1 e f f f o r e q u i v a l e n t T - s t u b s f o r b o l t r o w a c t i n g a l o n e


P a i r o f b o l t s s e p a r a t e d b y a w e b i n a c o l u m n f l a n g e o r e n d p l a t e

_ _

. T a b l e 4 . 5 s h o w s w h i c h o f t h e a b o v e e x p r e s s i o n s h a v e t o b e c o n s i d e r e d .

. T a b l e 4 . 6 s h o w s w h i c h p a r t s o f t h e a b o v e e x p r e s s i o n s h a v e t o b e c o m b i n e d w h e n b o l t r o w s a c t a s

a g r o u p .

. D i m e n s i o n s m , e , e a r e s h o w n i n F i g u r e 4 . 8 .

. T h e v a l u e o f a i s d e t e r m i n e d f r o m t h e c h a r t i n F i g u r e 4 . 9 .

. L e f f 5 t h e l e n g t h o f t h e e q u i v a l e n t T - s t u b , n o t t h e l e n g t h o f t h e p a t t e r n s h o w n .

3 5

P a t t e r n ( i )

C i r c u l a r y i e l d i n g

L e f f

2 E m

P a t t e r n ( i i )

S i d e y i e l d i n g

L e f f

4 m +

1 . 2 5 e

P a t t e r n ( i i i )


n e a r b e a m

f l a n g e o r a

s t i f f e n e r

L e f f _ a m 1

P a t t e r n ( i v )


b e t w e e n t w o

s t i f f e n e r s

L e f f

a m 1 +

a ' m 1 - ( 4 m 1 +

1 . 2 5 e )

( a i s c a l c u l a t e d

u s i n g m 2

a ' i s c a l c u l a t e d

u s i n g m 2 L )

e x t

P a t t e r n ( v )

C o r n e r y i e l d i n g

L e f f

2 m +

O . 6 2 5 e +

N o t e s :

P a t t e r n ( v i )

C o r n e r y i e l d i n g

n e a r a s t i f f e n e r

L e f f

a m 1 -

( 2 m 1 +

O . 6 2 5 e ) + e




T a b l e 4 . 5 1 e f f t o b e c o n s i d e r e d f o r a b o l t r o w a c t i n g a l o n e ( e x p r e s s i o n s t o b e u s e d f r o m

T a b l e 4 . 4 )

B o l t r o w n o t

i n f l u e n c e d b y a

s t i f f e n e r o r a f r e e

e n d

U s e : M m { i i , i }

B o l t r o w n e x t t o a

s t i f f e n e r

U s e : M i n { M a x { i i ,

i i i } , l }

B o l t . r o w b e l o w t h e

b e a m f l a n g e

I f g > O . 7 B b o r T b

< O . 8 t

U s e :

I

I ( ÷ . . 1 . 1

I I t J

o t h e r w i s e

U s e :

M i n { M a x { i i , i i i } , l }

( t h i s i s a n i n t e r i m

r u l e )

B o l t r o w b e t w e e n

f r e e e n d a n d

s t i f f e n e r s

U s e :

M i n { M a x { v , v i } ,

M a x { i i , i i i } , I }

B o l t r o w b e t w e e n

s t i f f e n e r s

U s e : M i n { M a x { i v , i i i

( m 2 ) , i i i ( m 2 L ) , i i } , l }

( m 2 a n d m 2 a r e a s

B o l t r o w n e x t t o a

f r e e e n d

U s e : M m { v , i i , I )

N o t e s :

. E f f e c t i v e l e n g t h e x p r e s s i o n s a r e g i v e n i n T a b l e 4 . 4 .

. A n y o t h e r b o l t s , a b o v e o r b e l o w a r e i g n o r e d w h e n c o n s i d e r i n g a s i n g l e b o l t r o w .

. T h e e x p r e s s i o n s s i g n i f i e d b y t h e p a t t e r n n u m b e r s d e t e r m i n e t h e e f f e c t i v e l e n g t h t o b e u s e d . T h e y

t a k e a c c o u n t o f a n y b e n e f i t d u e t o t h e p r o x i m i t y o f a s t i f f e n e r o r a d v e r s e e f f e c t d u e t o a f r e e e n d .

. M i n { M a x { i i , i i i } , l } m e a n s : f i r s t l y d e t e r m i n e a m a x i m u m f r o m p a t t e r n s ( i i ) a n d ( i i i ) , t h e n t a k e t h e

m i n i m u m o f t h i s r e s u l t a n d p a t t e r n ( i l ) , e . g . i f p a t t e r n s ( i l ) , ( i i ) a n d ( i i i ) g a v e l e n g t h s o f 3 0 0 m m ,

2 0 0 r h m , 1 0 0 m m r e s p e c t i v e l y , t h e n t h e r e s u l t w o u l d b e 2 0 0 m m .

3 6




3 7

T o p o r b o t t o m

r o w o f a g r o u p

n e x t t o a

s t i f f e n e r

U s e :

I i i ( . . . i ñ l p

M a x — , i i i i — —

1 2 2 ) j 2



n e x t t o a f r e e

e d g e

U s e :

I

i i i p

M I n e , — ÷ —

2 J 2

T a b l e 4 . 6 L e f f t o b e c o n s i d e r e d f o r b o l t r o w s a c t i n g i n c o m b i n a t i o n ( e x p r e s s i o n s t o b e u s e d

f r o m T a b l e 4 . 4 )



i

I

a l o n g a c l e a r

P 1

- ; -

p

- . 4 -

i

- $ -

I

—

I n t e r m e d i a t e


U s e :

p

—

— - -

- ' -

B o l t r o w o f a

g r o u p b e l o w

t h e b e a m f l a n g e

I f g > O . 7 B b o r

T b < O . 8 t

U s e :

M a x L L , l + 2

2

2 J 2

o t h e r w i s e

U s e :

M a x T , ( i i i _ ! ! . ) l + 2 .

2 ) j 2

s I

T y p i c a l E x a m p l e s

G r o u p o f t h r e e r o w s i n a c l e a r l e n g t h

G r o u p o f t h r e e r o w s i n a f l u s h e n d p l a t e

L e f f

p a t t e r n ( i i ) + 2 p

w h e r e T b < O . 8 t

: . L e f f f o g r o u p = 4 m + 1 . 2 5 e + 2 p

L e f f

M a x o f : i ! + ! L ÷ 2 o r

2 2

2 2

?

. . L e f f f o r g r o u p = M a x o f : 4 m + 1 . 2 5 e + 2 p

o r O . 5 a m 1 + 2 m + 0 . 6 2 5 + 2 p

N o t e s :

.

E f f e c t i v e l e n g t h e x p r e s s i o n s f o r i n d i v i d u a l r o w s a r e g i v e n i n T a b l e 4 . 4 .

.

T h e t o t a l e f f e c t i v e l e n g t h o f t h e e q u i v a l e n t T - s t u b f o r a g r o u p o f b o l t s i s t h e s u m o f t h e

e f f e c t i v e l e n g t h s f o r e a c h r o w , a s g i v e n a b o v e .




C O N N E C T I O N G E O M E T R Y

H F

.

: . .

L L _ r

T ' .

, . U

, . . .

.

. ' :

• : :

' ' : . ' : : :

:

— R o w

— R o w 3

m =

2 2

e = P g

2 2

F o r t h e c o l u m n f l a n g e :

m = - - - O . 8 r

( 1 . 1 1 )

2 2

e

2 2

T h e e f f e c t i v e e d g e d i s t a n c e , d i m e n s i o n i n ' u s e d i n

t h e M o d e 2 f o r m u l a , i s t a k e n a s :

f o r a n e n d p l a t e , t h e m i n i m u m o f

S ' e ' f o r t h e c o l u m n f l a n g e

. ' e ' f o r t h e e n d p l a t e

. 1 . 2 5 m f o r t h e e n d p l a t e

f o r a c o l u m n f l a n g e , t h e m i n i m u m o f :

S

' e ' f o r t h e c o l u m n f l a n g e

( 1 . 9 )

.

' e ' f o r t h e e n d p l a t e

.

1 . 2 5 m f o r t h e c o l u m n f l a n g e .

— i

1 1 i 2

- _ _ _ _ p 2 _ 3

b

<

C o l u m n s i d e B e a m s i d e

F i g u r e 4 . 8 C o n n e c t i o n g e o m e t r y

F o r t h e e n d p l a t e :

S e c t i o n A - A

( 1 . 1 0 )

w h e r e :

g = h o r i z o n t a l

d i s t a n c e

b e t w e e n

b o l t

c e n t r e l i n e s ( g a u g e )

b = e n d p l a t e w i d t h

( 1 . 1 2 )

B = c o l u m n f l a n g e w i d t h

t b

b e a m w e b t h i c k n e s s

t c = c o l u m n w e b t h i c k n e s s

s w w = l e g l e n g t h o f f i l l e t w e l d t o b e a m w e b

S w f

l e g l e n g t h o f f i l l e t w e l d t o b e a m f l a n g e .

N o t e : D i m e n s i o n s m , n a n d e , t h o u g h u s e d

w i t h o u t s u b s c r i p t s , c o m m o n l y d i f f e r

b e t w e e n c o l u m n a n d b e a m s i d e s .

3 8




a C H A R T

2 7 t 5 . 5

4 . 7 5

6 5

4 . 5

0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9

> 1

, % 1

- 4 -

- - 4 . - .

4 : 1

M i n i m u m v a l u e o f

a = 4 . 4 5

(

4 . 5

- i i 5 . 5

N o t e : M a t h e m a t i c a l e x p r e s s i o n s f o r a a r e g i v e n i n R e f e r e n c e 4

F i g u r e 4 . 9

V a l u e s o f a f o r b o l t r o w s a d j a c e n t t o a s t i f f e n e r o r b e a m f l a n g e

3 9

1 . 4

4 . 4 5

2 1

1 . 3

1 . 2

1 . 1

1 . 0

0 . 9

0 . 8

0 . 7

0 . 6

0 . 5

0 . 4

0 . 3

0 . 2

0 . 1

0

\

\ \

\ \

0

0 . 1

0 . 2 0 . 3

m 2

i f ) 1

I l i =

m + e

m 2

' 2

m 1 e




S T E P 1 C W E B T E N S I O N I N B E A M O R C O L U M N

N o t e : W e b t e n s i o n f a i l u r e i s n o n - d u c t i l e a n d

t h e r e f o r e m u s t n o t b e a l l o w e d t o g o v e r n t h e

m o m e n t c a p a c i t y o f a ' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n .

G e n e r a l

T h i s c h e c k i s c a r r i e d o u t s e p a r a t e l y f o r b o t h t h e

b e a m w e b a n d t h e c o l u m n w e b . T h e p o t e n t i a l

r e s i s t a n c e i n t e n s i o n o f a w e b , f o r a r o w o r a

g r o u p o f b o l t s , i s t a k e n a s :

P t

=

L x t x p

( 1 . 1 3 )

w h e r e :

S t i f f e n e r s

W e b t e n s i o n w i l l n o t g o v e r n f o r a n y r o w o r

g r o u p o f b o l t s w h e r e s t i f f e n e r s a r e p r e s e n t

w i t h i n t h e t e n s i l e l e n g t h , L .

L = e f f e c t i v e l e n g t h o f w e b a s s u m i n g a

m a x i m u m s p r e a d a t 6 0 0 f r o m t h e b o l t s t o

t h e c e n t r e o f t h e w e b ( F i g u r e 4 . 1 0 )

t h i c k n e s s o f t h e w e b

d e s i g n s t r e n g t h o f t h e s t e e l i n t h e c o l u m n

o r b e a m

t w

p v

L

N o t e : O n l y t w o e x a m p l e s o f w e b t e n s i o n c h e c k s a r e i l l u s t r a t e d .

o f r o w s m u s t b e c o n s i d e r e d .

F i g u r e 4 . 1 0 T y p i c a l w e b t e n s i o n c h e c k s

E a c h r o w a n d c o m b i n a t i o n

4 0




S T E P 1 D M O D I F I C A T I O N O F B O L T R O W R E S I S T A N C E S

T h e m e t h o d g i v e n i n S t e p s 1 A , 1 B a n d 1 C f o r

d e t e r m i n i n g p o t e n t i a l r e s i s t a n c e s i n t h e t e n s i o n

z o n e i s b a s e d o n a p l a s t i c d i s t r i b u t i o n o f

r e i n f o r c e m e n t a n d b o l t f o r c e s . T h i s d i s t r i b u t i o n i s

o n l y a p p r o p r i a t e w h e n s u f f i c i e n t d e f o r m a t i o n c a n

t a k e p l a c e t o p l a s t i f y t h e e n d p l a t e o r c o l u m n

f l a n g e a d j a c e n t t o t h e b o l t s , a n d y i e l d t h e


T o e n s u r e s u f f i c i e n t e n d p l a t e / c o l u m n f l a n g e

d e f o r m a t i o n a t w o r k i n g v a l u e s o f r o t a t i o n , a b o l t

r o w m u s t b e a t l e a s t 2 0 0 m m a b o v e t h e p l a s t i c

n e u t r a l a x i s ( t o p o f c o m p r e s s i o n z o n e ) . T h e l i m i t

o f 2 0 0 m m i s d e r i v e d f r o m t e s t r e s u l t s . B e c a u s e

t h e p o s i t i o n o f t h e p l a s t i c n e u t r a l a x i s i s c a l c u l a t e d

l a t e r , i n S t e p 2 B , i t e r a t i o n m a y b e r e q u i r e d t o

e s t a b l i s h a p p r o p r i a t e b o l t r o w r e s i s t a n c e s . T h e

w o r k e d e x a m p l e ( A p p e n d i x A ) d e m o n s t r a t e s h o w

t h e p r o c e d u r e o p e r a t e s i n p r a c t i c e .

F o r b o l t r o w s t h a t a r e l e s s t h a n 2 0 0 m m a b o v e

t h e n e u t r a l a x i s ( b u t s t i l l i n t e n s i o n ) , a t r i a n g u l a r

l i m i t m u s t b e i m p o s e d t o e s t a b l i s h t h e r e s i s t a n c e .

F o r e x a m p l e , t h e r e s i s t a n c e o f a r o w 1 5 0 m m

f r o m t h e n e u t r a l a x i s w o u l d o n l y b e t h r e e q u a r t e r s

o f t h e f u l l p o t e n t i a l r e s i s t a n c e ( s e e F i g u r e 4 . 1 1 ) .

T h e d e t a i l i n g r e q u i r e m e n t s g i v e n i n S e c t i o n 5 m u s t

a l s o b e r e s p e c t e d t o v a l i d a t e t h e u s e o f t h e f u l l

b o l t r o w r e s i s t a n c e .

R e a d e r s f a m i l i a r w i t h

R e f e r e n c e 4 m a y b e i n t e r e s t e d t o n o t e t h a t

s a t i s f y i n g t h e s e d e t a i l i n g r e q u i r e m e n t s m a k e s a n

e x p l i c i t c h e c k o f S t e p 1 C i n t h a t p u b l i c a t i o n

u n n e c e s s a r y .

I f .

: 2 : o o - ; n I I

.

N e u t r a l

2

D i s l o c a t i o n r e p r e s e n t s

s l i p a t s t e e l / c o n c r e t e

i n t e r f a c e

S t r a i n r e q u i r e d

t o p r o d u c e f u l l

b o l t f o r c e

— - -

1 5 O m m

F i g u r e 4 . 1 1

T r i a n g u l a r l i m i t t o b o l t f o r c e s

4 1




S T E P 1 W O R K S H E E T : T E N S I O N Z O N E

P o t e n t i a l

R e s i s t a n c e

F r o m S t e p 1 A

4 2

R o w

S t e p

C o l u m n

I B F l a n g e

S i d e

S t e p I C W e b

B e a m S i d e

S t e p

1 B

S t e p

1 C W e b

B e n d i n g

T e n s i o n

P l a t e B e n d i n g

T e n s i o n


S t e p 1 D

M o d i f y b o l t

f o r c e s

r e i n f I

I i I

R o w 1

l e a s t o f

6 g i v e s

b o x e s 2 t o

I

1 4 1

I

1 5 1 I

1 6 1

' c r 1

1

1 7 1

R o w 2 a / o n e

I

1 1 0 1

I l i i i

l e a s t o f b o x e s :

r o w s ( 1 + 2 ) c o m b i n e d :

8 t o 1 1 a n d

r r r r i

h A l

I

I i i

i i I I i

L L J

1 6 t o

2 0 g i v e s

I 1 1 8 1 I l i 1

I 1 2 0 1

P r 2 1

1 2 1 1

r o w 3 a / o n e

I 1 2 4 1 I 2 5 1

c o r n b i n e d r o w s

( 2 + 3 )

1 T " 1

p 2 8 ,

r r

i 2 9 i

L _ _ _ J _ _ J

I 1 3 2 1

I

1 3 3 1

l e a s t o f b o x e s

. c o m b i n e d r o w s ( 1 + 2 + 3 ) :

2 2 t o 2 5 a n d

i " T i

b o x e s 6 & 2 0 :

1 T 1

_ _ _ J . . _ _ J

° t o 3 3 a n d

3 8 t o 4 2 g i v e s

I

1 4 0 1 I 1 4 1 I I 1 4 2 1

' ° r 3 I 4 3 l

S e e t h e w o r k e d e x a m p l e u s i n g t h e w o r k s h e e t i n A p p e n d i x A



N o t e

C o l u m n W e b C r u s h i n g ( B e a r i n g )

= ( b 1 + n 2 ) x t x p

w h e r e :

b 1 = s t i f f b e a r i n g l e n g t h b a s e d o n a 4 5 °

d i s p e r s i o n t h r o u g h t h e e n d p l a t e f r o m t h e

e d g e o f t h e w e l d s

n 2

l e n g t h o b t a i n e d b y a 1 : 2 . 5 d i s p e r s i o n

t h r o u g h t h e c o l u m n f l a n g e a n d r o o t r a d i u s


P V C = d e s i g n s t r e n g t h o f t h e c o l u m n

t p = e n d p l a t e t h i c k n e s s

T = c o l u m n f l a n g e t h i c k n e s s

r = c o l u m n r o o t r a d i u s

C o l u m n W e b B u c k l i n g

T h e a r e a o f w e b p r o v i d i n g r e s i s t a n c e t o b u c k l i n g

i s c a l c u l a t e d a s s u m i n g a w e b l e n g t h a s s h o w n i n

F i g u r e 4 . 1 3 ( B S 5 9 5 0 : P a r t 1 : C l 4 . 5 . 2 . 1 ) .

w h e r e :

N o t e :

b 1 , n 1 , n 2 m u s t b e r e d u c e d i f :

t h e e n d p l a t e p r o j e c t i o n i s i n s u f f i c i e n t f o r

f u l l d i s p e r s a l

.

t h e c o l u m n p r o j e c t i o n i s i n s u f f i c i e n t f o r f u l l

d i s p e r s a l


S T E P 2 A C O M P R E S S I O N C H E C K - C O L U M N

R E S I S T A N C E O F T H E C O L U M N W E B I N T H E C O M P R E S S I O N Z O N E

T h e r e s i s t a n c e i n c o m p r e s s i o n o f t h e c o l u m n w e b

m a y b e g o v e r n e d b y b e a r i n g o r b u c k l i n g . C h e c k s

f o r b o t h c a s e s a r e g i v e n b e l o w .

F o r t h e r e s i s t a n c e o f s t i f f e n e d c o l u m n s , r e f e r e n c e

s h o u l d b e m a d e t o S t e p 6 A .

C o l u m n w e b c r u s h i n g ( b e a r i n g ) a n d b u c k l i n g a r e

b o t h n o n - d u c t i l e f a i l u r e m e c h a n i s m s , w h i c h c a n n o t

t h e r e f o r e b e a l l o w e d t o g o v e r n t h e m o m e n t

c a p a c i t y o f a ' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n .

T h e a r e a o f w e b p r o v i d i n g r e s i s t a n c e t o c r u s h i n g

i s c a l c u l a t e d a s s u m i n g a f o r c e d i s p e r s i o n l e n g t h a s

s h o w n i n F i g u r e 4 . 1 2 ( B S 5 9 5 0 : P a r t 1 : C l 4 . 5 . 3 ) .

( b

F i g u r e 4 . 1 3

( b 1 +

L e n g t h f o r w e b b u c k l i n g

. i P

T b

F i g u r e 4 . 1 2

F o r c e

d i s p e r s i o n

c r u s h i n g

P C = ( b 1 + n 1 ) x t x p

( 1 . 1 5 )

b 1 = s t i f f b e a r i n g l e n g t h a s a b o v e

n l = l e n g t h o b t a i n e d b y a 4 5 ° d i s p e r s i o n

t h r o u g h h a l f t h e d e p t h o f t h e c o l u m n ,

w h i c h i s e q u a l t o t h e c o l u m n d e p t h ( D o )


P C = c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f t h e c o l u m n w e b

f r o m B S 5 9 5 0 : P a r t 1 T a b l e 2 7 ( c ) w i t h

A = 2 . 5 d / t

f o r w e b d

d e p t h o f w e b b e t w e e n f i l l e t s

T h e a b o v e e x p r e s s i o n a s s u m e s t h a t t h e c o l u m n

( 1 . 1 4 )

f l a n g e s a r e l a t e r a l l y r e s t r a i n e d r e l a t i v e t o o n e

a n o t h e r ( B S 5 9 5 0 : P a r t 1 C l a u s e 4 . 5 . 2 . 1 . ) . I f t h i s

i s n o t t h e c a s e , r e f e r e n c e s h o u l d b e m a d e t o

B S 5 9 5 0 : P a r t 1 C l a u s e 4 . 5 . 1 . 5 a n d 4 . 5 . 2 . 1 .

4 3




S T E P 2 B C O M P R E S S I O N C H E C K - B E A M

R E S I S T A N C E O F T H E B E A M F L A N G E A N D W E B I N T H E C O M P R E S S I O N Z O N E

B e a m F l a n g e C r u s h i n g ( B e a r i n g )

P y b = d e s i g n s t r e n g t h o f t h e b e a m

k B b >

T b

t h e b e a m f l a n g e t h i c k n e s s

8 b

t h e b e a m f l a n g e b r e a d t h ( w i t h d u e

c o n s i d e r a t i o n o f a n y n o t c h i n g )

F i g u r e 4 . 1 4

C o m p r e s s i o n i n b e a m f l a n g e

o n l y

T h e c e n t r e o f c o m p r e s s i o n i s t a k e n a s t h e m i d -

d e p t h o f t h e b e a m c o m p r e s s i o n f l a n g e , a s s h o w n

i n F i g u r e 4 . 1 4 . T h i s a c c o r d s w i t h t h e b e h a v i o u r o f

c o n n e c t i o n s u n d e r t e s t 2 4 .

A l l o w i n g t h e f l a n g e - o n l y c o m p r e s s i o n s t r e s s t o

e x c e e d t h e y i e l d s t r e s s b y 4 0 % i s j u s t i f i e d b y t w o

l o c a l i s e d e f f e c t s ; s t r a i n - h a r d e n i n g a n d d i s p e r s i o n

i n t o t h e w e b a t t h e r o o t o f t h e s e c t i o n . T y p i c a l l y

( f o r U B s e c t i o n s ) e a c h o f t h e s e e f f e c t s w i l l

a c c o u n t f o r a r o u n d 2 0 % ' o v e r s t r e s s ' , s o t h a t a n

e f f e c t i v e 1 4 P y b c a n b e t a k e n w h e n t h e f l a n g e a r e a

i s a s s u m e d t o a c t a l o n & 4 . T h i s v a l u e s h o u l d o n l y

b e u s e d w h e n f l a n g e s a r e e i t h e r C l a s s 1 ( p l a s t i c )

o r 2 ( c o m p a c t ) .

W h e n t h e c o m p r e s s i o n c a p a c i t y o f t h e f l a n g e

a l o n e i s e x c e e d e d , a s i t o f t e n w i l l b e d u e t o t h e

p r e s e n c e o f s i g n i f i c a n t r e i n f o r c e m e n t , a L s h a p e d

c o m p r e s s i o n z o n e s h o u l d b e c o n s i d e r e d , e x t e n d i n g

s o m e d i s t a n c e u p t h e w e b ( s e e F i g u r e 4 . 1 5 ) .

N o t e t h a t :

. T h e s t r e s s i n t h i s

s e c t i o n m u s t b e l i m i t e d t o

1 . 2 p . s i n c e t h e c o n t r i b u t i o n o f t h e w e b i s n o w

b e i n g t a k e n i n t o a c c o u n t e x p l i c i t l y . F l a n g e s

s h o u l d b e e i t h e r C l a s s 1

( p l a s t i c ) o r 2

( c o m p a c t ) .

. T h e c e n t r e o f c o m p r e s s i o n i s r e d e f i n e d a s t h e

c e n t r o i d o f t h e s e c t i o n , a n d t h e l e v e r a r m s t o

t h e b o l t s a n d r e i n f o r c e m e n t a r e r e d u c e d

a c c o r d i n g l y .

J \

b

k B b

F i g u r e 4 . 1 5

C o m p r e s s i o n i n b e a m f l a n g e

a n d p o r t i o n o f w e b

.

A n i t e r a t i v e c a l c u l a t i o n p r o c e s s w i l l b e c o m e

n e c e s s a r y i f t h e h e i g h t o f t h e n e u t r a l a x i s i s

s u c h t h a t b o l t r e s i s t a n c e s n e e d m o d i f y i n g

( S t e p

1 D ) .

T h e w o r k e d e x a m p l e

( A p p e n d i x A ) d e m o n s t r a t e s h o w t h e

p r o c e d u r e o p e r a t e s i n p r a c t i c e .

B e c a u s e c o m p r e s s i o n i n t h e b e a m e x t e n d s i n t o t h e

w e b , a n d a l i m i t i n g s t r e s s o f 1 . 2 p a s s u m e s

p l a s t i f i c a t i o n t o t a k e p l a c e , t h e w e b s h o u l d b e

C l a s s 1 ( p l a s t i c ) o r 2 ( c o m p a c t ) .

B e c a u s e

c o n n e c t i o n d e t a i l i n g r u l e s l i m i t t h e d e p t h o f

c o m p r e s s i o n t o t h e l o w e r h a l f o f t h e b e a m , a l l

p r a c t i c a l r o l l e d s e c t i o n s e f f e c t i v e l y s a t i s f y t h i s

r e s t r i c t i o n . I f f a b r i c a t e d s e c t i o n s w i t h a C l a s s 3

( s e m i - c o m p a c t ) w e b a r e u s e d , t h e y m a y b e t r e a t e d

a s C l a s s 2 b y i g n o r i n g p a r t o f t h e w e b . T h e

e f f e c t i v e s e c t i o n s h o u l d b e d e f i n e d b y c o n s i d e r i n g

a d e p t h o f w e b e q u a l t o 1 9 t e a d j a c e n t t o b o t h t h e

c o m p r e s s i o n f l a n g e a n d t h e n e u t r a l a x i s ( w h e r e t

i s t h e w e b t h i c k n e s s a n d e =

A s a f i r s t c h e c k , t h e p o t e n t i a l r e s i s t a n c e o f t h e

f l a n g e i n c o m p r e s s i o n i s t a k e n a s :

P C = 1 . 4 X p y b X T b X B b

( 1 . 1 6 )

w h e r e :

P C

- )

4 4



T h e r e s i s t a n c e o f a n u n s t i f f e n e d c o l u m n w e b p a n e l

i n s h e a r i s :

P v = O . 6 x p x t x D

w h e r e

P V C = d e s i g n s t r e n g t h o f t h e c o l u m n


D = c o l u m n s e c t i o n d e p t h

T h e r e s u l t a n t p a n e l s h e a r f r o m c o n n e c t i o n s t o b o t h

c o l u m n f l a n g e s m u s t b e t a k e n i n t o a c c o u n t

F o r a t w o - s i d e d c o n n e c t i o n w i t h b a l a n c e d

( 1 . 1 7 )

m o m e n t s , t h e s h e a r i s z e r o , b u t i n t h e c a s e o f a

c o n n e c t i o n w i t h u n b a l a n c e d m o m e n t s t h e s h e a r i s

t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e t w o o p p o s i n g f o r c e s .

T h e r e s i s t a n c e o f s t i f f e n e d c o l u m n s c a n b e

d e t e r m i n e d b y r e f e r e n c e t o S t e p 6 D .


S T E P 3 D E S I G N F O R C O L U M N P A N E L S H E A R

R E S I S T A N C E O F T H E C O L U M N W E B P A N E L I N S H E A R

w h e n c h e c k i n g t h e w e b , a s s h o w n i n F i g u r e 4 . 1 6 .

F = C 2 - C 1

F i g u r e 4 . 1 6 W e b p a n e l s u b j e c t t o s h e a r f o r c e

4 5




S T E P 4 C A L C U L A T I O N O F M O M E N T C A P A C I T Y

F o r c e D i s t r i b u t i o n

T h e r e i n f o r c e m e n t a n d b o l t r o w r e s i s t a n c e s

c a l c u l a t e d i n S t e p 1 c a n o n l y b e f u l l y r e a l i s e d i f

s u f f i c i e n t c o m p r e s s i o n z o n e r e s i s t a n c e i s a v a i l a b l e

( S t e p 2 ) . T h e y a r e t h e r e f o r e ' p o t e n t i a l ' r e s i s t a n c e s ,

a n d m u s t b e r e d u c e d i f n e c e s s a r y t o e n s u r e

e q u i l i b r i u m . F i g u r e 4 . 1 7 s h o w s t h e t r a n s i t i o n f r o m

p o t e n t i a l r e s i s t a n c e s ( P ) i n t o a c t u a l f o r c e s ( F ) .

T o m a i n t a i n e q u i l i b r i u m , t h e s u m o f t h e t e n s i l e

f o r c e s m u s t s a t i s f y t h e f o l l o w i n g e q u a t i o n :

e i n f

+ N

=

w h e r e N i s t h e a x i a l l o a d i n t h e b e a m

( p o s i t i v e f o r c o m p r e s s i o n )

a n d

F i s t h e s m a l l e s t o f t h e f o l l o w i n g :

e i n f P j + N

( 1 . 1 9 )

o r , ° ( c o l u m n w e b c r u s h i n g ( b e a r i n g ) ) . N o t e

t h a t t h i s i s a n u n a c c e p t a b l e f a i l u r e

m e c h a n i s m f o r a ' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n , a n d

m u s t n o t g o v e r n m o m e n t c a p a c i t y i n s u c h

c a s e s .

o r P ( c o l u m n w e b b u c k l i n g ) . N o t e t h a t t h i s i s

a n u n a c c e p t a b l e f a i l u r e m e c h a n i s m f o r a

' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n , a n d m u s t n o t g o v e r n

m o m e n t c a p a c i t y i n s u c h c a s e s .

I f t h e f i r s t o f t h e s e c o n d i t i o n s l i m i t s t h e a c t u a l

t e n s i l e f o r c e s i t m e a n s t h a t t h e f u l l ' p o t e n t i a l '

r e s i s t a n c e s c a n b e m o b i l i s e d . I f o n e o f t h e l a t t e r

t h r e e c o n d i t i o n s g o v e r n s , i t m e a n s t h a t t h e f u l l

' p o t e n t i a l ' r e s i s t a n c e s c a n n o t b e a c h i e v e d b e c a u s e

o f c o m p r e s s i o n l i m i t a t i o n s .

I f t h e r e i s a n e x c e s s p o t e n t i a l r e s i s t a n c e i n t h e

r e i n f o r c e m e n t o r b o l t s i n t e n s i o n , t h e n t h e f o r c e s

s h o u l d b e r e d u c e d . R e d u c t i o n s h o u l d s t a r t w i t h

t h e b o t t o m r o w o f b o l t s a n d w o r k u p p r o g r e s s i v e l y

u n t i l e q u i l i b r i u m i s a c h i e v e d b e t w e e n t h e t e n s i o n

a n d c o m p r e s s i o n f o r c e s .

F o r t h e r e i n f o r c e m e n t : F r e j f l f r e i n f

F o r e a c h b o l t r o w : F r j r i

w h e r e :

r e i n f

= p o t e n t i a l r e s i s t a n c e o f r e i n f o r c e m e n t

r i

= p o t e n t i a l r e s i s t a n c e o f b o l t r o w i

F r e i n f

= f i n a l f o r c e i n r e i n f o r c e m e n t

F r i

= f i n a l f o r c e i n b o l t r o w i

C o l u m n w e b p a n e l s h e a r r e q u i r e m e n t s m u s t a l s o

b e s a t i s f i e d ( s e e S t e p 3 ) .

( 1 . 1 8 )

o r ' ° ( b e a m c r u s h i n g ( b e a r i n g ) )

F r e i n f .

. •

t i r e i n f .

.

F r i

h 1

F r 2 *

h 2

F r 3

h 3

F — — -

4 6

F i g u r e 4 . 1 7 T r a n s l a t i o n o f p o t e n t i a l r e s i s t a n c e s i n t o a l l o w a b l e f o r c e s




S T E P 4 C A L C U L A T I O N O F M O M E N T C A P A C I T Y ( C o n t i n u e d )

M o m e n t C a p a c i t y

'

A s s u m i n g t h a t t h e r e i s n o s i g n i f i c a n t a x i a l l o a d i n

t h e b e a m , t h e b a s i c m o m e n t c a p a c i t y o f t h e

c o n n e c t i o n i s g i v e n b y :

M

= ' e i n f X h r e j f l f + ( F r i X h 1 )

( 1 . 2 0 )

w h e r e :

h r e i n f

= d i s t a n c e f r o m t h e c e n t r e

o f

c o m p r e s s i o n t o t h e r e i n f o r c e m e n t

h

= d i s t a n c e f r o m t h e

c e n t r e

o f

c o m p r e s s i o n t o b o l t r o w I .

M o m e n t C a p a c i t y M o d i f i e d b y A x i a l L o a d

T h e p r e s e n c e o f s i g n i f i c a n t a x i a l l o a d m u s t b e

a l l o w e d f o r w h e n c h e c k i n g e q u i l i b r i u m b e t w e e n

t h e t e n s i o n

a n d

c o m p r e s s i o n

f o r c e s

( E q u a t i o n 1 . 1 8 ) . F o r s i m p l i c i t y i n t h e c o n n e c t i o n

d e s i g n , i t i s a s s u m e d t h a t t h e a x i a l f o r c e a c t s a t

t h e c e n t r e o f c o m p r e s s i o n i n t h e b e a m . H o w e v e r ,

t h i s s h i f t i n t h e l i n e o f a c t i o n o f t h e f o r c e , f r o m t h e

( c o m p o s i t e ) b e a m n e u t r a l a x i s , m e a n s t h a t t h e

c o i n c i d e n t m o m e n t t h a t i s c o n s i d e r e d t o b e a p p l i e d

t o t h e c o n n e c t i o n s h o u l d b e r e d u c e d . T h e t o t a l

a p p l i e d m o m e n t ( M ) i s t h e r e f o r e c o n s i d e r e d a s

c o m p r i s i n g a r e d u c e d m o m e n t ( M m ) p l u s a n

e c c e n t r i c a x i a l f o r c e ( N x h N ) .

T h e p r e s e n c e o f a x i a l l o a d i s t h e r e f o r e a l l o w e d f o r

c o n s e r v a t i v e l y i n t h e m o m e n t c a p a c i t y c a l c u l a t i o n

p r o c e d u r e b y c o n s i d e r i n g t h e a x i a l l o a d i n t h e

c h e c k o n c o m p r e s s i o n c a p a c i t y ( E q u a t i o n 1 . 1 8 ) ,

a n d i n c r e a s i n g t h e c o n n e c t i o n m o m e n t c a p a c i t y t o

c o m p e n s a t e f o r t h i s c o n s e r v a t i s m :

N

( 1 . 2 1 )

w h e r e :

M = b a s i c c o n n e c t i o n m o m e n t c a p a c i t y

N

=

a x i a l f o r c e

h N

d i s t a n c e o f a x i a l f o r c e f r o m c e n t r e o f


4 7

) M m

M j m

=

M , + ( N x h N )




S T E P 5 D E S I G N F O R V E R T I C A L S H E A R F O R C E S

C o m p r e h e n s i v e c a p a c i t y c h e c k s f o r s t e e l e n d p l a t e

c o n n e c t i o n s s u b j e c t e d t o v e r t i c a l s h e a r a r e g i v e n

i n J o i n t s i n s i m p l e c o n s t r u c t i o n , V o l u m e 1 ( 1 ) .

H o w e v e r , f o r f u l l d e p t h f u l l y w e l d e d e n d p l a t e s

m a n y o f t h e s e c h e c k s c a n b e s a f e l y o m i t t e d . T h e

v e r t i c a l s h e a r c a p a c i t y i s c a l c u l a t e d u s i n g a

r e d u c e d v a l u e f o r b o l t r o w s w h i c h a r e i n t h e

t e n s i o n z o n e , p l u s t h e f u l l s h e a r s t r e n g t h f o r b o l t

r o w s w h i c h a r e i g n o r e d w h e n c a l c u l a t i n g m o m e n t

c a p a c i t y . T h e s l a b a n d r e i n f o r c e m e n t a r e a s s u m e d

t o m a k e n o c o n t r i b u t i o n t o t h e s h e a r c a p a c i t y .

M a j o r a x i s c o n n e c t i o n s

I t i s r e q u i r e d t h a t :

V ( n x

+ ( n x P )

( 1 . 2 2 )

w h e r e :

V = d e s i g n s h e a r f o r c e

n = n u m b e r o f s h e a r b o l t s

— n u m b e r o f t e n s i o n b o l t s

= s h e a r c a p a c i t y o f a s i n g l e b o l t i n s h e a r

o n l y , w h i c h i s t h e l e a s t o f :

p A f o r b o l t s h e a r , o r

d t P b f o r b o l t b e a r i n g o n t h e e n d p l a t e ,

o r

d T P b f o r b o l t b e a r i n g o n t h e c o l u m n

f l a n g e

P t s = s h e a r c a p a c i t y o f a s i n g l e b o l t i n t h e

t e n s i o n z o n e , w h i c h i s t h e l e a s t o f :

P b

m i n i m u m v a l u e o f b e a r i n g s t r e n g t h f o r

e i t h e r t h e b o l t , P b b ' o r t h e c o n n e c t e d

p a r t s , P b s ( B S 5 9 5 0 : P a r t 1 : T a b l e s 3 2 &

3 3 )

B o l t s i z e

B o l t s i n s h e a r

o n l y k N

B o l t s i n s h e a r

& t e n s i o n

k N

M 2 0

9 1 . 9

3 6 . 8

M 2 4

1 3 2

5 3

M 3 0

2 1 0

8 4 . 2

C a p a c i t i e s a r e b a s e d o n t h e t e n s i l e a r e a o f t h e

b o l t . S e e T a b l e 4 . 8 f o r b e a r i n g c a p a c i t i e s .

0 . 4 p A f o r b o l t s h e a r , o r

d t p P b f o r b o l t b e a r i n g o n t h e e n d p l a t e ,

o r

d T p f o r b o l t b e a r i n g o n t h e c o l u m n

f l a n g e

P S = s h e a r s t r e n g t h o f t h e b o l t ( B S 5 9 5 0 :

P a r t 1 T a b l e 3 2 )

A = s h e a r a r e a o f t h e b o l t ( t h e t h r e a d e d a r e a

i s r e c o m m e n d e d )

= t o l u m n f l a n g e t h i c k n e s s

= e n d p l a t e t h i c k n e s s

M i n o r a x i s c o n n e c t i o n s

T h e f o l l o w i n g r u l e s o n l y a p p l y t o d o u b l e s i d e d

m i n o r a x i s c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s .

I f r e q u i r e d ,

i n f o r m a t i o n c o n c e r n i n g s i n g l e s i d e d m i n o r a x i s

c o n n e c t i o n s m a y b e f o u n d i n R e f e r e n c e 3 . C h e c k s

( i ) t o ( i v ) m u s t a l l b e s a t i s f i e d .

( i ) F o r c o l u m n w e b s h e a r :

V 1 + V 2 2 P

( 1 . 2 3 )

V 1 = s h e a r a p p l i e d f r o m b e a m 1

[ ' V

n

P s s

c * M *

F i g u r e 4 . 1 8

T e n s i o n a n d s h e a r b o l t s

T a b l e 4 . 7 S h e a r c a p a c i t i e s o f s i n g l e 8 . 8 b o l t s

T

t p

4 8




S T E P 5 D E S I G N F O R V E R T I C A L S H E A R F O R C E S ( c o n t i n u e d )

A =

p

=

n s 2

e 5 d

d = b o l t d i a m e t e r

t c

= c o l u m n w e b t h i c k n e s s

A v n e t A —

n t ) D h t c / 2

D h

h o l e d i a m e t e r

U s = u l t i m a t e t e n s i l e s t r e n g t h o f c o l u m n

( i i ) F o r b o l t s h e a r :

V 1

X P A )

+

x

O . 4 p A )

a n d

V 2 ( n 2 x P A )

+

x O . 4 p A )

( 1 . 2 5 )

t 1 = e n d p l a t e t h i c k n e s s o n s i d e 1

t p 2 = e n d p l a t e t h i c k n e s s o n s i d e 2

w e b

P b t h e m i n i m u m o f P b b ( b o l t ) o r P b s ( p l a t e )

( i v ) F o r w e b b e a r i n g :

( 1 . 2 6 )

V 1 / ( n 1 + n ) + V 2 / ( n 2 + n ) d t p

w h e r e :

( 1 . 2 7 )

P b i s t h e m i n i m u m o f P b b ( b o l t ) o r P b s ( w e b )

n t e n s i o

b o l t s

n 2 s h e a r

b o l t s

{

v 2 1 V 1

C o l u m n w e b

V + V 2 V + V 2

2

2

F i g u r e 4 . 1 9

S h e a r i n m i n o r a x i s b e a m - t o - c o l u m n c o n n e c t i o n ( s l a b n o t

s h o w n f o r c l a r i t y )

4 9

w h e r e :

2 = s h e a r a p p l i e d f r o m b e a m 2

P v = l o c a l s h e a r c a p a c i t y o f c o l u m n w e b

= s m a l l e r o f O . 6 p , A a n d O 5 U s A v n e t

[ P +

+ n 2 - 2 ) p / 2 + e 1 t ( 1 . 2 4 )

b o l t p i t c h

n u m b e r o f s h e a r b o l t s o n s i d e 2

P S = s t r e n g t h o f t h e b o l t i n s i n g l e s h e a r

n s l

=

n u m b e r o f s h e a r b o l t s o n s i d e 1 ( s e e

F i g u r e 4 . 1 9 )

( i i i ) F o r e n d p l a t e b e a r i n g :

V 1 ' s 1

p 1 P b

( 1 . 2 8 )

a n d

V 2 ( n 2 +

d t p 2 p b

( 1 . 2 9 )

w h e r e :

( 1 . 3 0 )

C r i t i c a l s e c t i o n s

1 . n t e n s i o n

) b o l t s

' -

' n 5 1 s h e a r

; - J b o l t s

; . t c




S T E P 5 D E S I G N F O R V E R T I C A L S H E A R F O R C E S ( c o n t i n u e d )

T a b l e 4 . 8 C a p a c i t i e s f o r o r d i n a r y b o l t s t o B S 3 6 9 2 a n d B S 4 1 9 0 *

C a p a c i t i e s i n k N f o r b o l t s i n 2 m m c l e a r a n c e h o l e s 2 4 m m d i a m e t e r

3 m m c l e a r a n c e h o l e s > 2 4 m m d i a m e t e r

V a l u e s g i v e n i n t h e t a b l e a r e a p p l i c a b l e t o b o t h o l d a n d n e w s t a n d a r d s .

5 0

8 . 8 b o l t s p a s s i n g t h r o u g h d e s i g n g r a d e S 2 7 5 m a t e r i a l

B e a r i n g c a p a c i t y a t 4 6 0 N / m m 2 f o r e 2 d

B o l t

.

s i z e

T e n s i l e

s t r e s s

a r e a

T e n s i l e c a p a c i t y

B S 5 9 5 0 : E n h a n c e d

P a r t 1 a t

v a l u e a t

4 5 0

5 6 0

N / m m 2 N / m m 2

S h e a r c a p a c i t y

a t 3 7 5 N / m m 2

t h r e a d s i n t h e

s h e a r p l a n e

5

4 6 .

5 5 .

T h i c k n e s s i n m m o f p l a t e p a s s e d t h r o u g h

m m 2

k N k N

S i n g l e D o u b l e

M 2 0

2 4 5

1 1 0 1 3 7

9 1 . 9

1 8 4

M 2 4

3 5 3

1 5 9

1 9 8 1 3 2

2 6 5

B o l t

s i z e

T e n s i l e

s t r e s s

a r e a

8 . 8 b o l t s p a s s i n g t h r o u g h d e s i g n g r a d e S 3 5 5 m a t e r i a l

—

c a p a c i t y

E n h a n c e d

v a l u e a t

5 6 0

N / m m 2

T e n s i l e

B S 5 9 5 0 :

P a r t 1 a t

4 5 0

N / m m 2

k N

S h e a r c a p a c i t y

a t 3 7 5 N / m m 2

t h r e a d s i n t h e

s h e a r p l a n e

m m 2

B e a r i n g c a p a c i t y a t 5 5 0 N / m m 2 f o r e 2 d

k N

S i n g l e D o u b l e

. ! 2 .

2 4 5

1 1 0

1 3 7

9 1 . 9

1 8 4

M 2 4 3 5 3

1 5 9 1 9 8

1 3 2

2 6 5

T h i c k n e s s i n m m o f p l a t e p a s s e d t h r o u g h

* A l t h o u g h s t i l l c o m m o n l y u s e d , t h e s e s t a n d a r d s h a v e b e e n r e p l a c e d b y :

B o l t s

: B S E N 2 4 0 1 4 a n d 2 4 0 1 6

N u t s

: B S E N 2 4 0 3 2 , 2 4 0 3 3 a n d 2 4 0 3 4

S c r e w s : B S E N 2 4 0 1 7 a n d 2 4 0 1 8




S T E P 6 A D E S I G N O F C O L U M N C O M P R E S S I O N S T I F F E N E R S

T h e r e s i s t a n c e i n t h e c o m p r e s s i o n z o n e ,

o f a

c o l u m n w e b r e i n f o r c e d w i t h f u l l d e p t h s t i f f e n e r s a s

s h o w n i n F i g u r e 4 . 2 3 i s t h e l o w e r v a l u e f r o m

E q u a t i o n s 1 . 3 1 a n d 1 . 3 2 b e l o w . T h i s m u s t e q u a l

o r e x c e e d t h e c o m p r e s s i v e f o r c e , F d e r i v e d i n

S t e p

4 .

I n

a d d i t i o n , a f u r t h e r c h e c k m u s t b e m a d e t o

e n s u r e t h a t t h e s t i f f e n e r s a l o n e c a n c a r r y , i n

b e a r i n g , 8 0 % o f t h e a p p l i e d f o r c e .

S e e

E q u a t i o n 1 . 3 3 . T h i s i s u s u a l l y t h e f o r m u l a w h i c h

g o v e r n s .

T h e s e

r u l e s

a r e

t a k e n

f r o m

B S 5 9 5 0 : P a r t I : 1 9 9 0 , a n d a r e l i k e l y t o b e

a m e n d e d i n s u b s e q u e n t e d i t i o n s o f t h e B r i t i s h

S t a n d a r d . A p p r o p r i a t e m o d i f i c a t i o n s s h o u l d b e

m a d e t o t h e s e p r o c e d u r e s a s n e c e s s a r y .

E f f e c t i v e O u t s t a n d o f C o m p r e s s i o n S t i f f e n e r s

T h e o u t s t a n d o f 5 2 7 5 c o m p r e s s i o n s t i f f e n e r s b s g

s h o u l d

n o t e x c e e d 1 9 t ( s e e F i g u r e 4 . 2 0 )

w h e r e :

b s g

s t i f f e n e r

o u t s t a n d ( s e e F i g u r e 4 . 2 0 )

t s

= t h i c k n e s s o f s t i f f e n e r

W h e n t h e o u t s t a n d i s b e t w e e n 1 3 t a n d 1 9 t ,

d e s i g n s h o u l d b e o n t h e b a s i s o f a c o r e s e c t i o n

o f 1 3 t .

( R e f e r t o B S 5 9 5 0 : P a r t 1 w h e n

s t i f f e n e r s a r e d e s i g n e d i n o t h e r g r a d e s o f s t e e l . )

S t i f f e n e r / C o l u m n W e b C r u s h i n g a n d B u c k l i n g

( B S 5 9 5 0 : P a r t 1 C l a u s e s

4 . 5 . 5 . )

4 . 5 . 4 . 1 , 4 . 5 . 4 . 2 a n d

S t i f f e n e r s a r e u s u a l l y d e s i g n e d i n S 2 7 5 s t e e l . I t i s

r e c o m m e n d e d t h a t t h e y b e a t l e a s t a s t h i c k a s t h e

b e a m f l a n g e , a n d s p e c i f i e d i n t h i c k n e s s e s o f 1 5 ,

2 0 o r 2 5 m m o n l y .

N o t e t h a t t h e p r e s e n c e o f s t i f f e n e r s m a y i n t e r f e r e

w i t h e r e c t i o n o f o r t h o g o n a l b e a m s , w h o s e e n d

p l a t e s m a y t h e m s e l v e s i n c r e a s e t h e b u c k l i n g

s t r e n g t h o f t h e c o l u m n w e b .

S e c t i o n A - A

F i g u r e 4 . 2 0

S t i f f e n e r b e a r i n g a n d b u c k l i n g

a n d :

' c b e a r i n g

=

( 1 . 3 3 )

0 . 8

w h e r e :

A

= a l l o w a b l e a r e a o f c o l u m n w e b f o r

b u c k l i n g

( s e e

S e c t i o n

A - A

i n

F i g u r e

4 . 2 0 ) ,

4 0

t

x t

A s g

g r o s s

a r e a o f s t i f f e n e r s

= 2 x b s g X t

( b s g 1 3 t ) ( 1 . 3 4 )

= n e t a r e a o f s t i f f e n e r s i n c o n t a c t w i t h

2 0 t

c o l u m n f l a n g e

= 2 x

x t

( 1 . 3 5 )

P C = c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f s t i f f e n e r s f r o m

B S 5 9 5 0 : P a r t 1 T a b l e 2 7 ( c ) w i t h

A = 0 . 7 L I r *

P C b u c k l i n g = ( A + A s g )

X

p

( 1 . 3 1 )

P C c r u s h i n g

= E A s n X p , ] + [ ( b 1 + n 2 ) x t c X

p y 1

( 1 . 3 2 )

b s g

t s -

V

> < t c

=

2 O t c

C

5 1




L

= l e n g t h o f s t i f f e n e r = D - 2 T

= r a d i u s o f g y r a t i o n o f e f f e c t i v e

a r e a ( a s s h o w n i n S e c t i o n A - A ,

F i g u r e 4 . 2 0 )

= l e s s e r o f t h e d e s i g n s t r e n g t h o f

s t i f f e n e r o r c o l u m n

= d e s i g n s t r e n g t h o f s t i f f e n e r

= e f f e c t i v e b e a r i n g l e n g t h a l o n g

w e b ( s e e S t e p 2 A )

N o t e * : T h e e f f e c t i v e b u c k l i n g l e n g t h o f t h e

s t i f f e n e r g i v e n h e r e a s s u m e s t h a t t i , e c o l u m n

f l a n g e s a r e l a t e r a l l y r e s t r a i n e d r e l a t i v e t o o n e

a n o t h e r . F o r o t h e r c a s e s r e f e r t o B S 5 9 5 0 : P a r t 1

C l a u s e 4 . 5 . 1 . 5 .

W e l d D e s i g n

T h e w e l d s c o n n e c t i n g c o m p r e s s i o n s t i f f e n e r s t o

t h e c o l u m n w e b a n d f l a n g e s w i l l g e n e r a l l y b e f i l l e t

w e l d s a n d s h o u l d b e d e s i g n e d t o B S 5 9 5 0 : P a r t 1

C l a u s e s 4 . 5 . 9 a n d 4 . 5 . 1 1 a s f o l l o w s :

W e l d s t o F l a n g e s

W h e n , a s i s n o r m a l l y t h e c a s e , t h e s t i f f e n e r i s

f a b r i c a t e d t o a c h i e v e a b e a r i n g f i t t o t h e i n s i d e o f

t h e c o l u m n f l a n g e , t h e w e l d t o t h e f l a n g e n e e d

o n l y b e n o m i n a l , s a y a 6 m m f i l l e t w e l d . I n o t h e r

c a s e s , t h e w e l d s s h o u l d b e d e s i g n e d a s f u l l

s t r e n g t h .

5 2

W e l d s t o W e b

F o r d o u b l e s i d e d c o n n e c t i o n s , t h e w e b w e l d s m u s t

b e d e s i g n e d t o c a r r y t h e l a r g e r o f t h e b e a m f l a n g e

f o r c e s , a s s u m i n g t h a t t h e f o r c e s a c t i n o p p o s i t e

d i r e c t i o n s .

S T E P 6 A

D E S I G N O F C O L U M N C O M P R E S S I O N S T I F F E N E R S

( c o n t i n u e d )

r

p y

p y s

( b 1 + n 2 )




S T E P 6 B D E S I G N U S I N G C O L U M N F L A N G E B A C K I N G P L A T E S

M o d e 1 C o m p l e t e F l a n g e Y i e l d i n g

= 4 M P + 2 M b P

M o d e 3 B o l t f a i l u r e

t b p

t h i c k n e s s o f t h e b a c k i n g p l a t e

p y = d e s i g n s t r e n g t h o f t h e b a c k i n g p l a t e

o t h e r v a r i a b l e s a r e d e f i n e d i n S t e p 1 B .

T h e w i d t h o f t h e b a c k i n g p l a t e , b b p s h o u l d n o t b e

( 1 . 3 6 )

l e s s t h a n t h e d i s t a n c e f r o m t h e e d g e o f t h e f l a n g e

t o t h e t o e o f t h e r o o t r a d i u s , a n d i t s h o u l d f i t

s n u g l y a g a i n s t t h e r o o t r a d i u s .

T h e l e n g t h o f t h e b a c k i n g p l a t e s h o u l d n o t b e l e s s

t h a n t h e l e n g t h o f e f f e c t i v e T - s t u b f o r t h e b o l t

g r o u p ( L e f f ) a n d b e s u f f i c i e n t s o t h a t t h e p l a t e

e x t e n d s n o t l e s s t h a n 2 d b e y o n d t h e b o l t s a t i t s

e x t r e m i t i e s ( d i s t h e b o l t d i a m e t e r ) .

T h i s t y p e o f s t r e n g t h e n i n g i s o n l y u s e f u l f o r

s m a l l e r s e c t i o n c o l u m n s w e r e f l a n g e s a r e

p a r t i c u l a r l y t h i n . T h e p l a t e s a r e g e n e r a l l y s u p p l i e d

l o o s e o r t a c k - w e l d e d i n p l a c e a n d t h e i r e f f e c t i s t o

( 1 . 3 7 )

p r e v e n t o r i n c r e a s e t h e r e s i s t a n c e t o a M o d e 1

b e n d i n g f a i l u r e . N e i t h e r M o d e 2 n o r M o d e 3 i s

a f f e c t e d .

P =

w h e r e :

M b p

L e f f X t b p X

4

( 1 . 3 8 )

( 1 . 3 9 )

5 3

T h e p o t e n t i a l r e s i s t a n c e i n t e n s i o n o f a c o l u m n

f l a n g e s t r e n g t h e n e d b y b a c k i n g p l a t e s i s t a k e n a s

t h e m i n i m u m v a l u e o b t a i n e d f r o m E q u a t i o n s 1 . 3 6 ,

1 . 3 7 a n d 1 . 3 8 .

m

Q

r / 2 + Q

r / 2 + Q

Q

M o d e 2 B o l t f a i l u r e w i t h f l a n g e y i e l d i n g

P =

2 M + n ( ' )

m + n

F i g u r e 4 . 2 1

C o l u m n f l a n g e b a c k i n g p l a t e s




S T E P 6 C D E S I G N O F T E N S I O N S T I F F E N E R S

G e n e r a l

T e n s i o n s t i f f e n e r s , a s s h o w n i n F i g u r e 4 . 2 2 , a r e

g e n e r a l l y u s e d t o s u p p l e m e n t t h e t e n s i o n c a p a c i t y

o f t h e c o l u m n w e b a n d / o r t h e c a p a c i t y o f t h e

c o l u m n f l a n g e i n b e n d i n g .

A l t h o u g h i t

i s

r e c o m m e n d e d t h a t t h e s t i f f e n e r s b e f u l l d e p t h ,

d e s i g n r u l e s f o r p a r t i a l d e p t h s t i f f e n e r s m a y b e

f o u n d i n R e f e r e n c e 4 .

F r o m a p r a c t i c a l p o i n t o f v i e w , t h e p r e s e n c e o f

c o l u m n w e b s t i f f e n e r s m a y i n t e r f e r e w i t h t h e

e r e c t i o n o f o r t h o g o n a l b e a m s .

S t i f f e n e r N e t A r e a

T h e n e t a r e a o f t h e s t i f f e n e r s ,

m u s t s a t i s f y t h e

r e q u i r e m e n t s o f E q u a t i o n s 1 . 4 0 a n d 1 . 4 1 f o r w e b

t e n s i o n a n d f l a n g e b e n d i n g r e s p e c t i v e l y .

W e b T e n s i o n

T h e s t i f f e n e r , i n c o m b i n a t i o n w i t h t h e c o l u m n

w e b , i s d e s i g n e d t o c a r r y t h e t e n s i l e l o a d f r o m t h e

b o l t s i m m e d i a t e l y a b o v e a n d b e l o w i t .

B a s i c r e q u i r e m e n t :

( F . + F . '

' r i r J J ( t )

( 1 . 4 0 )

p y

w h e r e :

= n e t a r e a o f b o t h s t i f f e n e r s

= 2 ( b x t )

= n e t w i d t h o f s t i f f e n e r

t s

= t h i c k n e s s o f s t i f f e n e r

F r i

t e n s i o n f r o m b o l t r o w a b o v e t h e s t i f f e n e r

F r i

t e n s i o n

f r o m b o l t r o w b e l o w t h e

s t i f f e n e r

p v = t h e d e s i g n s t r e n g t h o f s t i f f e n e r o r

c o l u m n w e b ( t h e l e s s e r o f t h e t w o )

l i m i t e d b y t h e p r e s e n c e o f a d j a c e n t b o l t s

( s e e F i g u r e 4 . 2 3 )

t c

= w e b t h i c k n e s s

T h e g r o s s w i d t h o f s t i f f e n e r , b s g s h o u l d g e n e r a l l y

b e p r o p o r t i o n e d s o t h a t t h e s t i f f e n e r e x t e n d s a t

l e a s t 7 5 % a c r o s s t h e a v a i l a b l e f l a n g e w i d t h , ( B -

t ) I 2

F i g u r e 4 . 2 2

T e n s i o n s t i f f e n e r s

4 —

R o w i

S t i f f e n e r

; , — R o w

/

1 . 7 3 6 O 0

1 . 7 3 [ > 6 O O

R o w i

S t i f f e n e r

R o w

. M a x i m u m a m o u n t

o f w e b a v a i l a b l e

— t o a d j a c e n t r o w

F i g u r e 4 . 2 3

E f f e c t i v e w e b l e n g t h s

F l a n g e B e n d i n g

T h e f o r c e c a r r i e d b y t h e s t i f f e n e r s i s a s s u m e d t o

b e i n v e r s e l y p r o p o r t i o n a l t o t h e i r d i s t a n c e f r o m t h e

b o l t s .

f l y

t s - - -

C o r n e r

s n i p e

i i T I I b s g

f l y

L r

L f

p / 2 ' t '

1 -

— -

L = a v a i l a b l e l e n g t h o f w e b a s s u m i n g a

m a x i m u m s p r e a d o f l o a d a t 6 0 0 f r o m t h e

b o l t s - t h e s p r e a d m a y b e

5 4




S T E P 6 C D E S I G N O F T E N S I O N S T I F F E N E R S ( c o n t i n u e d )

B a s i c r e q u i r e m e n t :

c ;

÷

1

( 1 . 4 1 )

L ( m 1 + m 2 L ) ( i n 1 + m 2 u ) j

w h e r e :

= n e t a r e a o f b o t h s t i f f e n e r s

= 2 ( b x t )

( 1 . 4 2 )

p y = t h e d e s i g n s t r e n g t h o f s t i f f e n e r o r

c o l u m n ( t h e l e s s e r o f t h e t w o ) .

m 1 m 2 L m 2 u F r i a n d F r j

a r e d e f i n e d i n F i g u r e 4 . 2 4

R o w i , T e n s i o n = F k i '

m 2

_ l , k _ t

m 2

— k -

R o w j , T e n s i o n = F k i '

- m 1

( = m )

F i g u r e 4 . 2 4 G e o m e t r y f o r f o r c e d i s t r i b u t i o n

t o s t i f f e n e r s

W e l d D e s i g n

F u l l s t r e n g t h w e l d s s h o u l d b e p r o v i d e d t o t h e

f l a n g e s a n d w e b .

5 5




S T E P 6 D D E S I G N O F S U P P L E M E N T A R Y W E B P L A T E S

G e n e r a l

C o l u m n W e b T e n s i o n

A s u p p l e m e n t a r y w e b p l a t e ( S W P ) m a y b e

F o r t h e p u r p o s e o f t h e c o l u m n w e b t e n s i o n

p r o v i d e d t o i n c r e a s e t h e c a p a c i t y o f t h e c o l u m n c a l c u l a t i o n ( S t e p 1 C ) , t h e e f f e c t i v e w e b t h i c k n e s s ,

w e b . I t s e f f e c t ( a c c o r d i n g t o E C 3 ) i s t o :

t e f f , s h o u l d b e t a k e n a s :

. I n c r e a s e w e b t e n s i o n r e s i s t a n c e b y :

F o r a n S W P o n o n e s i d e o n l y ,

t e f f

1 . 5 t

5 0 % w i t h a p l a t e o n o n e s i d e , o r

1 0 0 % w i t h p l a t e s o n b o t h s i d e s

F o r S W P s o n b o t h s i d e s ,

t e f f

2 t

. I n c r e a s e w e b c r u s h i n g r e s i s t a n c e b y :

t i s t h e c o l u m n w e b t h i c k n e s s .

5 0 % w i t h a p l a t e o n o n e s i d e , o r

1 0 0 % w i t h p l a t e s o n b o t h s i d e s

C o l u m n W e b C r u s h i n g a n d B u c k l i n g

. I n c r e a s e w e b p a n e l s h e a r r e s i s t a n c e b y :

a b o u t 7 5 % ( s e e e x p r e s s i o n f o r P ) .

F o r t h e p u r p o s e o f c o l u m n w e b c r u s h i n g a n d

V

b u c k l i n g c a l c u l a t i o n s ( S t e p 2 A ) , t h e e f f e c t i v e w e b

N o t e t h a t i n t h e c a s e o f p a n e l s h e a r , p l a t e s o n

t h i c k n e s s , t e f f , s h o u l d b e t a k e n a s :

b o t h s i d e s p r o v i d e n o a d d i t i o n a l i n c r e a s e o v e r a

p l a t e o n o n e s i d e .

F o r a n S W P o n o n e s i d e o n l y ,

t e f f

1 . 5 t

T h e s u p p l e m e n t a r y w e b p l a t e m u s t s a t i s f y t h e

F o r S W P s o n b o t h s i d e s ,

t e f f

2 t

f o l l o w i n g c r i t e r i a : •

t c 1 5 t h e c o l u m n w e b t h i c k n e s s .

. T h i c k n e s s , t n o t l e s s t h a n t h e c o l u m n w e b

t h i c k n e s s .

C o l u m n P a n e l S h e a r

S T h e s a m e m a t e r i a l s t r e n g t h a s t h e c o l u m n .

T h e r e s i s t a n c e ,

o f a c o l u m n w e b p a n e l w i t h a n

S W P o n o n e s i d e , i s g i v e n b y :

. W e l d s a l l r o u n d s h o u l d b e , a s a m i n i m u m , f i l l e t

w e l d s o f l e g l e n g t h e q u a l t o t h e p l a t e t h i c k n e s s .

p = 0 . 6 <

< A

( 1 . 4 5 )

H o w e v e r , i f t h e s u p p l e m e n t a r y w e b p l a t e i s

b e i n g u s e d t o i n c r e a s e w e b t e n s i o n r e s i s t a n c e ,

w h e r e :

t h e v e r t i c a l w e l d o n t h e s i d e w h e r e t h e

i n c r e a s e d c a p a c i t y i s r e q u i r e d s h o u l d b e a ' f i l l

, ,

d e s i g n s t r e n g t h o f t h e c o l u m n

i n ' w e l d ( s e e F i g u r e 4 . 2 5 ) . P l u g w e l d s a r e

r e q u i r e d i f b e x c e e d s 3 7 t ( f o r 5 2 7 5 s t e e l ) o r A = s h e a r a r e a o f t h e c o l u m n w e b a n d S W P

3 3 t ( S 3 5 5 ) .

c o m b i n e d

= t x ( D + b )

. B r e a d t h , b t h a t s a t i s f i e s :

b d - 2 t

( 1 . 4 3 )

T h e r e i s n o f u r t h e r i n c r e a s e i n t h e s h e a r a r e a i f a n

( b = d f o r a " f i l l i n " w e l d )

S W P i s a d d e d o n t h e o t h e r s i d e o f t h e w e b .

. L e n g t h ,

L + D + D / 2 + D + e

( 1 . 4 4 )

w h e r e :

g =

h o r i z o n t a l s p a c i n g o f b o l t s ( g a u g e )

D b

d e p t h o f b e a m

D = . d e p t h o f c o l u m n

D r

d e p t h t o r e i n f o r c e m e n t

e =

p r o j e c t i o n o f e n d p l a t e b e y o n d b e a m

( 2 5 m m f o r s t a n d a r d d e t a i l s )

5 6




S T E P 6 D D E S I G N O F S U P P L E M E N T A R Y W E B P L A T E S ( c o n t i n u e d )

P l u g w e l d s d i a t

s p a c e d

3 7

t

w h e n b >

3 7 t 3

f o r

g r a d e S 2 7 5

C o n t i n u o u s f i l l e t w e l d .

L e g l e n g t h e q u a l t o

p l a t e t h i c k n e s s

5 7

' F i l l i n ' b u t t w e l d w h e r E

i n c r e a s e d w e b t e n s i o n

r e s i s t a n c e i s n e e d e d

F i g u r e 4 . 2 5 D i m e n s i o n s a n d w e l d s




S T E P 7 D E S I G N O F W E L D S

T e n s i o n F l a n g e W e l d s

T h e w e l d s b e t w e e n t h e t e n s i o n f l a n g e a n d t h e e n d

p l a t e m a y b e f u l l s t r e n g t h , o r s h o u l d b e d e s i g n e d

t o c a r r y a f o r c e w h i c h i s t h e l e s s e r o f :

( a ) T h e t e n s i o n c a p a c i t y o f t h e f l a n g e ,

= B x T x p

( 1 . 4 6 )

( b ) T h e t o t a l t e n s i o n f o r c e i n t h e t o p t w o b o l t

r o w s ( s e e F i g u r e 4 . 2 6 )

=

+

( 1 . 4 7 )

I I I I

F i g u r e 4 . 2 6

F o r c e s i n w e l d s

A f u l l s t r e n g t h w e l d t o t h e t e n s i o n f l a n g e c a n b e

a c h i e v e d b y :

. a p a i r o f s y m m e t r i c a l l y d i s p o s e d f i l l e t w e l d s ,

w i t h t h e s u m o f t h e t h r o a t t h i c k n e s s e s e q u a l t o

t h e f l a n g e t h i c k n e s s , o r

. a p a i r o f s y m m e t r i c a l l y d i s p o s e d p a r t i a l

p e n e t r a t i o n b u t t w e l d s w i t h s u p e r i m p o s e d

f i l l e t s , o r

. a f u l l p e n e t r a t i o n b u t t w e l d .

I f d e s i g n i n g a p a r t i a l p e n e t r a t i o n b u t t w e l d w i t h

s u p e r i m p o s e d f i l l e t , a s s h o w n i n F i g u r e 4 . 2 7 , n o t e

t h a t :

. T h e w e l d t h r o a t r e q u i r e d s h o u l d b e c a l c u l a t e d

b a s e d o n t h e s t r e n g t h s g i v e n i n B S 5 9 5 0 : P a r t 1

T a b l e 3 6 , ( i . e . 2 1 5 N / m m 2 f o r S 2 7 5 a n d

2 5 5 N / m m 2 f o r S 3 5 5 ) .

T h e s h e a r a n d t e n s i o n s t r e s s e s o n t h e

f u s i o n l i n e s s h o u l d n o t e x c e e d O . 7 p a n d

1 . O p r e s p e c t i v e l y . ( S e e B S 5 9 5 0 : P a r t 1

c l a u s e 6 . 6 . 5 . 5 ) .

T h e d e p t h o f p r e p a r a t i o n s h o u l d b e 3 m m

d e e p e r t h a n t h e r e q u i r e d p e n e t r a t i o n .

T h e a n g l e b e t w e e n t h e f u s i o n f a c e s f o r a

i v , p r e p a r a t i o n s h o u l d b e n o r m a l l y n o t l e s s

t h a n 4 5 ° .

T h e m i n i m u m p e n e t r a t i o n o f 2 / t s p e c i f i e d

i n B S 5 9 5 0 : P a r t 1 c l a u s e 6 . 6 . 6 . 2 d o e s n o t

a p p l y t o t h e d e t a i l s h o w n i n F i g u r e 4 . 2 7 .

F o r m o s t s m a l l a n d m e d i u m s i z e d b e a m s , t h e

t e n s i o n f l a n g e w e l d s w i l l b e s y m m e t r i c a l , f u l l

s t r e n g t h f i l l e t w e l d s . O n c e t h e l e g l e n g t h o f t h e

r e q u i r e d f i l l e t w e l d e x c e e d s 1 2 m m , t h e n a f u l l

s t r e n g t h d e t a i l w i t h p a r t i a l p e n e t r a t i o n b u t t w e l d s

a n d s u p e r i m p o s e d f i l l e t s m a y b e a m o r e

e c o n o m i c a l s o l u t i o n .

T h e t r a n s i t i o n b e t w e e n t h e t e n s i o n f l a n g e w e l d

a n d t h e w e b w e l d s h o u l d t a k e p l a c e w h e r e t h e

r o o t o f t h e s e c t i o n m e e t s t h e w e b .

A l t h o u g h t h e a p p r o a c h g i v e n a b o v e m a y a p p e a r

c o n s e r v a t i v e , a t u l t i m a t e l i m i t s t a t e t h e r e c a n b e a

t e n d e n c y f o r t h e e n d p l a t e t o s p a n v e r t i c a l l y

b e t w e e n t h e b e a m f l a n g e s . A s a c o n s e q u e n c e ,

m o r e l o a d i s a t t r a c t e d t o t h e t e n s i o n f l a n g e t h a n

s i m p l y t h a t d u e t o t h e a d j a c e n t b o l t s . F o r t h i s

r e a s o n , c a r e s h o u l d b e t a k e n n o t t o u n d e r s i z e t h e

w e l d t o t h e t e n s i o n f l a n g e . A s i m p l e a n d s a f e

s o l u t i o n i s t o p r o v i d e f u l l s t r e n g t h w e l d s .

C o m p r e s s i o n F l a n g e W e l d s

I n c a s e s w h e r e t h e c o m p r e s s i o n f l a n g e h a s a

p r o p e r l y s a w n e n d , a b e a r i n g f i t c a n b e a s s u m e d

b e t w e e n t h e f l a n g e a n d e n d p l a t e a n d n o m i n a l

8 m m f i l l e t w e l d s w i l l s u f f i c e . F o r s o m e o f t h e

l i g h t e r b e a m s ( w i t h f l a n g e t h i c k n e s s e s o f 1 2 m m

o r l e s s ) 6 m m f i l l e t w e l d s m a y b e a p p r o p r i a t e .

T h i s ' b e a r i n g ' a s s u m p t i o n w i l l b e t h e u s u a l c a s e

f o r m o s t p l a i n b e a m s . G u i d a n c e o n t h e n e c e s s a r y

t o l e r a n c e s f o r a b e a r i n g f i t c a n b e f o u n d i n t h e

N S S S 9 .

F r i

— F r 2 *

— F r 3 *

F —

— ( F , + F r 2 )

a s s u m e d

— W e b

- w e l d s

— T e n s i o n f l a n g e

w e l d

i e l d d e s i g n f o r c e

M )

N

5 8



S T E P 7 D E S I G N O F W E L D S ( c o n t i n u e d )


I f a b e a r i n g f i t c a n n o t b e a s s u m e d , t h e w e l d m u s t

b e d e s i g n e d t o c a r r y t h e f u l l c o m p r e s s i v e f o r c e , F .

W e b W e l d s

I t i s r e c o m m e n d e d t h a t w e b w e l d s i n t h e t e n s i o n

z o n e s h o u l d b e f u l l s t r e n g t h .

F o r b e a m w e b s u p t o 1 1 . 3 m m t h i c k , f u l l s t r e n g t h

c a n b e a c h i e v e d b y 8 m m f i l l e t w e l d s .

I t i s

t h e r e f o r e s e n s i b l e t o c o n s i d e r u s i n g f u l l s t r e n g t h

w e l d s o v e r t h e f u l l w e b d e p t h , i n w h i c h c a s e n o

c a l c u l a t i o n s a r e n e e d e d f o r e i t h e r t e n s i o n o r s h e a r .

F o r t h i c k e r w e b s , t h e w e l d s m a y b e t r e a t e d i n t w o

d i s t i n c t p a r t s ; a T e n s i o n Z o n e a r o u n d t h e b o l t s

w h i c h h a v e b e e n d e d i c a t e d t o t a k e t e n s i o n , a n d

t h e r e s t o f t h e w e b a c t i n g a s a S h e a r Z o n e .

1 .

T e n s i o n Z o n e :

F u l l s t r e n g t h w e l d s s h o u l d b e u s e d . T h e s e w i l l b e

g e n e r a l l y f i l l e t w e l d s w i t h t h e s u m o f t h e t h r o a t

t h i c k n e s s e s n o t l e s s t h a n t h e w e b t h i c k n e s s , t b .

T h e w e l d s s h o u l d e x t e n d b e l o w t h e b o t t o m b o l t

r o w r e s i s t i n g t e n s i o n b y a d i s t a n c e o f 1 . 7 3 g / 2

( s e e F i g u r e 4 . 2 8 ) . D i m e n s i o n g i s t h e g a u g e o f t h e

b o l t s .

2 .

S h e a r Z o n e :

T h e c a p a c i t y o f t h e b e a m w e b w e l d s f o r v e r t i c a l

s h e a r s h o u l d b e t a k e n a s :

( 1 . 4 8 )

w h e r e :

a

= f i l l e t w e l d t h r o a t t h i c k n e s s ( O . 7 s )

p w = d e s i g n s t r e n g t h o f f i l l e t w e l d ( B S 5 9 5 0 :

P a r t 1 T a b l e 3 6 )

= l e n g t h o f s h e a r z o n e w e l d s

= D b 2 ( T b + ' b ) -

( 1 . 4 9 )

N o t e : T h e t e n s i o n z o n e w e l d s

a r e

a s s u m e d t o

s t a r t

a t t h e b o t t o m o f t h e r o o t r a d i u s .

F i g u r e

4 . 2 8

F o r c e d i s t r i b u t i o n i n w e l d s

5 9

f i l l e t

F i g u r e 4 . 2 7 A p a r t i a l p e n e t r a t i o n b u t t w e l d

w i t h s u p e r i m p o s e d f i l l e t s

J m 2

D b

F

F r 2

— R o w 1

— R o w 2

— R o w 3

V




4 . 3 B E A M - T O - B E A M C O N N E C T I O N S

B e a m - t o - b e a m c o n n e c t i o n s a r e u s u a l l y d e t a i l e d s u c h

t h a t n o t c h i n g o f t h e s u p p o r t e d b e a m s a l l o w s t h e i r

t o p f l a n g e s t o b e m a d e l e v e l w i t h t h a t o f t h e s u p p o r t

( s e e F i g u r e 4 . 2 9 ) . T h e s u p p o r t e d b e a m s m u s t t h e n

a d o p t a p a r t i a l d e p t h e n d p l a t e . T h e t e n s i o n b o l t

f o r c e s t h a t c a n b e g e n e r a t e d w i t h s u c h a d e t a i l a r e

l o w , a n d , f o r s i m p l i c i t y , c a n b e i g n o r e d w h e n

c a l c u l a t i n g t h e c o m p o s i t e c o n n e c t i o n m o m e n t

c a p a c i t y w i t h o u t e x c e s s i v e s i m p l i c i t y .

T h e

c o n n e c t i o n s s h o u l d b e t r e a t e d a s p i n n e d a t t h e

c o n s t r u c t i o n s t a g e . A r a n g e o f c o n n e c t i o n s o f t h i s

t y p e h a s b e e n t e s t e d i n o r d e r t o v a l i d a t e t h e d e s i g n

p r o c e d u r e s p r e s e n t e d i n t h i s p u b l i c a t i o n . A l t e r n a t i v e

d e t a i l i n g s h o u l d b e c o n s i d e r e d i f t h e r e i s a n e e d t o

g e n e r a t e s i g n i f i c a n t t e n s i o n f o r c e s i n t h e s t e e l w o r k .

6 0

A s i n c o n n e c t i o n s t o c o l u m n w e b s , i t i s i m p o r t a n t

t h a t t h e r e i s a d i r e c t l o a d p a t h t o t r a n s f e r

c o m p r e s s i v e f o r c e s b e t w e e n t h e b o t t o m f l a n g e s o f

o p p o s i n g b e a m s . I t i s t h e r e f o r e r e c o m m e n d e d t h a t

t h e t w o s u p p o r t e d b e a m s s h o u l d b e o f t h e s a m e

s e r i a l s i z e . B e c a u s e t h e t o r s i o n a l s t i f f n e s s o f t h e

s u p p o r t i n g b e a m i s r e l a t i v e l y l o w c o m p a r e d w i t h t h e

f l e x u r a l s t i f f n e s s o f t h e s u p p o r t e d b e a m s , t h e l a t t e r

a r e e f f e c t i v e l y t r e a t e d a s a s e m i - c o n t i n u o u s b e a m o n

a k n i f e e d g e s u p p o r t .

T h e f o l l o w i n g d e s i g n s t e p s , d e r i v e d f r o m t h o s e g i v e n

i n S e c t i o n 4 . 2 a n d m a i n t a i n i n g t h e s a m e n u m b e r i n g

s y s t e m , s h o u l d b e u s e d t o c a l c u l a t e t h e m o m e n t

c a p a c i t y o f a b e a m - t o - b e a m c o n n e c t i o n .

F i g u r e 4 . 2 9 A t y p i c a l b e a m - t o - b e a m c o n n e c t i o n



S T E P 1 A R E I N F O R C E M E N T Y I E L D I N G

B e a m - t o - B e a m C o n n e c t i o n s


T h e p o t e n t i a l r e s i s t a n c e o f t h e r e i n f o r c e m e n t i n

t e n s i o n i s g i v e n b y :

—

f y A r e i n f

( 2 . 1 )

f

=

d e s i g n y i e l d s t r e n g t h o f r e i n f o r c e m e n t

A r e i n f =

a r e a o f r e i n f o r c e m e n t w i t h i n t h e

a l l o w a b l e w i d t h o f s l a b

( s e e

F i g u r e 5 . 2 ) .

Y m

=

p a r t i a l s a f e t y f a c t o r f o r r e i n f o r c e m e n t

( t a k e n a s 1 . 0 5 )

D e t a i l i n g r u l e s f o r t h e r e i n f o r c e m e n t a r e g i v e n i n

S e c t i o n 5 .

M i n i m u m a r e a o f r e i n f o r c e m e n t

I n g e n e r a l , t h e r o t a t i o n c a p a c i t y o f a c o n n e c t i o n

i n c r e a s e s a s t h e a r e a o f r e i n f o r c e m e n t i n c r e a s e s . A

m i n i m u m a r e a i s t h e r e f o r e n e e d e d t o e n s u r e t h a t

' c o m p a c t ' c o n n e c t i o n s c a n u n d e r g o s u f f i c i e n t

r o t a t i o n t o s t r a i n t h e r e i n f o r c e m e n t t o y i e l d ( a s i s

a s s u m e d i n t h e m o m e n t c a p a c i t y m o d e l ) . M i n i m u m

a r e a s o f r e i n f o r c e m e n t a r e g i v e n i n T a b l e 4 . 1 a s a

f u n c t i o n o f :

b e a m s i z e

• b e a m s t e e l g r a d e

• r e i n f o r c e m e n t p r o p e r t i e s

• c o n n e c t i o n t y p e - ' c o m p a c t ' o r ' p l a s t i c ' .

T h e m i n i m u m r e i n f o r c e m e n t l i m i t s i n T a b l e 4 . 1 a r e

m o r e o n e r o u s f o r ' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n s , b e c a u s e i n

a d d i t i o n t o t h e n e e d f o r y i e l d i n g o f t h e

r e i n f o r c e m e n t , t h e c o n n e c t i o n m u s t h a v e s u f f i c i e n t

r o t a t i o n c a p a c i t y t o b e h a v e a s a p l a s t i c h i n g e .

F o r a g i v e n b e a m s i z e a n d s t e e l g r a d e , t h e m i n i m u m

v a l u e s i n T a b l e 4 . 1 , m a r k e d ' 5 % ' , s h o u l d g e n e r a l l y

b e u s e d . T h e s e v a l u e s a r e a p p r o p r i a t e f o r h i g h y i e l d

b a r s c o m p l y i n g w i t h c u r r e n t B r i t i s h S t a n d a r d

B S 4 4 4 9 g r a d e 4 6 0 B 2 0 .

T h i s g r a d e o f r e i n f o r c e m e n t h a s a m a n d a t o r y

r e q u i r e m e n t o f 1 4 % m i n i m u m e l o n g a t i o n a t f r a c t u r e ,

a n d a n o n - m a n d a t o r y r e q u i r e m e n t o f 5 % m i n i m u m

e l o n g a t i o n a t m a x i m u m f o r c e . G r a d e B 5 0 0 B b a r s

c o m p l y i n g w i t h B S E N 1 0 0 8 0 ( 2 1 ) a r e r e q u i r e d t o

h a v e s i m i l a r p r o p e r t i e s ; t h e y m u s t b e a b l e t o a c h i e v e

5 % t o t a l e l o n g a t i o n a t m a x i m u m f o r c e . E l o n g a t i o n

a t f r a c t u r e a n d t o t a l e l o n g a t i o n a t m a x i m u m f o r c e

a r e d e f i n e d i n F i g u r e 4 . 5 .

M i n i m u m r e i n f o r c e m e n t l i m i t s a r e a l s o g i v e n i n

T a b l e 4 . 1 f o r c o n n e c t i o n s t h a t u s e r e i n f o r c e m e n t

. w h i c h i s c a p a b l e o f a c h i e v i n g 1 0 % m i n i m u m

e l o n g a t i o n a t m a x i m u m f o r c e .

T h e i n c r e a s e d


d u c t i l i t y

o f f e r s

c o n s i d e r a b l e

a d v a n t a g e s i n s o m e c a s e s , b e c a u s e i t p e r m i t s t h e

u s e o f l e s s r e i n f o r c e m e n t .

I t i s e s s e n t i a l t h a t w h e n a d e s i g n i s b a s e d o n t h e

u s e o f 1 0 % e l o n g a t i o n b a r s t h i s i s m a d e c l e a r i n t h e

p r o j e c t s p e c i f i c a t i o n . T h i s c a n b e d o n e b y g i v i n g t h e

b a r s a n ' X ' d e s i g n a t i o n , r a t h e r t h a n t h e ' T ' g e n e r a l l y

u s e d f o r h i g h t e n s i l e b a r & 2 2 . T h e ' X ' i n f o r m s t h e

c o n t r a c t o r t h a t t h e b a r s n e e d s p e c i f i c , n o n - s t a n d a r d

p r o p e r t i e s . I t i s r e c o m m e n d e d t h a t , i f p o s s i b l e , t h e

r e i n f o r c e m e n t s u p p l i e r u s e s c o l o u r e d l a b e l s t o

c l e a r l y d i s t i n g u i s h t h e h i g h e l o n g a t i o n ' X ' b a r s o n

s i t e . I n c a s e o f d o u b t c o n c e r n i n g t h e e l o n g a t i o n

c a p a c i t y o f b a r s , a p p r o x i m a t e l y h a l f t h e U K

m a n u f a c t u r e r s p r o v i d e r e i n f o r c e m e n t s u p p l i e r s w i t h

a p p r o p r i a t e t e s t i n f o r m a t i o n . I t s h o u l d t h e r e f o r e b e

r e l a t i v e l y e a s y f o r t h e c o n t r a c t o r t o c o n f i r m

s u i t a b i l i t y w i t h h i s r e i n f o r c e m e n t s u p p l i e r .

B a r s t h a t a r e c u r r e n t l y p r o d u c e d i n t h e U K u s i n g a

h o t f o r m i n g p r o c e s s m a y b e a s s u m e d t o b e

a p p r o p r i a t e f o r u s e w i t h t h e ' 1 0 % ' l i m i t s .

A l l

2 0 m m d i a m e t e r b a r s p r o d u c e d b y m a j o r

m a n u f a c t u r e r s i n t h e U K c u r r e n t l y a r e h o t f o r m e d ,

a s a r e , o f t e n , 1 6 m m b a r s .

M a x i m u m a r e a o f r e i n f o r c e m e n t

T h e r e i n f o r c e m e n t a r e a i n a b e a m - t o - b e a m

c o n n e c t i o n m u s t b e l i m i t e d t o a m a x i m u m v a l u e

i n o r d e r t o k e e p t h e c o m p r e s s i o n z o n e i n t h e

l o w e r h a l f o f t h e s t e e l b e a m . T h i s r e s t r i c t i o n

e n s u r e s t h a t t h e r e i n f o r c e m e n t s t r a i n s s u f f i c i e n t l y

t o p r o d u c e y i e l d i n g .

e i n f

Y m

6 1




S T E P 2 B C O M P R E S S I O N C H E C K - S U P P O R T E D B E A M

R E S I S T A N C E O F T H E B E A M F L A N G E A N D W E B I N T H E C O M P R E S S I O N F L A N G E

B e a m F l a n g e C r u s h i n g ( B e a r i n g )

P y b = d e s i g n s t r e n g t h o f t h e b e a m

T b = t h e b e a m f l a n g e t h i c k n e s s

B b = t h e b e a m f l a n g e b r e a d t h

T h e c e n t r e o f c o m p r e s s i o n i s t a k e n a s t h e m i d - d e p t h

o f t h e b e a m c o m p r e s s i o n f l a n g e , a s s h o w n i n

F i g u r e 4 . 3 0 . T h i s a c c o r d s w i t h t h e b e h a v i o u r o f

c o n n e c t i o n s u n d e r t e s t 2 4 .

A l l o w i n g t h e f l a n g e - o n l y c o m p r e s s i o n s t r e s s t o

e x c e e d t h e y i e l d s t r e s s b y 4 0 % i s j u s t i f i e d b y t w o

l o c a l i s e d e f f e c t s ; s t r a i n - h a r d e n i n g a n d d i s p e r s i o n

i n t o t h e w e b a t t h e r o o t o f t h e s e c t i o n . T y p i c a l l y

( f o r U B s e c t i o n s ) e a c h o f t h e s e e f f e c t s w i l l a c c o u n t

f o r a r o u n d 2 0 % ' o v e r s t r e s s ' , s o t h a t a n e f f e c t i v e

1 4 P y b c a n b e t a k e n w h e n t h e f l a n g e a r e a i s

a s s u m e d t o a c t a l o n e 4 . T h i s v a l u e s h o u l d o n l y b e

u s e d w h e n f l a n g e s a r e e i t h e r C l a s s 1 ( p l a s t i c ) o r 2

( c o m p a c t ) .

W h e n t h e c o m p r e s s i o n c a p a c i t y o f t h e f l a n g e a / o n e

i s e x c e e d e d , a s i t o f t e n w i l l b e d u e t o t h e p r e s e n c e

o f

s i g n i f i c a n t

r e i n f o r c e m e n t , a I s h a p e d

c o m p r e s s i o n z o n e s h o u l d b e c o n s i d e r e d , e x t e n d i n g

s o m e d i s t a n c e u p t h e w e b ( s e e F i g u r e 4 . 3 1 ) .

N o t e t h a t :

. T h e s t r e s s i n t h i s

s e c t i o n m u s t b e l i m i t e d t o

1 . 2 p . s i n c e t h e c o n t r i b u t i o n o f t h e w e b i s n o w

b e i n g t a k e n i n t o a c c o u n t e x p l i c i t l y . F l a n g e s

s h o u l d b e e i t h e r C l a s s 1 ( p l a s t i c ) o r 2 ( c o m p a c t ) .

. T h e c e n t r e o f c o m p r e s s i o n i s r e d e f i n e d a s t h e

c e n t r o i d o f t h e . J s e c t i o n , a n d t h e l e v e r a r m s t o

t h e b o l t s a n d r e i n f o r c e m e n t a r e r e d u c e d

a c c o r d i n g l y .

f l k T b

X X X \ } ' x 1

k B b

_ J j j J b

k

B b

F i g u r e

4 . 3 1

C o m p r e s s i o n i n b e a m f l a n g e a n d

p o r t i o n o f w e b

B e c a u s e c o m p r e s s i o n i n t h e b e a m e x t e n d s i n t o t h e

w e b , a n d a l i m i t i n g s t r e s s o f 1 . 2 p , , a s s u m e s

p l a s t i f i c a t i o n t o t a k e p l a c e , t h e w e b s h o u l d b e C l a s s

1 ( p l a s t i c ) o r 2 ( c o m p a c t ) . B e c a u s e c o n n e c t i o n

d e t a i l i n g r u l e s l i m i t t h e d e p t h o f c o m p r e s s i o n t o t h e

l o w e r h a l f o f t h e b e a m , a l l p r a c t i c a l r o l l e d s e c t i o n s

e f f e c t i v e l y s a t i s f y t h i s r e s t r i c t i o n .

I f f a b r i c a t e d

s e c t i o n s w i t h a C l a s s 3 ( s e m i - c o m p a c t ) w e b a r e

u s e d , t h e y m a y b e t r e a t e d a s C l a s s 2 b y i g n o r i n g

p a r t o f t h e w e b . T h e e f f e c t i v e s e c t i o n s h o u l d b e

d e f i n e d b y c o n s i d e r i n g a d e p t h o f w e b e q u a l t o

1 9 t e a d j a c e n t t o b o t h t h e c o m p r e s s i o n f l a n g e a n d

t h e n e u t r a l a x i s ( w h e r e t i s t h e w e b t h i c k n e s s a n d

C

=

/ ( p / 2 7 5 ) ) .

A s a f i r s t c h e c k , t h e p o t e n t i a l r e s i s t a n c e o f t h e

f l a n g e i n c o m p r e s s i o n i s t a k e n a s :

P C

=

l . 4 X p y b X T b X B b

( 2 . 2 )

w h e r e :

P C

-

F i g u r e 4 . 3 0

C o m p r e s s i o n i n b e a m f l a n g e o n l y

6 2



S T E P 4 C A L C U L A T I O N O F M O M E N T C A P A C I T Y

B e a m - t o - B e a m C o n n e c t i o n s

F o r c e D i s t r i b u t i o n

T h e r e i n f o r c e m e n t r e s i s t a n c e c a l c u l a t e d i n S t e p 1

c a n o n l y b e f u l l y r e a l i s e d i f s u f f i c i e n t c o m p r e s s i o n

z o n e r e s i s t a n c e i s a v a i l a b l e ( S t e p 2 ) . I t i s t h e r e f o r e

a ' p o t e n t i a l ' r e s i s t a n c e , a n d m u s t b e r e d u c e d i f

n e c e s s a r y t o e n s u r e e q u i l i b r i u m . F i g u r e 4 . 3 2 s h o w s

t h e p o t e n t i a l r e s i s t a n c e s ( P ) t r a n s l a t e d i n t o a c t u a l

f o r c e s ( F ) .

E q u i l i b r i u m i s s a t i s f i e d b y :

F r e i n f + N = F

w h e r e N

i s t h e a x i a l l o a d i n t h e b e a m

( p o s i t i v e f o r c o m p r e s s i o n )

a n d

F

i s t h e s m a l l e r o f t h e f o l l o w i n g :

" r e i n f N

o r

P ( b e a m c r u s h i n g )

F o r t h e r e i n f o r c e m e n t : 1 e n f

I j f

w h e r e :

F r e i n f _

f i n a l f o r c e i n r e i n f o r c e m e n t

( 2 . 3 )

I f t h e r e i s a n e x c e s s p o t e n t i a l r e s i s t a n c e i n t h e

r e i n f o r c e m e n t t h e n t h e f o r c e s s h o u l d b e r e d u c e d

u n t i l e q u i l i b r i u m i s a c h i e v e d b e t w e e n t h e t e n s i o n

a n d c o m p r e s s i o n f o r c e s .

M o m e n t C a p a c i t y

A s s u m i n g t h a t t h e r e i s n o s i g n i f i c a n t a x i a l l o a d i n

t h e b e a m , t h e b a s i c m o m e n t c a p a c i t y o f t h e

c o n n e c t i o n i s g i v e n b y :

M 1 = F r e i n t X h r e i n f

( 2 . 4 )

M o m e n t C a p a c i t y M o d i f i e d b y A x i a l L o a d

T h e p r e s e n c e o f s i g n i f i c a n t a x i a l l o a d m u s t b e

a l l o w e d f o r w h e n c h e c k i n g e q u i l i b r i u m b e t w e e n t h e

t e n s i o n a n d c o m p r e s s i o n f o r c e s ( E q u a t i o n 2 . 3 ) . F o r

s i m p l i c i t y i n t h e c o n n e c t i o n d e s i g n , i t i s a s s u m e d

t h a t t h e a x i a l f o r c e a c t s a t t h e c e n t r e o f

c o m p r e s s i o n i n t h e b e a m . H o w e v e r , t h i s s h i f t i n t h e

l i n e o f a c t i o n o f t h e f o r c e , f r o m t h e ( c o m p o s i t e )

b e a m n e u t r a l a x i s , m e a n s t h a t t h e c o i n c i d e n t

m o m e n t t h a t i s c o n s i d e r e d t o b e a p p l i e d t o t h e

c o n n e c t i o n s h o u l d b e r e d u c e d . T h e t o t a l a p p l i e d

m o m e n t ( M ) i s t h e r e f o r e c o n s i d e r e d a s c o m p r i s i n g a

r e d u c e d m o m e n t ( M m )

p l u s

a n e c c e n t r i c a x i a l f o r c e

( N

x

h N ) .

T h e p r e s e n c e o f a x i a l l o a d i s t h e r e f o r e a l l o w e d f o r

c o n s e r v a t i v e l y i n t h e m o m e n t c a p a c i t y c a l c u l a t i o n

p r o c e d u r e b y c o n s i d e r i n g t h e a x i a l l o a d i n t h e c h e c k

o n c o m p r e s s i o n c a p a c i t y ( E q u a t i o n 2 . 3 ) , a n d

i n c r e a s i n g t h e c o n n e c t i o n m o m e n t c a p a c i t y t o

c o m p e n s a t e f o r t h i s c o n s e r v a t i s m :

w h e r e :

M =

b a s i c c o n n e c t i o n m o m e n t c a p a c i t y

( 2 . 5 )

w h e r e :

N =

a x i a l f o r c e

h r e i n f =

d i s t a n c e

f r o m

t h e

c e n t r e o f

c o m p r e s s i o n t o t h e r e i n f o r c e m e n t

h N

d i s t a n c e o f a x i a l f o r c e f r o m c e n t r e o f


6 3

) M m

M j m M J + ( N x h N )

F i g u r e 4 . 3 2 T r a n s l a t i o n o f p o t e n t i a l r e s i s t a n c e s i n t o a l l o w a b l e f o r c e s



6 4



5 C O N N E C T I O N D E T A I L I N G

5 . 1 B E A M - T O - C O L U M N C O N N E C T I O N S

A p p r o p r i a t e c o n n e c t i o n d e t a i l i n g f o r ' c o m p a c t '

c o n n e c t i o n s i s n e c e s s a r y i n o r d e r t o :

.

p r e v e n t p r e m a t u r e f a i l u r e o f t h e t e n s i o n b o l t s o r


.

e n s u r e s u f f i c i e n t d e f o r m a t i o n t a k e s p l a c e t o

g e n e r a t e t h e t e n s i o n b o l t a n d r e i n f o r c e m e n t

f o r c e s a s s u m e d i n t h e d e s i g n

.

p r e v e n t c o n c r e t e c r u s h i n g a g a i n s t t h e c o l u m n

u n d e r u n b a l a n c e d l o a d i n g .

I n a d d i t i o n , f o r ' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n s , m o r e o n e r o u s

d e t a i l i n g r u l e s a r e n e c e s s a r y i n o r d e r t o :

S

e n s u r e t h a t t h e c o n n e c t i o n s h a v e s u f f i c i e n t

r o t a t i o n c a p a c i t y t o f o r m a p l a s t i c h i n g e .

T h e d e t a i l i n g r u l e s t h a t f o l l o w a p p l y t o b o t h

' c o m p a c t ' a n d ' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n s . T h e y s h o u l d

b e u s e d i n c o n j u n c t i o n w i t h m i n i m u m r e i n f o r c e m e n t

a r e a r e q u i r e m e n t s g i v e n i n T a b l e 4 . 1 , w h i c h d o

h o w e v e r d i f f e r f o r t h e t w o t y p e s o f c o n n e c t i o n .

R e i n f o r c e m e n t a n d s h e a r c o n n e c t i o n

C o n v e n t i o n a l r e i n f o r c e m e n t d e t a i l i n g a c c o r d i n g t o

B S 8 1 1 0 ( 1 1 ) s h o u l d b e a d o p t e d . B a r d i a m e t e r

s h o u l d n o t b e l e s s t h a n 1 6 m m , s i n c e s m a l l e r

d i a m e t e r b a r s a r e g e n e r a l l y l e s s d u c t i l e . E f f e c t i v e

a n c h o r a g e o f t h e r e i n f o r c e m e n t i s a c h i e v e d b y

c u r t a i l i n g t h e b a r s i n t h e c o m p r e s s i o n z o n e o f t h e

s l a b . T h i s z o n e n o r m a l l y s t a r t s a t a b o u t 0 . 2 t i m e s

t h e b e a m s p a n o n e i t h e r s i d e o f t h e s u p p o r t , a n d

s u f f i c i e n t a n c h o r a g e l e n g t h s h o u l d b e p r o v i d e d

b e y o n d t h i s p o i n t , a s i n c o n v e n t i o n a l r e i n f o r c e d

c o n c r e t e p r a c t i c & 1 1 ) ( f o r e x a m p l e 4 0 t i m e s t h e b a r

d i a m e t e r f o r a ' T y p e 2 d e f o r m e d ' b a r i n c o n c r e t e

w i t h a c u b e s t r e n g t h o f 3 0 N / m m 2 ) . A l t h o u g h

r e i n f o r c i n g m e s h m a y a l s o b e p r e s e n t i n t h e s l a b t o

c o n t r o l c r a c k i n g , i t s c o n t r i b u t i o n t o m o m e n t

c a p a c i t y s h o u l d b e i g n o r e d .

T h e f o l l o w i n g

d e t a i l i n g

r u l e s

a r e s h o w n

s c h e m a t i c a l l y i n F i g u r e 5 . 1 . L i m i t a t i o n s o n t h e

p o s i t i o n s o f r e i n f o r c i n g b a r s e n s u r e t h a t t h e y c a n

w o r k e f f e c t i v e l y a s c o m p o n e n t s i n a t r u s s t o r e s i s t

u n b a l a n c e d l o a d s ( s e e S e c t i o n 4 . 2 S t e p 1 A ) .

1 .

L o n g i t u d i n a l r e i n f o r c i n g b a r s s h o u l d b e

u n i f o r m l y s p a c e d e i t h e r s i d e o f t h e c o l u m n

( s e e F i g u r e 5 . 1 ) , w i t h t h e n e a r e s t b a r s

a p p r o x i m a t e l y 2 0 m m f r o m t h e c o l u m n e d g e ,

t o a c h i e v e a d e q u a t e c o v e r . T h e f u r t h e s t b a r s

t o b e i n c l u d e d i n t h e e f f e c t i v e a r e a s h o u l d n o t

b e m o r e t h a n a p p r o x i m a t e l y 2 b f r o m t h e

c o l u m n c e n t r e l i n e ( d i m e n s i o n e L ) .

N O T E : e L s a f u n c t i o n o f t h e c o l u m n w i d t h ,

r a t h e r t h a n t h e b e a m s p a n .

2 .

T r a n s v e r s e r e i n f o r c i n g b a r s ( w h i c h a r e

n e c e s s a r y t o r e s i s t f o r c e s i n t h e c o n c r e t e

' b e h i n d ' t h e c o l u m n w h e n u n b a l a n c e d l o a d i n g

i s a p p l i e d ) s h o u l d n o t e x t e n d m o r e t h a n t h e

r e q u i r e d a n c h o r a g e l e n g t h 1 1 ) b e y o n d p o i n t s

2 b e i t h e r s i d e o f t h e c o l u m n c e n t r e l i n e . T h i s

s h o u l d e n s u r e t h a t t h e o r t h o g o n a l c o n n e c t i o n

b e h a v i o u r i s n o t s i g n i f i c a n t l y i n f l u e n c e d b y

t h e s e b a r s .

3 .

T r a n s v e r s e r e i n f o r c i n g b a r s s h o u l d b e

u n i f o r m l y s p a c e d e i t h e r s i d e o f t h e c o l u m n

( s e e F i g u r e 5 . 1 ) , w i t h t h e n e a r e s t b a r s

a p p r o x i m a t e l y 2 0 m m f r o m t h e c o l u m n e d g e .

T h e f u r t h e s t b a r s i n c l u d e d i n t h e e f f e c t i v e a r e a

s h o u l d n o t b e m o r e t h a n a p p r o x i m a t e l y 3 b

f r o m t h e c o l u m n f a c e ( d i m e n s i o n e T ) .

4 .

L o n g i t u d i n a l r e i n f o r c i n g b a r s s h o u l d b e p l a c e d

a p p r o x i m a t e l y 2 0 m m a b o v e t h e t o p o f t h e

d e c k i n g , t o e n s u r e a d e q u a t e c o n c r e t e c o v e r .

W h e t h e r t h e t r a n s v e r s e b a r s a r e p l a c e d a b o v e

o r b e l o w t h e l o n g i t u d i n a l b a r s w i l l d e p e n d o n

t h e o r i e n t a t i o n o f t h e d e c k i n g a n d t h e d e p t h o f

s l a b a b o v e t h e d e c k i n g ; a l l t h e b a r s m u s t b e

p o s i t i o n e d s o t h a t t h e y h a v e a d e q u a t e c o v e r t o

t h e d e c k i n g a n d t h e t o p o f s l a b 1 1 .

K e e p i n g t h e l o n g i t u d i n a l b a r s c l o s e t o t h e t o p

o f t h e d e c k i n g m i n i m i s e s t h e s t r a i n t h e y m u s t

u n d e r g o t o a c h i e v e a g i v e n r o t a t i o n .

5 .

T h e f i r s t s h e a r c o n n e c t o r s h o u l d b e a t l e a s t

1 0 0 m m f r o m t h e f a c e o f t h e c o l u m n .

T h i s l i m i t a t i o n e n s u r e s t h a t r e i n f o r c i n g b a r s a r e

s t r a i n e d o v e r a s u b s t a n t i a l l e n g t h , s o t h a t

s u f f i c i e n t r o t a t i o n c a n t a k e p l a c e .

S t e e l w o r k

6 . T h e e n d p l a t e t h i c k n e s s s h o u l d b e n o t m o r e

t h a n 6 0 % o f t h e b o l t d i a m e t e r ; 1 2 m m f o r

M 2 0 b o l t s a n d 1 5 m m f o r M 2 4 b o l t s . E n d

p l a t e s s h o u l d b e m a d e f r o m 5 2 7 5 s t e e l .

7 .

H o r i z o n t a l s p a c i n g o f t h e b o l t s ( g a u g e ) s h o u l d

b e n o t l e s s t h a n 9 0 m m .

6 5



- D

e % J

- a

0

C

a )

0

- C

0 )

C

a )

F i g u r e 5 . 1 G e o m e t r i c a l d e t a i l i n g r u l e s - b e a m - t o - c o l u m n c o n n e c t i o n s

T h e s e s t e e l w o r k r e s t r i c t i o n s e n s u r e t h a t , a s t h e

c o n n e c t i o n r o t a t e s , e n d p l a t e d e f o r m a t i o n i s t h e

' w e a k l i n k ' . S t e e l w o r k d e t a i l s c o m p l y i n g w i t h t h e s e

r u l e s h a v e b e e n s h o w n i n t e s t s t o p o s s e s s s u f f i c i e n t

r o t a t i o n c a p a c i t y t o s a t i s f y b o t h ' c o m p a c t ' a n d

' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n r e q u i r e m e n t & 4 . A l t e r n a t i v e l y ,

s t e e l w o r k d e t a i l s w h i c h f a i l i n M o d e 1 m a y b e u s e d

( s e e S e c t i o n 4 . 2 S t e p 1 B ) .

5 . 2 B E A M - T O - B E A M C O N N E C T I O N S

F o r b e a m - t o - b e a m d e t a i l s , t h e f o l l o w i n g d e t a i l i n g

r u l e s s h o u l d b e r e s p e c t e d f o r b o t h ' c o m p a c t ' a n d

' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n s . T h e s e a r e r e q u i r e d f o r t h e

s a m e r e a s o n s a s s p e c i f i e d i n S e c t i o n 5 . 1 , e x c e p t

t h a t c o n c r e t e c r u s h i n g a g a i n s t t h e c o l u m n i s c l e a r l y

n o t r e l e v a n t .

R e i n f o r c e m e n t a n d s h e a r c o n n e c t i o n

C o n v e n t i o n a l r e i n f o r c e m e n t d e t a i l i n g a c c o r d i n g t o

B S 8 1 1 0 ( 1 1 ) s h o u l d b e a d o p t e d . B a r d i a m e t e r

s h o u l d n o t b e l e s s t h a n 1 6 m m , s i n c e s m a l l e r

d i a m e t e r b a r s a r e g e n e r a l l y l e s s d u c t i l e . E f f e c t i v e

a n c h o r a g e o f t h e r e i n f o r c e m e n t i s a c h i e v e d b y

c u r t a i l i n g t h e b a r s i n t h e c o m p r e s s i o n z o n e o f t h e

s l a b . T h i s z o n e n o r m a l l y s t a r t s a t a b o u t 0 . 2 t i m e s

6 6

t h e b e a m s p a n o n e i t h e r s i d e o f t h e s u p p o r t , a n d

s u f f i c i e n t a n c h o r a g e l e n g t h s h o u l d b e p r o v i d e d

b e y o n d t h i s p o i n t , a s i n c o n v e n t i o n a l r e i n f o r c e d

c o n c r e t e p r a c t i c & 1 1 )

A l t h o u g h r e i n f o r c i n g m e s h

m a y a l s o b e p r e s e n t i n t h e s l a b t o c o n t r o l c r a c k i n g ,

i t s c o n t r i b u t i o n t o m o m e n t c a p a c i t y s h o u l d b e

i g n o r e d .

T h e f o l l o w i n g

d e t a i l i n g

s c h e m a t i c a l l y i n F i g u r e 5 . 2 .

r u l e s

a r e s h o w n

1 .

L o n g i t u d i n a l r e i n f o r c i n g b a r s m u s t b e l o c a t e d

w i t h i n t h e e f f e c t i v e w i d t h o f t h e c o n c r e t e s l a b

f o r t h e b e a m i n h o g g i n g , a s d e f i n e d i n

B S 5 9 5 0 : P a r t 3 : S e c t i o n 3 . 1 C l a u s e 4 . 6 .

N o t e : E f f e c t i v e w i d t h

i s n o t t h e s a m e a s f o r

b e a m - t o - c o l u m n c o n n e c t i o n s .

2 .

R e i n f o r c i n g

b a r s

s h o u l d

b e

p l a c e d

a p p r o x i m a t e l y 2 0 m m a b o v e t h e t o p o f t h e

d e c k i n g , t o m a i n t a i n a d e q u a t e c o v e r t o t h e

d e c k i n g a n d t h e t o p o f s l a b 1 1 .

3 .

T h e f i r s t s h e a r c o n n e c t o r s o n t h e s u p p o r t e d

b e a m s s h o u l d b e a t l e a s t 2 0 0 m m f r o m t h e

c e n t r e l i n e o f t h e s u p p o r t .


- a

" 4

- J

a )

T r a n s v e r s e


L o n g i t u d i n a l


a ) P l a n ( d e c k i n g a n d m e s h o m i t t e d f o r c l a r i t y )

A p p r o x .

6 0 m m

b ) E l e v a t i o n



F i g u r e 5 . 2 G e o m e t r i c a l d e t a i l i n g r u l e s

-

b e a m - t o - b e a m c o n n e c t i o n s

S t e e l w o r k d e t a i l i n g

4 . T h e e n d p l a t e t h i c k n e s s s h o u l d b e n o t m o r e

t h a n 6 0 % o f t h e b o l t d i a m e t e r ; 1 2 m m f o r

M 2 0 b o l t s a n d 1 5 m m f o r M 2 4 b o l t s . E n d

p l a t e s s h o u l d b e m a d e f r o m S 2 7 5 s t e e l .

5 .

H o r i z o n t a l s p a c i n g o f t h e b o l t s ( g a u g e ) s h o u l d

b e n o t l e s s t h a n 9 0 m m .

C o n n e c t i o n D e t a i l i n g

6 7

P l a n ( d e c k i n g a n d m e s h o m i t t e d f o r c l a r i t y )



6 8



R e f e r e n c e s

R E F E R E N C E S

1 T H E S T E E L C O N S T R U C T I O N I N S T I T U T E a n d T H E B R I T I S H C O N S T R U C T I O N A L S T E E L W O R K

A S S O C I A T I O N L T D

J o i n t s i n s i m p l e c o n s t r u c t i o n - V o l u m e 1 : d e s i g n m e t h o d s

S C I , B C S A , 1 9 9 3

2 T H E S T E E L C O N S T R U C T I O N I N S T I T U T E a n d T H E B R I T I S H C O N S T R U C T I O N A L S T E E L W O R K

A S S O C I A T I O N L T D

J o i n t s i n s i m p l e c o n s t r u c t i o n - V o l u m e 2 : p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n s

S C I , B C S A , 1 9 9 2

3 T H E S T E E L C O N S T R U C T I O N I N S T I T U T E a n d T H E B R I T I S H C O N S T R U C T I O N A L S T E E L W O R K A S S O C I A T I O N L T D

J o i n t s i n s t e e l c o n s t r u c t i o n : s i m p l e c o n n e c t i o n s

S C I , B C S A , 1 9 9 8

4 T H E S T E E L C O N S T R U C T I O N I N S T I T U T E a n d T H E B R I T I S H C O N S T R U C T I O N A L S T E E L W O R K A S S O C I A T I O N L T D

J o i n t s i n s t e e l c o n s t r u c t i o n : m o m e n t c o n n e c t i o n s

S C l , B C S A , 1 9 9 5

5 B R I T I S H S T A N D A R D S I N S T I T U T I O N

B S 5 9 5 0 : S t r u c t u r a l u s e o f s t e e l w o r k i n b u i l d i n g

P a r t 3 : D e s i g n i n c o m p o s i t e c o n s t r u c t i o n

S e c t i o n 3 . 1 : 1 9 9 0 : C o d e o f p r a c t i c e f o r d e s i g n o f s i m p l e a n d c o n t i n u o u s c o m p o s i t e b e a m s

B S I , 1 9 9 0


B S 5 9 5 0 : S t r u c t u r a l u s e o f s t e e l w o r k i n b u i l d i n g

P a r t 1 : 1 9 9 0 : C o d e o f p r a c t i c e f o r d e s i g n i n s i m p l e a n d c o n t i n u o u s c o n s t r u c t i o n : h o t r o l l e d s e c t i o n s

B S I , 1 9 9 0


D D - E N V 1 9 9 3 - 1 - 1 : 1 9 9 2 E u r o c o d e 3 : D e s i g n o f s t e e l s t r u c t u r e s

P a r t 1 . 1 G e n e r a l r u l e s a n d r u l e s f o r b u i l d i n g s

B S l , 1 9 9 3

8 E U R O P E A N C O M M I S S I O N

C O S T C l S e m i - r i g i d b e h a v i o u r o f c i v i l e n g i n e e r i n g s t r u c t u r a l c o n n e c t i o n s

C o m p o s i t e s t e e l - c o n c r e t e j o i n t s i n b r a c e d f r a m e s f o r b u i l d i n g s

E C ,

1 9 9 6

9

T H E B R I T I S H C O N S T R U C T I O N A L S T E E L W O R K A S S O C I A T I O N L T D a n d T H E S T E E L C O N S T R U C T I O N I N S T I T U T E

N a t i o n a l s t r u c t u r a l s t e e l w o r k s p e c i f i c a t i o n f o r b u i l d i n g c o n s t r u c t i o n ( 3 r d e d i t i o n )

B C S A ,

1 9 9 4

1 0

B R I T I S H S T A N D A R D S I N S T I T U T I O N

D D - E N V 1 9 9 4 - 1 - 1 : 1 9 9 4 E u r o c o d e 4 : D e s i g n o f c o m p o s i t e s t e e l a n d c o n c r e t e s t r u c t u r e s

P a r t 1 . 1 G e n e r a l r u l e s a n d r u l e s f o r b u i l d i n g s

B S I , 1 9 9 4

1 1 B R I T I S H S T A N D A R D S I N S T I T U T I O N

B S 8 1 1 0 : T h e s t r u c t u r a l u s e o f c o n c r e t e

P a r t 1 : 1 9 9 7 : C o d e o f p r a c t i c e f o r d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n

B S I , 1 9 9 7

1 2 A H M E D , B . , a n d N E T H E R C O T , D . A .

E f f e c t o f h i g h s h e a r o n t h e m o m e n t c a p a c i t y o f c o m p o s i t e c r u c i f o r m e n d p l a t e c o n n e c t i o n s

J o u r n a l o f C , o n s t r u c t i o n a l S t e e l R e s e a r c h , V o l . 4 0 , N o . 2 , N o v e m b e r 1 9 9 6

1 3 B u i l d i n g R e g u l a t i o n s 1 9 9 1 ( 1 9 9 4 e d i t i o n )

T h e S t a t i o n e r y O f f i c e

6 9




1 4 N E A L , B . G .

T h e p l a s t i c m e t h o d s o f s t r u c t u r a l a n a l y s i s

S c i e n c e P a p e r b a c k s a n d C h a p m a n & H a l l , 1 9 6 5

1 5 C O U C H M A N , G . H . , a n d W A Y , A .

D u c t i l i t y r e q u i r e m e n t s f o r c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s

( T o b e p u b l i s h e d )

1 6 W Y A T T , T A .

D e s i g n g u i d e o n t h e v i b r a t i o n o f f l o o r s

T h e S t e e l C o n s t r u c t i o n I n s t i t u t e a n d C I R I A , 1 9 8 9

1 7 J O H N S O N , R . P . , a n d A N D E R S O N , D .

D e s i g n e r s ' h a n d b o o k t o E u r o c o d e 4 P a r t 1 . 1 : D e s i g n o f c o m p o s i t e s t e e l a n d c o n c r e t e s t r u c t u r e s

T h o m a s T e l f o r d , 1 9 9 3

1 8 T H E I N S T I T U T I O N O F S T R U C T U R A L E N G I N E E R S

M a n u a l f o r t h e d e s i g n o f s t e e l w o r k b u i l d i n g s t r u c t u r e s

I s t r u c t E , 1 9 8 9

1 9 C O U C H M A N , G . H .

D e s i g n o f s e m i - c o n t i n u o u s b r a c e d f r a m e s

T h e S t e e l C o n s t r u c t i o n I n s t i t u t e , 1 9 9 7


B S 4 4 4 9 : 1 9 8 8 : S p e c i f i c a t i o n f o r c a r b o n s t e e l b a r s f o r t h e r e i n f o r c e m e n t o f c o n c r e t e

B S I , 1 9 8 8


B S E N 1 0 0 8 0 : 1 9 9 6 : S t e e l f o r t h e r e i n f o r c e m e n t o f c o n c r e t e .

W e l d a b l e r i b b e d r e i n f o r c i n g s t e e l B 5 0 0 .

T e c h n i c a l d e l i v e r y c o n d i t i o n s f o r b a r s , c o i l s a n d w e l d e d f a b r i c

B S I , 1 9 9 6


B S 4 4 6 6 : 1 9 8 9 : S p e c i f i c a t i o n f o r s c h e d u l i n g , d i m e n s i o n i n g , b e n d i n g a n d c u t t i n g o f r e i n f o r c e m e n t f o r c o n c r e t e

B S I , 1 9 8 9

2 3 L I , T . Q . , N E T H E R C O T , D . A . , a n d C H O O , B . S .

B e h a v i o u r o f f l u s h e n d p l a t e c o m p o s i t e c o n n e c t i o n s w i t h u n b a l a n c e d m o m e n t a n d v a r i a b l e s h e a r / m o m e n t r a t i o s - I I . P r e d i c t i o n o f

m o m e n t c a p a c i t y

J o u r n a l o f C o n s t r u c t i o n a l S t e e l R e s e a r c h , V o l . 3 8 , N o . 2 , 1 9 9 6

2 4 B A I L E Y , J . R .

S t r e n g t h a n d r i g i d i t y o f b o l t e d b e a m - t o - c o l u m n c o n n e c t i o n s

P r o c e e d i n g s , C o n f e r e n c e o n s t r u c t u r e s

U n i v e r s i t y o f S h e f f i e l d , 1 9 7 0

7 0



A p p e n d i x A

A P P E N D I X A W o r k e d E x a m p l e

T h e f o l l o w i n g c a l c u l a t i o n d e m o n s t r a t e s t h e p r o c e d u r e u s e d t o c a l c u l a t e t h e m o m e n t c a p a c i t y o f a n i n t e r n a l b e a m

t o c o l u m n f l a n g e c o m p o s i t e c o n n e c t i o n .

T h e p r o c e d u r e t o a l l o w f o r i n t e r a c t i o n b e t w e e n s e v e r a l r o w s o f t e n s i o n b o l t s d o e s n o t d i f f e r f r o m t h a t g i v e n i n

R e f e r e n c e 4 , a n d i s t h e r e f o r e n o t i n c l u d e d i n t h e w o r k e d e x a m p l e . M o r e d e t a i l s m a y b e f o u n d i n R e f e r e n c e 4 .

C o n t e n t s :

1 . C o n n e c t i o n d e t a i l s

2 . T e n s i o n z o n e

3 . C o m p r e s s i o n z o n e

4 . C o l u m n p a n e l s h e a r z o n e

5 . C a l c u l a t i o n o f m o m e n t c a p a c i t y

6 . C a l c u l a t i o n o f v e r t i c a l s h e a r c a p a c i t y

7 1



7 2



K 7

h e S t e e l

C o n s t r u c t i o n

I n s t i t u t e

J o b

' S h e e t

C o m p o s i t e M o m e n t C o n n e c t i o n s

I

i o

I 9

T i t l e

S i l w o o d P a r k , A s c o t , B e r k s S L 5 7 Q N

T e l e p h o n e : ( 0 1 3 4 4 ) 6 2 3 3 4 5

W o r k e d e x a m p l e f o r a b o l t e d e n d p l a t e

C l i e n t

F a x : ( 0 1 3 4 4 ) 6 2 2 9 4 4

C A L C U L A T I O N S H E E T

S C / / B C S A C o n n e c t i o n s G r o u p

C a l c s b y

I C h e c k e d b y

' D a t e

G H C

A W

M a y 1 9 9 8

1 .

C O N N E C T I O N D E T A I L S

. 6 N o . 1 6 m m d i a m e t e r

r e b a r s

.

1 r o w M 2 0 8 . 8 t e n s i o n

1 2 O

b o l t s

0 2 0 0 x 1 2 S 2 7 5 e n d

p l a t e

. 4 O 6 x 1 7 8 x 5 4 U B

. 2 O 3 x 2 O 3 x 5 2 U C

T h e b e a m a n d c o l u m n a r e

b o t h S 2 7 5 . T h e r e b a r i s

g r a d e 4 6 0 B t o B S 4 4 4 9 .

2 . T E N S I O N Z O N E

2 . 1

R e b a r

S t e p 1 A


F o r 6 N o 1 6 m m b a r s , A r e j f l f

1 2 1 0 m m 2

I 5 3 0 I 1

( s e e

f x A r e i n f

4 6 0 x 1 2 1 0 x i O - 3

w o r k s h e e t ,

r e i n f

=

Y m

=

1 . 0 5

5 3 0 . 1 k N

p a g e 7 7 )

C h e c k m i n i m u m a r e a o f r e i n f o r c e m e n t

B e a m i s g r a d e 5 2 7 5

F r o m T a b l e 4 . 1 , m i n i m u m a l l o w a b l e a r e a o f r e b a r f o r a ' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n t o

a n 5 2 7 5 , 4 0 6 d e e p b e a m =

1 1 5 0 m m 2 < 1 2 1 0 m m 2 O K

C h e c k m a x i m u m a r e a o f r e i n f o r c e m e n t

T o p r e v e n t c o n c r e t e c r u s h i n g :

0 . 6 x b x d

0 . 6 x 2 0 4 . 3 x ( 1 2 0 - 5 0 )

3 0

A x

x — =

, j

f

p

4 6 0

7 3

S t e e l w o r k d e t a i l s a r e a s s h o w n o n p a g e 8 7 .



T i t l e

S h e e t

W o r k e d e x a m p l e f o r a b o l t e d e n d p l a t e 2

0 1 9

F o r t h i s e x a m p l e , i t i s a s s u m e d t h a t a c o n n e c t i o n o f e q u a l s t r e n g t h w i l l b e

a d o p t e d o n t h e o p p o s i n g c o l u m n f l a n g e , . : p = z e r o , s o A L

S o A r e i n f

1 2 1 0 m m 2

i s O K .

I n a d d i t i o n , i n a ' b a l a n c e d ' s i t u a t i o n , o n l y n o m i n a l t r a n s v e r s e r e i n f o r c e m e n t w i l l

b e r e q u i r e d .

2 . 2

B o l t R o w 1 ( o n l y r o w i n t e n s i o n )

C o l u m n s i d e g e o m e t r y ( w i t h r e f e r e n c e t o F i g u r e 4 . 7 ) :

S t e p l B

m = - _ E O . 8 x r = - 4 - O . 8 X l O . 2 = 3 2 . 9 m r n

B - g

2 0 4 . 3 - 9 0

e

=

2

=

2

= 5 7 . 2 m m

n

= m i n i m u m o f e , 1 . 2 5 m o r e ( b e a m s i d e , s e e b e l o w )

= 5 7 . 2 o r 1 . 2 5 x 3 2 . 9 o r 5 5

= 4 1 . 1 m m

C o l u m n f l a n g e b e n d i n g

F r o m T a b l e 4 . 5 , L e f f 5 g i v e n b y M m ( i i , i )

F r o m T a b l e 4 . 4 , P a t t e r n ( i ) :

2 r r r n = 2 t r x 3 2 . 9

= 2 0 6 . 7 m m

T a b l e 4 . 4 , P a t t e r n ( i i ) :

4 m + l . 2 5 e

= 4 x 3 2 . 9 + 1 . 2 5 x 5 7 . 2

H e n c e L e f f

=

2 0 3 . 1 m m

M f o r t h e c o l u m n f l a n g e :

M —

L e f f X T 2 x p

_

2 0 3 . 1 x 1 2 . 2 x 2 7 5 X 1 0

p

—

4

= 2 1 8 1 . 7 k N m

C r i t i c a l f a i l u r e m o d e i s m i n i m u m o f :

4 M

4 x 2 1 8 1 . 7

M o d e 1 .

P , =

=

=

2 6 5 k N

m

3 2 . 9

.

2 M + n x

2 x 2 1 8 1 . 7 + 4 1 . 1 x 2 x 1 3 7

M o d e 2 .

P , =

'

=

m + n

3 2 . 9 + 4 1 . 1

=

2 1 1 . l k N

7 4



K 7

h e S t e e l


I n s t i t u t e

J o b

I S h e e t


I

o f

9

T i t l e

S i t w o o d P a r k , A s c o t , B e r k s S L 5 7 Q N

T e l e p h o n e : ( 0 1 3 4 4 ) 6 2 3 3 4 5


C l i e n t

F a x : ( 0 1 3 4 4 ) 6 2 2 9 4 4


S C I / B C S A C o n n e c t i o n s G r o u p

C a l c s b y

I C h e c k e d b y

I D a t e

G H C

A W

M a y

1 9 9 8

M o d e 3 .

P , = 1 P ' = 2 x 1 3 7

=

2 7 4 k N

1 2 1 1 1 2 1

H e n c e P r _ 2 1 1 . l k N

C o l u m n w e b t e n s i o n

S t e p 1 C

L = 4 5 x 1 . 7 3 x 2 = 1 5 5 . 7 m m

P t

= L x t x p = 1 5 5 . 7 x 7 . 9 x 2 7 5 x i O -

=

3 3 8 k N

I 3 3 8 I 3 1

B e a m s i d e g e o m e t r y :

S t e p l B

m = - - - O . 8 x s ,

=

=

3 4 . 8 m m

( a s s u m e 8 F W )

b - g 2 0 0 9 0

e

=

2

= — : - - - - - i

=

5 5 m m

n

= m i n i m u m o f e , l . 2 5 m o r e ( c o l u m n s i d e , s e e a b o v e )

= 5 7 . 2 o r 1 . 2 5 x 3 4 . 8 o r 5 5

=

4 3 . 5 m m

E n d p l a t e b e n d i n g

F r o m t a b l e s , L e f f 1 f 5 g i v e n b y :

M m ( M a x ( i i , i i i ) , i ) s i n c e g 0 . 7 B b a n d T b

0 . 8 t , ,

F r o m T a b l e 4 . 4 P a t t e r n ( i i ) :

4 m + 1 . 2 5 e

=

4 x 3 4 . 8 + 1 . 2 5 x 5 5

=

2 0 8 . 0 m m

T a b l e 4 . 4 P a t t e r n ( i l l ) :

L e =

i , w h e r e a i s o b t a i n e d f r o m F i g u r e 4 . 9 .

U s i n g :

1

=

,

m =

3 4 . 8 m m

m 2 = P l - T - O . 8 x s w f = 6 0 - 1 0 . 9 - ( 0 . 8 x 1 0 )

= 4 1 . 1 m m

7 5



T i t l e

W o r k e d e x a m p l e f o r a b o f t e d e n d p l a t e

S h e e t

4 o f 9

m 1

3 4 . 8

A 1

=

m 1 ÷ e

=

3 4 . 8 + 5 5

=

0 . 3 9

m 2

4 1 . 1

A 2

=

m 1 + e

=

3 4 . 8 + 5 5

=

0 . 4 6

S o f r o m F i g u r e 4 . 9

a =

2 r

c t m 1 =

2 1 8 . 7 m m

. : M a x ( i i , i i i )

= 2 1 8 . 7 m m

P a t t e r n ( i ) :

2 i m

= 2 1 8 . 7 m m

H e n c e L e f f

= 2 1 8 . 7 m m

S o M

—

L 8 f f X t , X p

_

2 1 8 . 7 x 1 2 2 x 2 7 5 x i 0 3

' p

4

—

4

= 2 1 6 5 . 1 k N m

C r i t i c a l f a i l u r e m o d e i s m i n i m u m o f :

4 M

4 x 2 1 6 5 . 1

M o d e 1 . P 1 =

=

2 4 9 k N

m

3 4 . 8

2 M + n x I F "

2 x 2 1 6 5 1 + 4 3 5 x 2 x 1 3 7

M o d e 2

P —

t — _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

r —

m + n

3 4 . 8 + 4 3 . 5

2 0 8 k N

M o d e 3 .

I P t '

2 X 1 3 7

2 7 4 k N

F 2 0 8 I 4 I

B e a m w e b t e n s i o n

S t e p 1 C

T h e u n d e r s i d e o f t h e b e a m f l a n g e i s o n l y 4 9 . 1 m m a b o v e b o l t r o w 1 . T h e

I N / A I 5 1

f l a n g e i s t h e r e f o r e w i t h i n t h e w e b t e n s i l e l e n g t h , s o b e a m w e b t e n s i o n c a n b e

d i s c o u n t e d .

7 6



K 7

h e S t e e l


I n s t i t u t e

J o b

I S h e e t

C o m p o s i t e

M o m e n t C o n n e c t i o n s

I

o f

9

T i t l e


T e l e p h o n e : ( 0 1 3 4 4 ) 6 2 3 3 4 5

F a x : ( 0 1 3 4 4 ) 6 2 2 9 4 4



C l i e n t

S C I / B C S A

C o n n e c t i o n s G r o u p

C a l c s b y

I C h e c k e d b v

' D a t e

G H C

A W

M a y

1 9 9 8

S t e p 1 D

M o d i f y

B o l t

F o r c e s

F r o m S t e p 1 A

D r e i n f

1 5 3 0 1 1

I

l e a s t

o f b o x e s

2 t o 6 g i v e s

P r 1

=

1 2 0 8 1

7

l e a s t o f b o x e s :

8 t o 1 1 a n d

1 6 t o 2 0 g i v e s

S T E P 1

W O R K S H E E T : T E N S I O N Z O N E

R o w

B e a m S i d e

S t e p l B S t e p 1 C

P l a t e

W e b

I B e n d i n g

T e n s i o n

P o t e n t i a l

R e s i s t a n c e


I N 4 1 6

- I N A L I

r : ; w 2 a l o n e

1 1 0 1 I i l l

r o w s ( 1 + 2 ) c o m b i n e d :

I

I I

I

I

i l 4 i

I

i l 5 i

P r 2 = I

1 2 1 1

1 8 1

I k i

o w

3 a l o n e

1 2 4 1

I 1 2 5 1

m e d r o w s

( 2 + 3 ) :

2 8 :

1 2 9 1

_ _ _ _ _ L _ _ J L J J

1 3 2 1

I

1 3 3 1

m e d

w s ( 1 + 2 + 3 ) :

3 6 1

1

3 7

_ _ _ _ _ & _ _ _ j

x e s 6 & 2 0 :

1 4 0 1

I

1 4 1 1

l e a s t o f b o x e s

2 2 t o 2 5 a n d

3 0 t o 3 3 a n d

3 8 t o 4 2 g i v e s

I

1 4 2 1

p , 3 = 1

1 4 3 1

7 7



T i t l e

S h e e t


6 o f 9

3 .

C O M P R E S S I O N Z O N E

3 . 1 C o l u m n W e b C r u s h i n g

S t e p 2 A

b 1

= T b + 2 S W f + 2 t , , , = 1 0 . 9 + 2 x 1 0 + 2 x 1 2 = 5 4 . 9 m m

n 2

= 2 . 5 [ T , + r ] x 2 = ( 2 . 5 x 1 1 2 . 5 + 1 O . 2 D X 2 = 1 1 3 . 5 m m

. : P

=

( b 1 + n ) x t x p = ( 5 4 . 9 + 1 1 3 . 5 ) x 7 . 9 x 2 7 5 x i c r 3

=

3 6 5 . 8 k N

3 . 2 C o l u m n W e b B u c k l i n g

S t e p 2 A

n 1

=

2 0 6 . 2 m m

P C i S o b t a i n e d f r o m T a b l e 2 7 ( c ) o f B S 5 9 5 0 P a r t 1 u s i n g :

2 . 5 d

2 . 5 x 1 6 0 . 8

A

=

t c

=

7 . 9

=

5 0 . 9

F o r p , = 2 7 5 N / m m , p ,

=

2 1 9 N / m m 2

. : C

4 5 1 . 7 k N

T h e r e f o r e ,

c o l u m n c o m p r e s s i o n r e s i s t a n c e

=

3 6 6 k N

3 . 3 B e a m F l a n g e C r u s h i n g

S t e p 2 B

T h e p o t e n t i a l r e s i s t a n c e o f t h e f l a n g e a l o n e i s :

C

1 4 P y b

X T b X B b

1 . 4

x 2 7 5 x i 0 - x 1 0 . 9 x 1 7 7 . 7 = 7 4 5 . 7 k N

4 .

C O L U M N P A N E L S H E A R Z O N E

S t e p

3

F o r t h i s b a l a n c e d s i t u a t i o n , c o l u m n p a n e l s h e a r i s z e r o .

5 .

C A L C U L A T I O N O F M O M E N T C A P A C I T Y

S t e p

4

A t t h i s s t a g e , p o t e n t i a l r e i n f o r c e m e n t a n d b o l t f o r c e s m a y n e e d t o b e m o d i f i e d

t o s a t i s f y c e r t a i n c r i t e r i a a n d m a i n t a i n e q u i l i b r i u m .

5 .

1 E q u i l i b r i u m

T o t a l p o t e n t i a l t e n s i l e f o r c e ( f r o m r e i n f o r c e m e n t + b o l t s ) i s t a k e n f r o m S t e p 1

W o r k s h e e t B o x e s 1 a n d 7 r e s p e c t i v e l y :

=

e i n f

P , 1

=

5 3 0 + 2 0 8 *

=

7 3 8 k N

( * t h i s v a l u e m a y n e e d t o b e m o d i f i e d w h e n S t e p 1 D i s a p p l i e d )

T h e p o t e n t i a l c o m p r e s s i o n r e s i s t a n c e o f t h e b e a m f l a n g e a l o n e

7 8



K 7

h e S t e e l


I n s t i t u t e

J o b

I S h e e t


I

' o f

9

T i t l e

S l i w o o d P a r k , A s c o t , B e r k s S L 5 7 Q N

T e l e p h o n e : ( 0 1 3 4 4 ) 6 2 3 3 4 5


C l i e n t

F a x : ( 0 1 3 4 4 ) 6 2 2 9 4 4



C a l c s b y I C h e c k e d b y

I D a t e

G H C

A W

M a y

1 9 9 8

P C

=

7 4 6 k N

. : N o n e o f t h e b e a m w e b w i l l b e s u b j e c t t o c o m p r e s s i o n .

O t h e r c o m p r e s s i v e c a p a c i t i e s ( c a l c u l a t e d a b o v e ) a r e :

C o l u m n w e b c r u s h i n g , 3 6 6 k N *

C o l u m n w e b b u c k i n g , 4 5 2 k N *

* N e i t h e r o f t h e s e c o l u m n c a p a c i t i e s c a n b e a l l o w e d t o

g o v e r n t h e

b e h a v i o u r o f a ' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n .

A s c o l u m n w e b c r u s h i n g i s c r i t i c a l , t h e c o l u m n r e q u i r e s c o m p r e s s i o n

s t i f f e n i n g , a s d e t a i l e d b e l o w . A l t e r n a t i v e l y , a m o r e e c o n o m i c s o l u t i o n

m i g h t b e t o u s e a h e a v i e r c o l u m n s e c t i o n w h i c h d o e s n o t n e e d


5 . 2 C o l u m n C o m p r e s s i o n S t i f f e n e r s

S t e p 6 A

B e a m f l a n g e t h i c k n e s s

T b

=

1 0 . 9 m m

t h e r e f o r e , t r y 1 5 m m t h i c k s t i f f e n e r s

L e t w i d t h o f e a c h s t i f f e n e r , b s g

_

9 5 m m ( = 6 . 3 t )

w i t h a c o r n e r s n i p e o f 1 2 m m

B u c k l i n g r e s i s t a n c e o f s t i f f e n e r + c o l u m n

P C b u c k l i n g

= ( A +

x p

w h e r e

A = 4 0 t , x t = ( 4 0 x 7 . 9 ) x 7 . 9 =

2 4 9 6 m m 2

A s g

2 b s g X t = 2 x 9 5 X 1 5

2 8 5 0 m m 2

D e r i v a t i o n o f p

r

[ ' s / w + A s g ) ]

[ (

1 5

) / ( 7 9

x 3 1 6 + 1 5 x 2 x 9 5 ) ]

.

=

4 2 . 6 m m

L

=

D - 2 T = 2 0 6 . 2 - 2 x 1 2 . 5

= 1 8 1 . 2 m m

7 9



0 . 7 x L

. A =

r

y

S o f r o m B S 5 9 5 0 P a r t 1 T a b l e 2 7 ( c ) , f o r p , = 2 7 5 N / m m 2 :

P C

=

2 7 5 N / m m 2

. : ' C b u C k I i n g

= ( A + A ) x P C

( 2 4 9 6 + 2 8 5 0 ) x 2 7 5 x i G

= 1 4 7 O k N

r e s i s t a n c e o f s t i f f e n e r + c o l u m n

= ( A S f l x p ) + [ ( b l + n 2 ) x t C x p J

= 2 b x t = 2 x ( 9 5 - 1 2 ) x 1 5 —

b 1 =

( c a l c u l a t e d a b o v e )

=

n 2 =

( c a l c u l a t e d a b o v e )

. : ' ° C C r u s h i n g

= ( ( 2 4 9 0 x 2 7 5 ) + [ ( 5 4 . 9 + 1 1 3 . 5 )

B e a r i n g r e s i s t a n c e o f s t i f f e n e r a l o n e

P

—

x

_

2 4 9 0 x 2 7 5 x i O - 3

C b e a r i n g

0 . 8

0 . 8

= 8 5 6 k N

C o m p r e s s i o n r e s i s t a n c e o f s t i f f e n e d c o l u m n i s t h e m i n i m u m o f 1 4 7 0 k N ,

1 0 5

1 k N , a n d 8 5 6 k N

8 5 6

k N > 7 3 8 k N , s o t h e s t i f f e n e d c o l u m n i s a d e q u a t e i n c o m p r e s s i o n , O K

5 . 3 M o m e n t C a p a c i t y

i l 4

=

( C r e i n t

X

h r e i n f ) + ( F r i

X

h r i )

=

[ 5 3 0 x ( 4 0 2 . 6 + 8 0 - 1 0 . 9 / 2 ) + 2 0 8 x ( 4 0 2 . 6 - 6 0 - 1 0 . 9 / 2 ) ]

x i 0 -

T i t l e

S h e e t


8 o f 9

0 7 x 1 8 1 2

4 2 . 6

2 . 9 8

C r u s h i n g

P C C r u s h i n g

w h e r e ;

2 4 9 0 m m 2

5 4 . 9 m m

=

1 1 3 . 5 m m

x 7 . 9 x 2 7 5 ] ) x i 0

=

l O 5 l k N

S t e p 4

=

2 5 2 . 9 + 7 0 . 1 =

3 2 3 k N m

8 0



T h e S t e e l


I n s t i t u t e

J o b

' S h e e t


I

o f

9

T i t l e


T e l e p h o n e : ( 0 1 3 4 4 ) 6 2 3 3 4 5


C l i e n t

F a x : ( 0 1 3 4 4 ) 6 2 2 9 4 4



C a l c s b y

C h e c k e d b y

I D a t e

G H C

A W

M a y

1 9 9 8

5 3 O k N <

1 T

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

8 0

_ _

6 0 1

0 8 k N <

' 4 0 2 . 6

7 3 8 k N

>

l o j

N o t e :

T h e c a p a c i t y t a b l e o n p a g e 8 6 g i v e s a m o m e n t c a p a c i t y o f

3 1 7 k N m . T h e d i f f e r e n c e f r o m t h e v a l u e c a l c u l a t e d a b o v e i s

b e c a u s e t h e t a b u l a t e d v a l u e i s b a s e d o n a c o n s e r v a t i v e e s t i m a t i o n

o f t h e r e b a r h e i g h t . T h e c a p a c i t y t a b l e a l s o s t a t e s t h a t r e b a r

m u s t b e a b l e t o a c h i e v e n o t l e s s t h a n 1 0 % e l o n g a t i o n a t

m a x i m u m f o r c e f o r a ' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n w i t h a 4 0 6 m m d e e p

g r a d e S 3 5 5 b e a m , a n d m a y n e e d t h i s l e v e l o f d u c t i l i t y w i t h a n

S 2 7 5 b e a m . H o w e v e r , T a b l e 4 . 1 s h o w s t h a t ' 1 0 % ' r e b a r i s n o t

r e q u i r e d i n t h i s c a s e .

6 .

C A L C U L A T I O N O F V E R T I C A L S H E A R C A P A C I T Y

S t e p 5

S h e a r c a p a c i t y —

n x

+

n x

w h e r e

n , =

2

P s s

=

9 1 . 9

k N f r o m t a b / e s f o r a n M 2 0 b o l t

n =

2

P t s

i s

t h e l e s s e r o f :

3 6 . 8 k N f o r b o l t s h e a r ( f r o m t a b l e s )

1 1 0 k N f o r e n d p l a t e b e a r i n g

1 1 5 k N f o r c o l u m n f l a n g e b e a r i n g

.

=

3 6 . 8 k N

. : S h e a r c a p a c i t y 2 5 8 k N

( a s g i v e n i n t h e c a p a c i t y t a b l e o n p a g e 8 6 )

8 1



8 2



A p p e n d i x B

A P P E N D I X B D e s i g n T a b l e s f o r S t a n d a r d C o m p o s i t e ' P l a s t i c '

B . 1 I N T R O D U C T I O N

C o n n e c t i o n s

T a b l e s a r e p r e s e n t e d f o r c o m p o s i t e b e a m - t o - c o l u m n

' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n s , s u i t a b l e f o r u s e i n f r a m e s

d e s i g n e d u s i n g t h e p r o c e d u r e s o u t l i n e d i n S e c t i o n 3 .

C o n n e c t i o n s u s i n g M 2 0 8 . 8 b o l t s , w i t h f l u s h e n d

p l a t e d e t a i l s , a r e f o l l o w e d b y s i m i l a r d e t a i l s w i t h M 2 4

8 . 8 b o l t s . F o r e a c h s t e e l d e t a i l , a r a n g e o f e i g h t

r e i n f o r c e m e n t o p t i o n s i s g i v e n . A r e i n f o r c e m e n t

s t r e n g t h o f 4 6 0 N / m m 2 i s a s s u m e d .

T a b u l a t e d m o m e n t c a p a c i t i e s a r e g i v e n f o r b e a m s i n

d e s i g n g r a d e 5 2 7 5 o r 5 3 5 5 , a l t h o u g h s o m e

r e s t r i c t i o n s a p p l y ( s e e t a b l e s ) . A l l e n d p l a t e s a r e

g r a d e 5 2 7 5 . C o l u m n s i d e c a p a c i t i e s f o r g r a d e s 5 2 7 5

a n d 5 3 5 5 m u s t b e c h e c k e d a s d e s c r i b e d b e l o w .

F o r a c o n n e c t i o n t o w o r k i n t h e i n t e n d e d m a n n e r , i t

i s i m p o r t a n t t h a t t h e r e i n f o r c e m e n t d e t a i l s , p l a t e s i z e

a n d s t e e l g r a d e , b o l t s i z e s , w e l d s i z e s a n d d i m e n s i o n s

a r e r i g i d l y a d h e r e d t o .

D e v i a t i n g f r o m t h e m m a y

e i t h e r r e d u c e t h e r e s i s t a n c e o f t h e c o n n e c t i o n ,

c o m p r o m i s e i t s d u c t i l i t y o r i n v a l i d a t e t h e c o l u m n

c h e c k . A t a b l e o f d i m e n s i o n s f o r d e t a i l i n g t o s u i t

i n d i v i d u a l b e a m s i s p r o v i d e d i n A p p e n d i x B .

T h e s t a n d a r d c o n n e c t i o n c a p a c i t i e s a r e b a s e d o n t h e

a s s u m p t i o n t h a t t h e r e i s n o a x i a l f o r c e i n t h e b e a m .

B . 1 . 1 B e a m s i d e

M o m e n t c a p a c i t y

T h e m o m e n t c a p a c i t i e s g i v e n f o r t h e b e a m s i d e o f t h e

c o n n e c t i o n s w e r e c a l c u l a t e d u s i n g t h e p r o c e d u r e

s p e c i f i e d i n S e c t i o n 4 . 2 . R e i n f o r c e m e n t a n d b o l t r o w

f o r c e s a r e i n c l u d e d i n t h e t a b l e s .

F o r s o m e d e t a i l s ( h i g h l i g h t e d w i t h a n a s t e r i s k * ) a

' p l a s t i c ' c o n n e c t i o n c a n o n l y b e a c h i e v e d w h e n

r e i n f o r c e m e n t c a n a t t a i n 1 0 % s t r a i n a t p e a k l o a d . I n

s o m e c a s e s t h i s r e s t r i c t i o n o n l y a p p l i e s t o 5 3 5 5

b e a m s ; r e f e r e n c e s h o u l d b e m a d e t o F i g u r e 4 . 7 t o

c h e c k r e q u i r e m e n t s f o r 5 2 7 5 b e a m s .

V a l u e s g i v e n i n b o l d i n d i c a t e t h a t t h e d e t a i l m a y o n l y

b e u s e d w i t h 5 3 5 5 b e a m s . T h i s r e s t r i c t i o n m a y b e

n e c e s s a r y e i t h e r :

.

t o m a i n t a i n t h e n e u t r a l a x i s i n t h e l o w e r h a l f o f

t h e s t e e l b e a m

•

t o e n s u r e t h a t t h e c o n n e c t i o n c a p a c i t y i s l e s s

t h a n t h a t o f t h e a d j a c e n t b e a m , t h e r e b y e n s u r i n g

t h a t a n y p l a s t i c h i n g e s w i l l f o r m i n t h e

c o n n e c t i o n s r a t h e r t h a n a t t h e b e a m e n d s .

D i m e n s i o n A

D i m e n s i o n ' A ' i s t h e l e v e r a r m f r o m t h e c e n t r e o f

c o m p r e s s i o n t o t h e l o w e s t r o w o f t e n s i o n b o l t s . I t

c a n b e u s e d t o c a l c u l a t e a r e d u c e d m o m e n t c a p a c i t y

w h e n t e n s i o n f o r c e s a r e l i m i t e d b y t h e c o l u m n f l a n g e

s t r e n g t h ( s e e t a b l e s ) .

W e l d s i z e s

A l l f l a n g e w e l d s m u s t b e f u l l s t r e n g t h , w i t h a

m i n i m u m v i s i b l e f i l l e t o f 1 0 m m . A l l w e b w e l d s

s h o u l d b e c o n t i n u o u s 8 m m f i l l e t s .

F o r f u r t h e r

i n f o r m a t i o n o n d e t a i l s o f t h e w e l d s s e e S e c t i o n 4 . 2 ,

S t e p 7 .

B . 1 . 2 C o l u m n s i d e

T e n s i o n z o n e

A t i c k I i n t h e t a b l e i n d i c a t e s t h a t t h e c o l u m n f l a n g e

a n d w e b i n t e n s i o n h a v e a g r e a t e r c a p a c i t y t h a n t h e

b e a m f o r c e s i n d i c a t e d i n t h e b e a m s i d e t a b l e . W h e r e

t h e c o l u m n h a s a s m a l l e r c a p a c i t y i n f l a n g e b e n d i n g ,

r e d u c e d b o l t r o w f o r c e s a r e s h o w n . A r e d u c e d

m o m e n t c a p a c i t y m a y b e d e t e r m i n e d f r o m t h e s e

l o w e r f o r c e s , o r t h e c o l u m n f l a n g e m a y b e s t i f f e n e d

i n t h e t e n s i o n z o n e ( S e c t i o n 4 . 2 , S t e p 6 C ) . I f t h e

c o l u m n c a p a c i t y i s g o v e r n e d b y w e b t e n s i o n , a n S i n

t h e t a b l e i n d i c a t e s t h a t t e n s i o n s t i f f e n e r s ( o r s i m i l a r

s t r e n g t h e n i n g ) a r e n e e d e d t o a v o i d p o t e n t i a l n o n -

d u c t i l e f a i l u r e .

T h e c a p a c i t i e s h a v e b e e n c a l c u l a t e d a s s u m i n g t h a t

t h e c o l u m n t o p i s a t l e a s t 1 0 0 m m a b o v e t h e b e a m

f l a n g e o r t o p r o w o f b o l t s .

C o m p r e s s i o n z o n e

A t i c k I i n t h e t a b l e i n d i c a t e s t h a t t h e c o l u m n w e b

h a s a g r e a t e r c o m p r e s s i o n c a p a c i t y t h a n t h e s u m o f

t h e r e i n f o r c e m e n t a n d b o l t f o r c e s . T h e c h e c k w a s

m a d e a s s u m i n g a s t i f f b e a r i n g l e n g t h f r o m t h e b e a m

s i d e o f t h e c o n n e c t i o n o f 5 0 m m .

A n S i n t h e t a b l e s h o w s t h a t t h e c o l u m n w e b

c o m p r e s s i o n c a p a c i t y i s l o w e r t h a n t h e s u m o f t h e

r e i n f o r c e m e n t a n d b o l t f o r c e s . T h e w e b m u s t b e

8 3




B . I . 3 W o r k e d e x a m p l e u s i n g t h e

c a p a c i t y t a b l e s

A n e x a m p l e i s

g i v e n

b e l o w t o i l l u s t r a t e t h e u s e o f t h e

c a p a c i t y t a b l e s . T h e s t a r t i n g p o i n t i s s o m e w a y

d o w n t h e d e s i g n f l o w c h a r t g i v e n i n F i g u r e 3 . 2 .

W o r k e d e x a m p l e u s i n g t h e c a p a c i t y t a b l e s

C h o o s e a c o m p o s i t e c o n n e c t i o n t o s u i t t h e f o l l o w i n g m e m b e r s i z e s a n d a p p l i e d f o r c e s :

C o l u m n ( i n t e r n a l ) :

B e a m s :

2 5 4 x 2 5 4 x 1 6 7 U C , g r a d e S 3 5 5

4 0 6 x 1 7 8 x 6 7 U B , g r a d e S 3 5 5

T r y a c o n n e c t i o n a d o p t i n g o n e r o w o f M 2 0 b o l t s , w i t h t e n 1 6 m m r e i n f o r c i n g b a r s ( p a g e 8 6 ) .

B e a m S i d e

C o l u m n S i d e

M o m e n t c a p a c i t y

4 8 6 k N m ( p a g e 8 6 ) > 4 3 5 k N m O K

T e n s i o n z o n e :

/ O K

.

H i g h e l o n g a t i o n r e i n f o r c e m e n t i s n o t n e e d e d

[ t h e r e i s n o i n t h e t a b / e l

B e a m i s s u i t a b l e i n S 3 5 5 o n l y [ c a p a c i t y i s

g i v e n i n b o / d t y p e ]

C o m p r e s s i o n z o n e : / O K

( n o s t i f f e n i n g r e q u i r e d - t h e r e i s

n o S i n t h e t a b / e )

V e r t i c a l s h e a r

2 5 8 k N ( p a g e 8 7 ) < 4 0 0 k N

U n s a t i s f a c t o r y

w i t h o u t o p t i o n a l s h e a r r o w

4 4 2 k N ( p a g e 8 7 ) > 4 0 0 k N

O K w i t h o p t i o n a l s h e a r r o w

C o l u m n w e b p a n e l

s h e a r

O p p o s i n g b e a m s g i v e z e r o s h e a r

a c r o s s t h e c o l u m n w e b . O K

8 4

s t i f f e n e d t o r e s i s t t h e s e f o r c e s ( s e e S e c t i o n 4 . 2 ,

S t e p 6 A ) .

P a n e l s h e a r z o n e

T h e p a n e l s h e a r c a p a c i t y i s t h a t o f t h e c o l u m n w e b .

T h e a p p l i e d w e b p a n e l s h e a r m u s t t a k e a c c o u n t o f

b e a m s c o n n e c t i n g

• o n t o b o t h f l a n g e s

( s e e

S e c t i o n 4 . 2 , S t e p 3 ) .

A p p l i e d m o m e n t :

A p p l i e d s h e a r :

4 3 5 k N m

4 0 0 k N



A p p e n d i x B

B . 2 C A P A C I T Y T A B L E S

C o n t e n t s

M 2 0 b o l t e d c o n n e c t i o n s

E n d p l a t e

T e n s i o n b o l t r o w s

P a g e

2 0 0 x 1 2

1

8 6

2 0 0 x 1 2 2

8 8

2 5 0 x 1 2 2

9 0

M 2 4 b o l t e d c o n n e c t i o n s

E n d

p l a t e

T e n s i o n b o l t r o w s

P a g e

2 0 0 x 1 5 1

9 2

2 0 0 x 1 5

2

9 4

2 5 0 x 1 5

2

9 6

D i m e n s i o n s f o r d e t a i l i n g a r e s h o w n o n p a g e 9 8 .

8 5




I R O W M 2 0 8 . 8 B O L T S

2 0 0 x 1 2 5 2 7 5 E N D P L A T E

E A M S I D E

B E A M

S e r i a l

S i z e

E f f e c t i v e r e i n f o r c e m e n t ( o p t i o n , n u m b e r a n d s i z e o f b a r s , A r e i f l f , F r e i n f )

A

N o . 1 6

8 0 4 m m 2

3 5 1

k N

B

6 N o . 4 1 6

1 2 1 0 m m 2

5 2 9

k N

C

8 N o . 4 1 6

1 6 1 0 m m 2

7 0 4

k N

D

1 0 N o . 4 1 6

2 0 1 0 m m 2

8 7 8

k N

E

4 N o . 4 2 0

1 2 6 0 m m 2

5 5 1

k N

F

6 N o . 4 2 0

1 8 9 0 m m 2

8 2 6

k N

G

8 N o . 4 2 0

2 5 1 0 m m 2

1 0 9 7

k N

H

1 0 N o . 4 2 0

3 1 4 0 m m 2

1 3 7 2

k N

' A '

m m

M c

k N m

' A '

m m

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' A '

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' A '

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' A '

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4 5 7 x 1 9 1 x 9 8

8 9

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6 7

3 9 8

3 9 5

3 9 2

Q

:

3 9 8

3 9 5

3 9 2

3 9 0

z

3 6 2 *

3 5 9 *

3 5 8 *

3 5 6 *

3 9 8

3 9 5

3 9 2

3 9 0

4 5 4 *

4 5 1 *

4 4 9 *

4 4 7 *

3 9 8

3 9 5

3 9 2

3 8 4

5 4 6 *

5 4 3 *

5 4 0 *

5 3 1 *

3 9 8

3 9 5

3 9 2

3 9 0

3 7 3 *

3 7 1 *

3 6 9 *

3 6 7 *

3 9 8

3 9 5

3 9 2

3 9 Q

3

5 1 8 *

5 1 5 *

5 1 3 *

5 1 0 *

5 0 8 *

3 9 8

3 9 5

3 9 2

3 9 0

6 6 1 *

6 4 8 *

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6 5 1 *

-

3 9 8

3 9 5

-

8 0 7

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4 5 7 x 1 5 2 x 8 2

7 4

6 7

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3 9 6

a a :

. 9 J .

3 8 8

j

2 j Z .

2 . . :

2 . : . :

3 9 6

3 9 4

3 9 1

3 8 8

! ! i

3 6 1 *

3 5 9 *

3 5 6 *

3 5 5 *

3 9 6

3 9 4

3 8 5

3 8 8

—

4 5 3 *

4 5 0 *

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—

3 9 6

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—

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—

3 9 6

3 9 4

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3 8 8

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3 6 6 *

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3 9 6

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—

3 9 6

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—

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6 6 0 *

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—

— .

—

—

—

—

—

—

4 0 6 x 1 7 8 x 7 4

6 7

6 0

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3 4 5

3 4 2

3 4 0

3 3 7

2 3 9 *

2 3 7 *

2 3 6 *

2 3 4 *

3 4 5

3 4 2

3 4 0

3 3 7

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3 2 1 *

3 1 9 *

3 1 7 *

3 4 5

3 4 2

3 4 0

3 3 7

4 0 6 *

4 Q 3 *

4 0 1 *

3 9 9 *

3 4 5

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4 8 6

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3 4 0

3 3 3

3 3 3 *

3 3 1 *

3 3 Q *

3 2 4 *

3 4 5

3 4 2

3 4 0

4 6 4 *

4 6 1 *

4 5 9 *

3 4 5

5 9 3

—

—

—

—

4 0 6 x 1 4 0 x 4 6

3 9

3 3 8

3 3 4

2 3 5 *

2 3 2 *

3 3 8

3 1 7 *

—

—

— —

3 3 8

—

3 2 8 *

— —

—

—

—

—

—

3 5 6 x 1 7 1 x 6 7

5 7

5 1

4 5

2 9 6

2 9 2

2 8 9

2 8 7

2 1 1 *

2 0 9 *

2 0 7 *

2 0 6 *

2 9 6

2 9 2

2 8 9

2 8 7

2 8 6 *

2 8 4 *

2 8 2 *

2 8 0 *

2 9 6

2 9 2

2 8 9

3 6 1

3 5 7

3 5 5

2 8 9

—

—

—

4 2 8

—

—

—

2 9 6

2 9 2

2 8 9

2 8 7

2 9 6 *

2 9 3 *

2 9 1

2 8 9 *

2 9 6

2 9 2

—

4 1 3

4 0 9

—

2 9 6

—

—

—

5 2 8

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

3 5 6 x 1 2 7 x 3 9

3 3

2 8 1

2 8 0

2 0 3 *

2 0 2 *

—

—

— —

—

—

—

—

—

—

—

—

3 0 5 x 1 6 5 x 5 4

4 6

4 0

2 4 4

2 4 1

2 3 8

1 8 2

1 8 0

1 7 9

2 4 4

2 4 1

2 3 8

2 4 8

2 4 6

2 4 4

2 4 4

—

—

3 1 3

—

—

—

—

—

—

—

—

2 4 4

2 3 8

2 3 8

2 5 6

2 5 4

2 5 2

2 4 4

—

—

3 5 9

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

3 0 5 x 1 2 7 x 4 8

4 2

3 7

2 4 4

2 4 1

2 3 2

1 8 2

1 8 1

1 7 1

2 3 7

2 2 4

2 3 1

2 3 9

2 2 1

2 3 3

2 3 9

—

—

3 0 8

—

—

—

—

—

—

—

—

2 3 5

2 2 2

2 2 9

2 4 4

2 2 5

2 3 8

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

3 0 5 x 1 0 2 x 3 3

2 8

2 5

2 3 0

2 1 1

—

1 6 3

1 4 3

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

2 5 4 x 1 4 6 x 4 3

3 7

3 1

1 9 3

1 9 1

1 7 7

1 5 1

1 4 9

1 2 8

1 8 8

1 7 5

—

1 9 5

1 7 6

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

1 8 7

1 7 2

—

1 9 9

1 7 9

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

2 5 4 x 1 0 2 x 2 8

2 5

1 7 2

—

1 2 1

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

3 9 8 B e a m m a y b e e i t h e r g r a d e S 2 7 5 o r g r a d e S 3 5 5

3 6 9 B e a m m u s t b e g r a d e S 3 5 5 t o s a t i s f y n e u t r a l a x i s p o s i t i o n r e q u i r e m e n t s

2 . 4 B e a m m u s t b e g r a d e S 2 7 5 t o s a t i s f y m i n i m u m r e i n f o r c e m e n t r e q u i r e m e n t s ( s e e T a b l e 4 . 1 )

*

R e i n f o r c e m e n t r e q u i r e s a g u a r a n t e e d s t r a i n a t m a x i m u m l o a d o f a t l e a s t 1 0 % f o r S 3 5 5 b e a m s , a n d p o s s i b l y f o r S 2 7 5

b e a m s ( c h e c k u s i n g T a b l e 4 . 1 )

2 5 6 C o n n e c t i o n c a p a c i t y e x c e e d s 0 . 8 N 1 o f c o m p o s i t e b e a m i n h o g g i n g ( s e e S e c t i o n 3 . 2 . 1 f o r s i g n i f i c a n c e o f t h i s )

T h e v a l u e o f F r i i s b a s e d o n t h e a s s u m p t i o n t h a t t h e N A i s a t l e a s t 2 0 0 m m b e l o w t h e b o l t r o w . I t s h o u l d b e r e d u c e d

i n

a c c o r d a n c e w i t h S e c t i o n 4 . 2 S t e p 1 D w h e n n e c e s s a r y .

8 6



A p p e n d i x B

1 R O W M 2 0 8 . 8 B O L T S

2 0 0 x 1 2 5 2 7 5 E N D P L A T E

C O L U M N S I D E

S 2 7 5

C o l u m n

S e r i a l

S i z e

S 3 5 5

C o m p r e s s i o n Z o n e

T e n s i o n

Z o n e

W e b

C o m p n .

C a p .

P a n e l

S h e a r

C a p .

P a n e l

S h e a r

C a p .

W e b

C o m p n .

C a p .

T e n s i o n

Z o n e


F r i

R e i n f o r c e m e n t o p t i o n

A B C D E F G H


A B C D E F G H

F r i

( k N )

( k N )

( k N )

k N )

( k N )

( k N )

1 0 0 0

8 4 9

7 2 5

6 0 5

1 1 4 1

9 3 5

7 6 6

6 0 5

/

/

/

/

1

/

/

1

1

/

1

S

1

/

S

S

1

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S

S

1

/

I

S

1

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

3 5 6 x 3 6 8

x 2 0 2

x 1 7 7

x 1 5 3

x 1 2 9

I

I

1

I

I

I

/

I

I

I

I

S

I

I

S

S

I

I

I

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I

I

S

S

I

S

S

S

S

S

S

S

I

I

I

I

1 4 8 6

1 2 1 7

9 7 4

7 8 8

1 3 0 2

1 1 0 5

9 4 4

7 8 7

1 0 3 7

8 1 6

7 0 3

5 9 5

5 0 3

1 4 3 2

1 0 5 1

8 5 8

6 9 2

5 5 3

1

1

1

/

/

/

1

1

/

S

I

1

1

S

S

I

/

S

S

S

I

S

S

S

S

I

I

I

S

S

I

I

S

S

S

I

S

S

S

S

S

S

S

S

S

3 0 5 x 3 0 5

x 1 9 8

x 1 5 8

x 1 3 7

x 1 1 8

x 9 7

I

I

I

I

/

I

I

/

I

S

I

I

I

S

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S

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S

S

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I

I

I

1 8 6 5

1 3 6 8

1 1 1 6

9 0 9

7 1 3

1 3 5 0

1 0 6 2

9 1 5

7 7 4

6 4 9

8 8 2

6 8 5

5 5 1

4 3 4

3 6 0

1 3 8 4

9 9 2

7 4 4

5 5 7

4 3 6

/

/

/

/

/

/

1

1

S

5

/

1

1

S

S

/

1

S

S

S

/

5

S

S

S

I

1

S

S

S

I

5

S

S

S

I

S

S

S

S

S

S

S

S

S

2 5 4 x 2 5 4

x 1 6 7

x 1 3 2

x 1 0 7

x 8 9

x 7 3

I

I

I

/

/

I

I

I

S

S

I

I

I

S

S

I

I

S

S

S

I

I

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S

/

I

S

S

S

I

S

S

S

S

I

S

S

S

S

I

I

I

I

I

1 8 0 2

1 2 9 2

9 6 9

7 2 5

5 6 3

1 1 4 9

8 9 2

7 1 7

5 6 6

4 6 5

4 5 9

3 5 3

3 2 2

2 7 2

2 4 5

7 0 1

5 1 2

4 4 0

3 6 0

3 1 3

v '

/

//

1 9 8

, '

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

2 0 3 x 2 0 3

x 8 6

x 7 1

x 6 0

x 5 2

x 4 6

I

/

/

S

S

I

S

S

S

S

I

S

S

S

S

S

S

S

S

S

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S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

I

I

I

I

I

9 1 3

6 6 6

5 6 8

4 6 4

4 0 4

5 9 8

4 6 0

4 1 5

3 5 1

3 1 6


/

C o l u m n s a t i s f a c t o r y f o r b o l t r o w t e n s i o n v a l u e s s h o w n f o r t h e b e a m s i d e .

1 9 5

R e c a l c u l a t e m o m e n t c a p a c i t y b a s e d o n r e d u c e d b o l t r o w f o r c e ( 1 9 5 k N ) u s i n g d i m e n s i o n ' A ' t o d e r i v e a p p r o p r i a t e l e v e r

a r m - o r p r o v i d e t e n s i o n s t i f f e n e r a t t h e a p p r o p r i a t e b o l t r o w l e v e l .

C o m p r e s s i o n Z o n e :

/

C o l u m n c a p a c i t y e x c e e d s Z F = F r e j f l f + F

S

P r o v i d e c o m p r e s s i o n s t i f f e n e r .

8 7




2 R O W S M 2 0 8 . 8 B O L T S

2 0 0 x

1 2

5 2 7 5 E N D P L A T E

E S A M I D E

B E A M

S e r i a l

S i z e

E f f e c t i v e r e i n f o r c e m e n t ( o p t i o n , n u m b e r a n d s i z e o f b a r s , A r e i n f , F r e i n t )

A

4 N o . 4 1 6

8 0 4 m m 2

3 5 1

k N

B

6 N o . 1 6

1 2 1 0 m m 2

5 2 9

k N

C

8 N o . 1 6

1 6 1 0 m m 2

7 0 4

k N

D

1 O N o . 1 6

2 0 1 0 m m 2

8 7 8

k N

E

4 N o . 4 2 0

1 2 6 0 m m 2

5 5 1

k N

F

6 N o . 4 2 0

1 8 9 0 m m 2

8 2 6

k N

G

8 N o . 4 2 0

2 5 1 0 m m 2

1 0 9 7

k N

H

1 O N o . 2 O

3 1 4 0 m m 2

1 3 7 2

k N

' A '

m m

M c

k N m

' A '

m m

M c

k N m

' A '

m m

M c

k N m

' A '

m m

M c

k N m

' A '

m m

M c

k N m

' A '

m m

M c

k N m

' A '

m m

M c

k N m

' A '

m m

M c

k N m

5 3 3 x 2 1 0 x 1 2 2

1 0 9

1 0 1

9 2

8 2

. 4

Q

3 7 8

3 5 4 *

1 Q

a z

i Q .

3 8 4

3 8 0

3 7 8

3 7 5

5 7 5 *

5 7 1 *

5 6 9 *

5 6 6 *

3 8 4

3 8 0

3 7 8

3 7 5

3 7 2

6 8 1 *

6 7 6 *

6 7 4 *

6 7 0 *

9 9 5 *

a ? . Q

i Z

j

i z . :

4 7 2 *

3 8 4

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3 7 5

. L 6 2 3 *

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6 4 5 *

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6 3 9 *

3 8 4

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3 7 5

8 1 3 *

8 0 7 *

7 9 1 *

8 0 0 *

-

3 7 7

3 8 0

3 7 8

-

9 6 7 *

9 7 3 *

9 6 9 *

-

4 5 7 x 1 9 1 x 9 8

8 9

8 2

7 4

6 7

. Q Q

a i _ Q . .

1 Q . 4 . .

3 0 2 *

3 0 8

3 0 5

3 0 2

3 0 0

9 7

4 0 3 *

4 0 1 *

3 9 8 *

3 9 6 *

3 9 L

3 0 8

3 0 5

3 0 2

3 Q 1 J

4 9 5 *

4 9 2 *

4 9 0 *

4 8 7 *

4 4

3 0 8

3 0 5

3 0 2

3 0 0

-

5 8 8 *

5 8 4 *

5 7 2 *

5 7 9 *

-

3 0 8

3 0 5

3 0 2

3 0 0

9 7

4 1 5 *

4 1 2 *

4 1 0 *

4 0 8 *

4

3 0 8

3 0 5

3 0 2

3 0 0

2

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5 5 6 *

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5 5 1 *

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3 0 1

3 0 5

3 0 2

-

6 9 3 *

6 9 9 *

6 9 5 *

-

3 0 8

—

-

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—

-

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6 7

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Q j .

Q

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: ! z . :

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2 9 5

2 8 5

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—

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4 7 9 *

—

2 9 4

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2 9 3

—

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5 8 3 *

5 7 0 *

—

3 0 6

3 0 4

2 9 6

2 8 6

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4 1 4 *

4 1 1 *

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3 9 5 *

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2 9 7

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—

5 4 8 *

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—

3 0 1

—

—

6 9 3 *

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

4 0 6 x 1 7 8 x 7 4

6 7

6 0

5 4

2 5 5

2 5 2

2 5 0

2 4 7

2 7 3

2 7 1 *

2 7 0 *

2 6 8 *

2 5 5

2 5 2

2 5 0

2 3 3

3 5 7 *

3 5 5 *

3 5 3 *

3 3 1 *

2 5 5

2 4 4

2 5 0

4 4 0 *

4 2 5 *

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2 4 3

2 5 2

—

5 0 2

5 2 0

—

2 5 5

2 5 2

2 4 5

2 4 7

3 6 8 *

3 6 5 *

3 5 7 *

3 6 1 *

2 4 7

2 5 2

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2 5 0

—

—

6 1 8

—

—

—

—

—

—

—

—

4 0 6 x 1 4 0 x 4 6

3 9

2 3 7

2 3 5

2 5 5 *

2 5 5 *

— —

—

—

—

—

—

— —

—

—

—



2 . : B e a m m u s t b e g r a d e S 2 7 5 t o s a t i s f y m i n i m u m r e i n f o r c e m e n t r e q u i r e m e n t s ( s e e T a b l e 4 . 1 )

*



2 5 6 C o n n e c t i o n c a p a c i t y e x c e e d s O . 8 M p o f c o m p o s i t e b e a m i n h o g g i n g ( s e e S e c t i o n 3 . 2 . 1 f o r s i g n i f i c a n c e o f t h i s )

T h e v a l u e o f F r i 1 5 b a s e d o n t h e a s s u m p t i o n t h a t t h e N A i s a t l e a s t 2 0 0 m m b e l o w t h e b o l t r o w . I t s h o u l d b e r e d u c e d i n


8 8



A p p e n d i x B

2 R O W S M 2 0 8 . 8 B O L T S

2 0 0 x 1 2 5 2 7 5 E N D P L A T E

N S I D E

O L U M

S 2 7 5

C o l u m n

S e r i a l

S i z e

S 3 5 5

P a n e l

S h e a r

C a p .

W e b

C o m p n .

C a p .

T e n s i o n

Z o n e



T e n s i o n

Z o n e

W e b

C o m p n .

C a p .

P a n e l

S h e a r

C a p .

e i n f o r c e m e n t o p t i o n

A B C D E F G H

F r i

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F r 2


A B C D E F G H

( k N )

( k N ) ( k N )

k N )

( k N )

( k N )

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8 4 9

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7 6 6

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1 1

1 1

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1

1

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1

1

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1

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I

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1 2 1 7

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1 3 0 2

1 1 0 5

9 4 4

7 8 7

1 0 3 7

8 1 6

7 0 3

5 9 5

5 0 3

1 4 3 2

1 0 5 1

8 5 8

6 9 2

5 5 3

/ 1

/ 11 1

1 1

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1

1

1

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S

1

1

S

S

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1

1

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S

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1

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1 1

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S S

5 5

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S

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S

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S

S

S

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x 1 9 8

x 1 5 8

x 1 3 7

x 1 1 8

x 9 7

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I

/

I

/

I

I

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1 1 1 6

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7 1 3

1 3 5 0

1 0 6 2

9 1 5

7 7 4

6 4 9

8 8 2

6 8 5

5 5 1

4 3 4

3 6 0

1 3 8 4

9 9 2

7 4 4

5 5 7

4 3 6

/ 1

1 1

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/

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1 1

1

1

1

S

S

1

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S

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S

S

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I

I

I

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9 6 9

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1 1 4 9

8 9 2

7 1 7

5 6 6

4 6 5

4 5 9

3 5 3

3 2 2

2 7 2

2 4 5

7 0 1

5 1 2

4 4 0

3 6 0

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/ /

/

/

1 1

1 9 8 9 7

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S

S

S

S

S

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S

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S S

5 5

5 5

5 5

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

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x 6 0

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S

S

S

S

I

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S

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S

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I I

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I I

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3 5 1

3 1 6


/


1 9 5




/

C o l u m n c a p a c i t y e x c e e d s F = F e j n f + F r i

S


9 o -

V e r t i c a l S h e a r C a p a c i t y l

5 1 5 k N

I

8 9




2 R O W S M 2 0 8 . 8 B O L T S

2 5 0 x 1 2 5 2 7 5 E N D P L A T E

B E A M S I D E

B E A M

S e r i a l

S i z e

E f f e c t i v e r e i n f o r c e m e n t ( o p t i o n , n u m b e r a n d s i z e o f b a r s , A r e i f l f , F r e i n f )

A

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8 0 4 m m 2

3 5 1 k N

B

6 N o . 4 1 6

1 2 1 0 m m 2

5 2 9 k N

C

8 N o . 1 6

1 6 1 0 m m 2

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D

1 0 N o . 4 1 6

2 0 1 0 m m 2

8 7 8 k N

E

4 N o . 4 2 0

1 2 6 0 m m 2

5 5 1 k N

F

6 N o . 4 2 0

1 8 9 0 m m 2

8 2 6 k N

G

8 N o . 4 2 0

2 5 1 0 m m 2

1 O 9 7 k N

H

1 0 N o . 4 2 0

3 1 4 0 m m 2

1 3 7 2 k N

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4 . Z . Z . .

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6 8 8 *

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3 8 4

3 7 5

3 6 7

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- - -

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3 7 5

3 8 0

3 7 8

-

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9 8 5 *

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-

4 5 7 x 1 9 1 x 9 8

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3 0 2

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3 0 8

3 0 5

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5 0 5 *

5 0 2 *

4 9 9 *

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. . = . . . .

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5 9 4 *

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5 8 8 *

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3 0 2

3 0 0

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4 2 5 *

4 2 2 *

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4 1 7 *

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5 6 0 *

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-

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—

-

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: ! 2 ± :

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—

5 7 8 *

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3 0 6

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4 2 1 *

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4 1 6 *

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2 8 3

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- _ = - _ .

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—

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2 . Q . :

B e a m m u s t b e g r a d e S 2 7 5 t o s a t i s f y m i n i m u m r e i n f o r c e m e n t r e q u i r e m e n t s ( s e e T a b l e 4 . 1 )

*




T h e v a l u e o f F r i I S b a s e d o n t h e a s s u m p t i o n t h a t t h e N A i s a t l e a s t 2 0 0 m m b e l o w t h e b o l t r o w . I t s h o u l d b e r e d u c e d i n

a c c o r d a n c e w i t h S e c t i o n 4 . 2 S t e p 1 0 w h e n n e c e s s a r y .

9 0



A p p e n d i x B

2 R O W S M 2 0 8 . 8 B O L T S

2 5 0 x 1 2 5 2 7 5 E N D P L A T E

C O L U M N S I D E

S 2 7 5

C o l u m n

S e r i a l

S i z e

S 3 5 5


T e n s i o n

Z o n e

W e b

C o m p n .

P a n e l

S h e a r

C a p .

P a n e l

S h e a r

C a p .

W e b

C o m p n .

C a p .

T e n s i o n

Z o n e


F r i

F r 2


A B C D E F G H


A B C . D E F G H

F r i 1 2

C a p .

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( k N )

k N )

( k N )

( k N )

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7 6 6

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/ 1

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1 1 0 5

9 4 4

7 8 7

1 0 3 7

8 1 6

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5 9 5

5 0 3

1 4 3 2

1 0 5 1

8 5 8

6 9 2

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/ 1

/ 1

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1

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S S

S

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S

S

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S

S

S

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x 1 9 8

x 1 5 8

x 1 3 7

x 1 1 8

x 9 7

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1 3 5 0

1 0 6 2

9 1 5

7 7 4

6 4 9

8 8 2

6 8 5

5 5 1

4 3 4

3 6 0

1 3 8 4

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7 4 4

5 5 7

4 3 6

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1 1

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1

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S

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x 8 9

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9 6 9

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1 1 4 9

8 9 2

7 1 7

5 6 6

4 6 5

4 5 9

3 5 3

3 2 2

2 7 2

2 4 5

7 0 1

5 1 2

4 4 0

3 6 0

3 1 3

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1 9 8 9 7

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S

S

S

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S

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5 5

5 5

5 5

S

S

S

S

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S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

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x 7 1

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x 5 2

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S

S

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I

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I I

I

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I I

I

II

I

9 1 3

6 6 6

5 6 8

4 6 4

4 0 4

5 9 8

4 6 0

4 1 5

3 5 1

3 1 6


/


1 9 5




I

C o l u m n c a p a c i t y e x c e e d s Z F = F r e j f l f + F r l

S


9 1

V e r t i c a l S h e a r C a p a c i t y

5 1 5 k N




1 R O W M 2 4 8 . 8 B O L T S

2 0 0 x 1 5 5 2 7 5 E N D P L A T E

B E A M S I D E

B E A M

S e r i a l

S i z e

E f f e c t i v e r e i n f o r c e m e n t ( o p t i o n , n u m b e r a n d s i z e o f b a r s , A r e i n f , _ F r e i n f )

A

N o . 4 1 6

8 0 4 m m 2

3 5 1 k N

B

6 N o . 4 1 6

1 2 1 0 m m 2

5 2 9 k N

C

8 N o . 1 6

1 6 1 0 m m 2

7 O 4 k N

D

1 0 N o . 4 1 6

2 0 1 0 m m 2

8 7 8 k N

E

4 N o . 2 O

1 2 6 0 m m 2

5 5 1 k N

F

6 N o . 4 2 0

1 8 9 0 m m 2

8 2 6 k N

G

8 N o . 2 O

2 5 1 0 m m 2

1 O 9 7 k N

H

1 0 N o . 2 O

3 1 4 0 m m 2

1 3 7 2 k N

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4 0 1 *

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3 9 8

3 9 5

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-

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3 9 5

3 9 2

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4 1 2 *

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3 9 8

3 9 5

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6 9 3 *

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-

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3 8 1

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3 9 6

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—

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4 8 3 *

—

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—

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5 3 6 *

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3 9 6

—

—

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—

—

—

—

—

—

—

—

—

4 0 6 x 1 7 8 x 7 4

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6 0

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3 4 2

3 4 0

3 3 7

2 7 2 *

2 7 1 *

2 6 9 *

2 6 7 *

3 4 5

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3 3 7

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3 5 4 *

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3 5 0 *

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3 4 0

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3 4 5

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3 6 5 *

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3 4 5

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6 2 6

—

—

—

—

—

4 0 6 x 1 4 0 x 4 6

3 9

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2 6 3 *

2 6 1 *

— —

—

—

—

— —

—

—

—

— —

—

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5 1

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2 9 2

2 8 9

2 8 2

2 4 0 *

2 3 7 *

2 3 6 *

2 3 1 *

2 9 6

2 9 2

2 8 9

3 1 5 *

3 1 2 *

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2 9 6

2 9 2

—

3 9 0

3 8 6

—

2 9 6

—

—

4 6 4

—

—

2 9 6

2 9 2

2 8 9

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3 2 5 *

3 2 1

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—

2 9 6

—

4 4 2

—

—

—

—

—

—

—

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3 5 6 x 1 2 7 x 3 9

3 3

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—

— —

—

—

—

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—

—

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2 4 1

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2 0 6

2 0 4

1 9 3

2 4 4

2 4 1

—

2 7 2

2 7 0

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2 4 4

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—

3 3 7

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—

—

—

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—

—

—

2 4 4

2 4 1

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2 8 0

2 7 8

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—

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—

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—

—

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3 0 5 x 1 2 7 x 4 8

4 2

3 7

2 4 4

2 3 2

2 2 1

2 0 6

1 8 9

1 7 0

2 2 9

2 1 3

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2 4 2

2 1 6

—

—

—

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—

—

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2 2 7

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2 4 6

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—

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—

—

—

—

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—

—

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3 0 5 x 1 0 2 x 3 3

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2 5

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3 1

1 9 3

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1 6 9

1 4 4

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1 8 0

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1 9 0

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—

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1 7 7

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1 9 3

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B e a m m u s t b e g r a d e S 2 7 5 t o s a t i s f y m i n i m u m r e i n f o r c e m e n t r e q u i r e m e n t s i s e e T a b l e 4 . 1 )

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b e a m s c h e c k u s i n g T a b l e 4 . 1 )


T h e v a l u e o f F r i 5 b a s e d o n t h e a s s u m p t i o n t h a t t h e N A i s a t l e a s t 2 0 0 m m b e l o w t h e b o l t r o w . I t s h o u l d b e r e d u c e d i n


_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

9 2



A p p e n d i x B

I R O W M 2 4 8 . 8 B O L T S

2 0 0 x 1 2 S 2 7 5 E N D P L A T E

c M N S I D E

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S 2 7 5

C o l u m n

S e r i a l

S i z e

S 3 5 5


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Z o n e

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C o m p n .

C a p .

P a n e l

S h e a r

C a p .

P a n e l

S h e a r

C a p .

W e b

C o m p n .

C a p .

T e n s i o n

Z o n e


F r i


A B C D E F G H


A B C D E F G H

F r i

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( k N ) ( k N )

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x 1 2 9

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1 3 0 2

1 1 0 5

9 4 4

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1 0 3 7

8 1 6

7 0 3

5 9 5

5 0 3

1 4 3 2

1 0 5 1

8 5 8

6 9 2

5 5 3

1

1

1

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1

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1

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S

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S

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3 0 5 x 3 0 5

x 1 9 8

x 1 5 8

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1 0 6 2

9 1 5

7 7 4

6 4 9

8 8 2

6 8 5

5 5 1

4 3 4

3 6 0

1 3 8 4

9 9 2

7 4 4

5 5 7

4 3 6

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1

1

/

2 9 7

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1

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S

S

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S

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x 1 3 2

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5 6 3

1 1 4 9

8 9 2

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5 6 6

4 6 5

4 5 9

3 5 3

3 2 2

2 7 2

2 4 5

7 0 1

5 1 2

4 4 0

3 6 0

3 1 3

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1

2 9 7

2 6 5

2 0 4

1

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S

S

S

S

S

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S

S

S

S

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S

S

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/

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S

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I

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2 6 3

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6 6 6

5 6 8

4 6 4

4 0 4

5 9 8

4 6 0

4 1 5

3 5 1

3 1 6

I , ,


1 9 5




/ C o l u m n c a p a c i t y e x c e e d s F = F r e j f l f

F r i

S P r o v i d e c o m p r e s s i o n s t i f f e n e r .

I

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2 0 0 x 1 5 5 2 7 5 E N D P L A T E

B E A M S I D E

B E A M

S e r i a l

S i z e

E f f e c t i v e r e i n f o r c e m e n t ( o p t i o n , n u m b e r a n d s i z e o f b a r s ,

A r e i n f , F r e i n f )

A

4 N o . 4 1 6

8 0 4 m m 2

3 5 1

k N

B

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5 2 9 k N

C

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1 6 1 0 m m 2

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k N

D

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k N

E

4 N o . 2 O

1 2 6 0 m m 2

5 5 1

k N

F

6 N o . 4 2 0

1 8 9 0 m m 2

8 2 6

k N

G

8 N o . 4 2 0

2 5 1 0 m m 2

1 0 9 7

k N

H

1 O N o . 2 O

3 1 4 0 m m 2

1 3 7 2

k N

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-

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4 7 7 *

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6 2 8 *

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5 9 4 *

6 1 7 *

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2 8 9

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-

7 3 4 *

7 6 6 *

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2 9 9

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-

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—

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4 4 3 *

4 5 4 *

2 9 3

2 7 9

2 9 2

—

5 4 5 *

5 1 6 *

5 4 4 *

—

2 7 9

2 9 2

—

—

6 0 0 *

5 3 4 *

—

—

3 0 6

2 9 2

2 8 2

2 9 0

—

4 8 1 *

4 6 6 *

4 5 Q *

4 6 4 *

—

2 8 3

2 6 7

—

5 8 5 *

5 4 9 *

—

2 9 2

—

—

—

7 4 5 *

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

4 0 6 x 1 7 8 x 7 4

6 7

6 0

5 4

2 5 5

2 5 2

2 4 5

2 3 2

3 3 1 *

3 2 8 *

3 2 0 *

2 9 6 *

2 5 5

2 4 3

2 3 1

2 1 2

4 1 5 *

3 9 4 *

3 6 9 *

3 2 2 *

2 4 2

2 2 8

4 6 9 *

4 4 1

2 2 8

—

—

—

5 1 0

—

—

—

2 5 5

2 4 1

2 2 8

2 0 9

4 2 5 *

4 Q Q *

3 7 4 *

3 2 3 *

2 3 2

2 4 4

5 Q 3 *

5 3 3 *

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

4 0 6 x 1 4 0 x 4 6

3 9

2 1 3

—

2 5 1 *

— —

—

— —

— — — —

— —

—

—

—

—



2 . Q . :

B e a m m u s t b e g r a d e S 2 7 5 t o s a t i s f y m i n i m u m r e i n f o r c e m e n t r e q u i r e m e n t s ( s e e T a b l e 4 . 1 )

*




T h e v a l u e o f F r i 5

b a s e d o n t h e a s s u m p t i o n t h a t t h e N A i s a t l e a s t 2 0 0 m m b e l o w t h e b o l t r o w . I t s h o u l d b e r e d u c e d i n


9 4



A p p e n d i x B

2 R O W S M 2 4 8 . 8 B O L T S

2 0 0 x 1 5 5 2 7 5 E N D P L A T E

C O L U M N S I D E

S 2 7 5

C o l u m n

S e r i a l

S i z e

S 3 5 5

P a n e l

S h e a r

C a p .

W e b

C o m p n .

C a p .

T e n s i o n

Z o n e



T e n s i o n

Z o n e

W e b

C o m p n .

C a p .

P a n e l

S h e a r

C a p .

e i n f o r c e m e n t o p t i o n

A B C D E F G H

F r i

F r 21 ' 2


A B C D E F G H

k N ) ( k N )

( k N ) ( k N ) ( k N )

( k N )

1 0 0 0

8 4 9

7 2 5

6 0 5

1 1 4 1

9 3 5

7 6 6

6 0 5

/ 1

1 1

/ /

/

/

/

1

S

S

I

S

S

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S

S

S

S

S

S

S

S

I

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

3 5 6 x 3 6 8

x 2 0 2

x 1 7 7

x 1 5 3

x 1 2 9

/

I

I

S

, (

I

S

S

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S

S

S

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S

S

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S

S

S

S

S

S

S

S

I I

I I

I I

I I

1 4 8 6

1 2 1 7

9 7 4

7 8 8

1 3 0 2

1 1 0 5

9 4 4

7 8 7

1 0 3 7

8 1 6

7 0 3

5 9 5

5 0 3

1 4 3 2

1 0 5 1

8 5 8

6 9 2

5 5 3

1 1

/ 1

/ /

/ /

/ /

1

1

S

S

S

1

5

S

S

S

1

S

S

S

S

1

S

S

S

S

1

S

S

S

S

1

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

3 0 5 x 3 0 5

x 1 9 8

x 1 5 8

x 1 3 7

x 1 1 8

x 9 7

I

I

I

/

S

I

I

I

S

S

I

I

S

S

S

I

S

S

S

S

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I

S

S

S

I

S

S

S

S

S

S

S

S

S

I I

I I

I I

I I

I I

1 8 6 5

1 3 6 8

1 1 1 6

9 0 9

7 1 3

1 3 5 0

1 0 6 2

9 1 5

7 7 4

6 4 9

8 8 2

6 8 5

5 5 1

4 3 4

3 6 0

1 3 8 4

9 9 2

7 4 4

5 5 7

4 3 6

/ 1

1 1

1 1

1 1

2 9 7 /

1

1

S

5

S

1

S

S

S

S

1

S

S

S

S

S

S

S

S

S

I

S

S

S

S

I

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

2 5 4 x 2 5 4

x 1 6 7

x 1 3 2

x 1 0 7

x 8 9

x 7 3

I

I

I

S

S

I

I

S

S

S

I

I

S

S

S

I

S

S

S

S

I

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S

S

S

I

S

S

S

S

I

S

S

S

S

S

S

S

S

S

I I

I I

I I

I I

I I

1 8 0 2

1 2 9 2

9 6 9

7 2 5

5 6 3

1 1 4 9

8 9 2

7 1 7

5 6 6

4 6 5

4 5 9

3 5 3

3 2 2

2 7 2

2 4 5

7 0 1

5 1 2

4 4 0

3 6 0

3 1 3

/ /

/ /

2 9 7

2 0 4

2 6 5

1 1 8

2 0 4 9 0

S

5

S

5

5

S

5

S

S

S

S

5

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

2 0 3 x 2 0 3

x 8 6

x 7 1

x 6 0

x 5 2

x 4 6

I

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

I I

I I

I I

2 9 6 1 9 8

2 6 3 1 1 6

9 1 3

6 6 6

5 6 8

4 6 4

4 0 4

5 9 8

4 6 0

4 1 5

3 5 1

3 1 6


/ C o l u m n s a t i s f a c t o r y f o r b o l t r o w t e n s i o n v a l u e s s h o w n f o r t h e b e a m s i d e .

1 9 5 R e c a l c u l a t e m o m e n t c a p a c i t y b a s e d o n r e d u c e d b o l t r o w f o r c e ( 1 9 5 k N ) u s i n g d i m e n s i o n ' A ' t o d e r i v e a p p r o p r i a t e l e v e r



I

C o l u m n c a p a c i t y e x c e e d s F = F e i n f F r i

S


9 5


7 3 9 k N




2 R O W S M 2 4 8 . 8 B O L T S

2 5 0 x 1 5 5 2 7 5 E N D P L A T E

B E A M S I D E

B E A M

S e r i a l

S i z e

E f f e c t i v e r e i n f o r c e m e n t ( o p t i o n , n u m b e r a n d s i z e o f b a r s ,

A r e i n f t F r e i n f )

A

4 N o . 1 6

8 0 4 m m 2

3 5 1

k N

B

6 N o . 1 6

1 2 1 0 m m 2

5 2 9 k N

C

8 N o . 4 1 6

1 6 1 0 m m 2

7 O 4 k N

D

1 O N o . 1 6

2 0 1 0 m m 2

8 7 8 k N

E

4 N o . 4 2 0

1 2 6 0 m m 2

5 5 1 k N

F

6 N o . 4 2 . O

1 8 9 0 m m 2

8 2 6 k N

G

8 N o . 4 2 0

2 5 1 0 m m 2

1 O 9 7 k N

H

l O N o . 4 2 0

3 1 4 0 m m 2

1 3 7 2 k N

' A '

m m

M c

k N m

' A '

m m

M c

k N m

' A '

m m

M c

k N m

' A '

m m

M c

k N m

' A '

m m

M c

k N m

' A '

m m

M c

k N m

' A '

m m

M c

k N m

' A '

m m

M c

k N m

5 3 3 x 2 1 0 x 1 2 2

1 0 9

1 0 1

9 2

8 2

. Q

7 . Q

g g

. Q

g :

3 8 4

3 8 0

3 7 8

3 7 0

3 5 3

6 7 1 *

6 6 6 *

6 6 4 *

6 5 3 *

6 3 2 *

3 8 4

3 8 0

3 6 8

3 5 9

L

7 7 7 *

7 7 1 *

7 5 4 *

7 4 1 *

Z ±

l l .

i

1 Z

2 :

3 8 4

3 8 0

3 7 1

3 6 3

7 4 5 *

7 4 0 *

7 2 7 *

7 1 6 *

Z !

3 8 4

3 6 4

3 7 8

3 6 9

-

9 Q 9 *

8 7 6 *

8 9 9 *

8 8 4 *

-

3 6 5

3 7 4

-

1 0 3 8 *

1 0 5 5 *

-

4 5 7 x 1 9 1 x 9 8

8 9

8 2

7 4

6 7

Q Q

- -

_ j _

3 7 9 *

3 0 8

3 0 5

3 0 2

2 9 3

4 8 2 *

4 7 8 *

4 7 6 *

4 6 6 *

:

3 0 8

2 9 9

2 9 2

2 8 0

2 8 9

5 7 4 *

5 6 3 *

5 5 4 *

5 2 9 *

5 5 1 *

3 0 0

2 8 8

2 7 9

2 9 2

6 5 5 *

6 3 3 *

6 1 0 *

6 4 3 *

3 0 8

3 0 5

3 0 2

2 9 2

2 7 8

4 9 3 *

4 9 0 *

4 8 7 *

4 7 6 *

4 5 1 *

3 0 8

2 9 2

2 8 3

2 9 4

6 3 9 *

6 1 7 *

5 9 6 *

6 2 0 *

2 8 7

2 9 9

-

7 3 6 *

7 6 6 *

- -

2 9 8

—

—

-

9 0 8

—

—

-

4 5 7 x 1 5 2 x 8 2

7 4

6 7

6 0

5 2

2

2

g 1

3 0 1

2 9 1

2 8 1

2 8 9

—

4 7 5 *

4 6 4 *

4 4 5 *

4 6 2 *

—

2 9 0

2 7 6

2 9 0

—

5 5 0 *

5 1 6 *

5 5 2 *

—

2 7 6

2 9 0

—

—

5 9 9 *

6 4 1 *

—

—

3 0 0

2 8 9

2 7 9

2 8 8

—

4 8 5 *

4 7 3 *

4 5 1 *

4 7 2 *

—

2 8 0

2 6 3

—

5 8 5 *

5 4 6 *

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—



2 . : B e a m m u s t b e g r a d e S 2 7 5 t o s a t i s f y m i n i m u m r e i n f o r c e m e n t r e q u i r e m e n t s ( s e e T a b l e 4 . 1 )

*



2 5 6 C o n n e c t i o n c a p a c i t y e x c e e d s 0 . 8 M p o f c o m p o s i t e b e a m i n h o g g i n g ( s e e S e c t i o n 3 . 2 . 1 f o r s i g n i f i c a n c e o f t h i s )

T h e v a l u e o f F r i 5 b a s e d o n t h e a s s u m p t i o n t h a t t h e N A i s a t l e a s t 2 0 0 m m b e l o w t h e b o l t r o w . I t s h o u l d b e r e d u c e d

i n


_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

9 6



A p p e n d i x B

2 R O W S M 2 4 8 . 8 B O L T S

2 5 0 x 1 5 5 2 7 5 E N D P L A T E

C O L U M N S I D E

S 2 7 5

C o l u m n

S e r i a l

S i z e

S 3 5

5

P a n e l

S h e a r

C a p .

W e b

C o m p n .

C a p .

T e n s i o n

Z o n e

C o m p r e s s i o n Z o n e C o m p r e s s i o n Z o n e

T e n s i o n

Z o n e

W e b

C o m p n .

C a p .

P a n e l

S h e a r

C a p .e i n f o r c e m e n t o p t i o n

A B C D E F G H

F r i F r 2

r i F r 2


A B C D E F G H

k N ) ( k N ) ( k N )

( k N ) ( k N )

( k N )

1 0 0 0

1 1 4 1

/ / / 1 S S I S S S

3 5 6 x 3 6 8

x 2 0 2 / I

I I

I

I S S

I I 1 4 8 6

1 3 0 2

8 4 9 9 3 5

1 1

1 S S S S S S S

x 1 7 7 / I

S S

I

S S S I I 1 2 1 7

1 1 0 5

7 2 5 7 6 6 / / S

S S

S

S

S S S x 1 5 3 /

S S

S S

S S S / I

9 7 4

9 4 4

6 0 5 6 0 5

/ /

5 5

S S

S

S S S x 1 2 9

3 0 5 x 3 0 5

S

S S

S S

S S S

I I

7 8 8 7 8 7

1 0 3 7

1 4 3 2 1 1 1 1 1 5 /

(

S S

x 1 9 8 I I

I

I

I I

I S

I I

1 8 6 5

1 3 5 0

8 1 6

1 0 5 1

/ / 1 5 5 5 5 S S S x 1 5 8 I I

I

S I

S S S I I

1 3 6 8

1 0 6 2

7 0 3

8 5 8

/ /

S S S S

S

S S

S

x 1 3 7

/

I

S

S S

S S S

I I

1 1 1 6

9 1 5

5 9 5 6 9 2 / / S S S S S

S S

S

x 1 1 8 S

S S

S

S

S S S

I I

9 0 9

7 7 4

5 0 3 5 5 3 / / S

S S S

S

S S

S

x 9 7

2 5 4 x 2 5 4

S

S

S S

S

S S

S

I I

7 1 3 6 4 9

8 8 2 1 3 8 4

/ /

/

/ / 5

1

S S

S

x 1 6 7

I I I I I I I

S I I

1 8 0 2

1 1 4 9

6 8 5 9 9 2

1 1

1

5 5 5 5 5 5

S

x 1 3 2

I I I S I S S S

I I 1 2 9 2 8 9 2

5 5 1

7 4 4

/ / S S S S S S S S

x 1 0 7

/ S

S

S

S

S

S S

/ I 9 6 9

7 1 7

4 3 4 5 5 7

/ /

5

S S

S S

S

S S x 8 9

S S

S

S S

S S

S I I

7 2 5 5 6 6

3 6 0 4 3 6

2 9 7 / S

S

S S S

S S

S x 7 3

2 0 3 x 2 0 3

S

S

S

S

S

S S

S

I I

5 6 3 4 6 5

4 5 9 7 0 1 / /

S S

S S

S

S S S x 8 6 S S

S S S S

S S

/ I 9 1 3

5 9 8

3 5 3

5 1 2 / /

S S

S S

S

S S S

x 7 1 S S S

S

S S S S / I 6 6 6 4 6 0

3 2 2

4 4 0

2 9 7 2 0 4

S S

S S

S

S

S S

x 6 0 S

S

S

S S S S S / I

5 6 8

4 1 5

2 7 2

3 6 0

2 6 5 1 1 8

S S

S S

S

S S S

x 5 2 S

S S S S S S S 2 9 6 1 9 8 4 6 4

3 5 1

2 4 5 3 1 3 2 0 4 9 0 5 S S S S S S S x 4 6

S S S S S S S S 2 6 3 1 1 6 4 0 4

3 1 6


I C o l u m n s a t i s f a c t o r y f o r b o l t r o w t e n s i o n v a l u e s s h o w n f o r t h e b e a m s i d e .

1 9 5 R e c a l c u l a t e m o m e n t c a p a c i t y b a s e d o n r e d u c e d b o l t r o w f o r c e ( 1 9 5 k N ) u s i n g d i m e n s i o n ' A ' t o d e r i v e a p p r o p r i a t e l e v e r



I

C o l u m n c a p a c i t y e x c e e d s Z F = F r e f l f + F 1

I S


I

9 7


7 3 9 k N




B . 3 D E T A I L I N G T A B L E S

D I M E N S I O N S F O R D E T A I L I N G

B e a m

s e r i a l s i z e

D i m e n s i o n

a 1

m m

D i m e n s i o n

a 2

m m

E n d p l a t e

o v e r a l l d e p t h

m m

5 3 3 x 2 1 0 x 1 2 2

1 0 9

1 0 1

9 2

8 2

4 2 5

4 2 0

4 1 5

4 1 5

4 1 0

2 4 5

2 4 0

2 3 5

2 3 5

2 3 0

6 0 0

4 5 7 x 1 9 1 x 9 8

8 9

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7 4

6 7

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3 4 5

3 4 0

3 4 0

3 3 5

1 7 0

1 6 5

1 6 0

1 6 0

1 5 5

5 2 0

4 5 7 x 1 5 2 x 8 2

7 4

6 7

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3 4 0

3 4 0

3 3 5

3 3 0

1 6 5

1 6 0

1 6 0

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1 5 0

5 2 0

4 0 6 x 1 7 8 x 7 4

6 7

6 0

5 4

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2 9 0

2 8 5

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1 1 5

1 1 0

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1 0 5

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4 0 6 x 1 4 0 x 4 6

3 9

2 8 0

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2 3 0

—

—

—

—

4 2 0

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2 3 5

2 3 0

—

—

4 1 0

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1 9 0

1 8 5

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—

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Joints in Steel Construction Composite Connections.unlocked.pdf