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Joints in Steel Construction Composite Connections.unlocked.pdf
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7/18/2019 Joints in Steel Construction Composite Connections.unlocked.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/joints-in-steel-construction-composite-connectionsunlockedpdf 1/104
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
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http://slidepdf.com/reader/full/joints-in-steel-construction-composite-connectionsunlockedpdf 2/104
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
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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
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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
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
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
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 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
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
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
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 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
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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
I N T R O D U C T I O N
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
I N T R O D U C T I O N
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
B E A M - T O - C O L U M N C O N N E C T I O N S
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
I N T R O D U C T I O N
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
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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
7/18/2019 Joints in Steel Construction Composite Connections.unlocked.pdf
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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 .
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1
I N T R O D U C T I O N
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
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http://slidepdf.com/reader/full/joints-in-steel-construction-composite-connectionsunlockedpdf 10/104
C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
.
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 .
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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
s t i f f e n i n g .
5
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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
M o m e n t r e s i s t i n g
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
R e f e r e n c e 1 , S e c t i o n 3 . 5
® N o n - c o m p o s i t e
N o m i n a l p i n
R e f e r e n c e 1 , S e c t i o n 4 . 5
® C o m p o s i t e
M o m e n t r e s i s t i n g
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
M o m e n t r e s i s t i n g
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
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
R e f e r e n c e 1 , S e c t i o n 3 . 5
R e f e r e n c e 1 , S e c t i o n 4 . 5
7/18/2019 Joints in Steel Construction Composite Connections.unlocked.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/joints-in-steel-construction-composite-connectionsunlockedpdf 13/104
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
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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 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 ) .
7/18/2019 Joints in Steel Construction Composite Connections.unlocked.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/joints-in-steel-construction-composite-connectionsunlockedpdf 15/104
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
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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
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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
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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
c o n n e c t i o n s .
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
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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
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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
r e i n f o r c e m e n t .
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
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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
-
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3 F R A M E D E S I G N
3 . 1
I N T R O D U C T I O N
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
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
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
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 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
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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
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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
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( _ 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
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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
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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
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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
I N T R O D U C T I O N
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
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 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
c o n n e c t i o n s .
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
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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
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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
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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
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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 - C o l u m n C o n n e c t i o n s
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
r e i n f o r c e m e n t
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
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http://slidepdf.com/reader/full/joints-in-steel-construction-composite-connectionsunlockedpdf 34/104
C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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
7/18/2019 Joints in Steel Construction Composite Connections.unlocked.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/joints-in-steel-construction-composite-connectionsunlockedpdf 35/104
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 )
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 :
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 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
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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 )
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
r e i n f o r c e m e n t .
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
7/18/2019 Joints in Steel Construction Composite Connections.unlocked.pdf
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B e a m - t o - C o l u m n C o n n e c t i o n s
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
7/18/2019 Joints in Steel Construction Composite Connections.unlocked.pdf
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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
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B e a m - t o - C o l u m n C o n n e c t i o n s
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
P r y i n g f o r c e , 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 r y i n g f o r c e , Q
P t '
P t '
P r y i n g f o r c e , Q
r
2 M + n ( P ' )
m
+ n
P r
3 3
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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
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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
B e a m - t o - C o l u m n C o n n e c t i o n s
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 )
S i d e y i e l d i n g
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 )
S i d e y i e l d i n g
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
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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
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B e a m - t o - C o l u m n C o n n e c t i o n s
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
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 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 )
T o p o r b o t t o m
r o w o f a g r o u p
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
r o w o f a g r o u p
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 .
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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
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B e a m - t o - C o l u m n C o n n e c t i o n s
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
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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
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B e a m - t o - C o l u m n C o n n e c t i o n s
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
r e i n f o r c e m e n t .
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
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n 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
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
R e i n f o r c e m e n t
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
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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
t c = c o l u m n w e b t h i c k n e s 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
B e a m - t o - C o l u m n C o n n e c t i o n s
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 )
t c = c o l u m n w e b t h i c k n e s s
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
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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
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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
t c = c o l u m n w e b t h i c k n e s s
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 .
B e a m - t o - C o l u m n C o n n e c t i o n s
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
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n 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
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
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B e a m - t o - C o l u m n C o n n e c t i o n 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
c o m p r e s s i o n
4 7
) M m
M j m
=
M , + ( N x h N )
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n 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
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
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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
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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
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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
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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 )
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B e a m - t o - C o l u m n C o n n e c t i o n s
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
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n 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
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B e a m - t o - C o l u m n C o n n e c t i o n 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 ( 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
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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
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B e a m - t o - C o l u m n C o n n e c t i o n s
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
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n 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
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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 )
B e a m - t o - C o l u m n C o n n e c t i o n s
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
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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
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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
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 :
—
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
r e i n f o r c e m e n t
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
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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
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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
c o m p r e s s i o n
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
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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
r e i n f o r c e m e n t
.
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
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http://slidepdf.com/reader/full/joints-in-steel-construction-composite-connectionsunlockedpdf 72/104
- 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 .
C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
- a
" 4
- J
a )
T r a n s v e r s e
r e i n f o r c e m e n t
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 ) 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
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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 )
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6 8
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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
6 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 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
7 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 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
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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
2 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
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
2 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 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
2 2 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 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
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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
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7 2
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http://slidepdf.com/reader/full/joints-in-steel-construction-composite-connectionsunlockedpdf 79/104
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
P o t e n t i a l r e s i s t a n c e
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 .
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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
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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
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
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
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 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
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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
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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
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
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
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
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
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
R e i n f o r c e m e n t
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
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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
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
7/18/2019 Joints in Steel Construction Composite Connections.unlocked.pdf
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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
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
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
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 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
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
s t i f f e n i n g .
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
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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
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
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
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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 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
o f
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 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
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
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8 2
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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
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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
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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
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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
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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
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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 .
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http://slidepdf.com/reader/full/joints-in-steel-construction-composite-connectionsunlockedpdf 93/104
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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 .
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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
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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 .
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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—
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—
—
—
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 . : 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 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
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 .
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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
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T e n s i o n Z o n e :
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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 :
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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
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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 .
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
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C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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
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8 0 4 m m 2
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B
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1 2 1 0 m m 2
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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
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E
4 N o . 4 2 0
1 2 6 0 m m 2
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F
6 N o . 4 2 0
1 8 9 0 m m 2
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G
8 N o . 4 2 0
2 5 1 0 m m 2
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H
1 0 N o . 4 2 0
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—
—
7 0 1 *
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—
—
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—
—
—
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 . 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 )
*
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 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 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 .
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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
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C o m p r e s s i o n Z o n e
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T e n s i o n Z o n e :
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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 :
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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
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 .
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
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http://slidepdf.com/reader/full/joints-in-steel-construction-composite-connectionsunlockedpdf 98/104
C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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
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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 . 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 i 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 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 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
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 .
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
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A p p e n d i x B
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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 . 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 )
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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 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 )
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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 .
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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 *
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
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 . : 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 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
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 .
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
9 6
7/18/2019 Joints in Steel Construction Composite Connections.unlocked.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/joints-in-steel-construction-composite-connectionsunlockedpdf 103/104
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
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
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
T e n s i o n Z o n e :
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
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 :
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
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
9 7
V e r t i c a l S h e a r C a p a c i t y
7 3 9 k N
7/18/2019 Joints in Steel Construction Composite Connections.unlocked.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/joints-in-steel-construction-composite-connectionsunlockedpdf 104/104
C o m p o s i t e C o n n e c t i o n s
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
8 2
7 4
6 7
3 5 0
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
6 0
5 2
3 4 5
3 4 0
3 4 0
3 3 5
3 3 0
1 6 5
1 6 0
1 6 0
1 5 5
1 5 0
5 2 0
4 0 6 x 1 7 8 x 7 4
6 7
6 0
5 4
2 9 5
2 9 0
2 8 5
2 8 5
1 1 5
1 1 0
1 0 5
1 0 5
4 7 0
4 0 6 x 1 4 0 x 4 6
3 9
2 8 0
2 7 5
1 0 0
9 5
4 5 0
3 5 6 x 1 7 1 x 6 7
5 7
5 1
4 5
2 4 5
2 4 0
2 3 5
2 3 0
—
—
—
—
4 2 0
3 5 6 x 1 2 7 x 3 9
3 3
2 3 5
2 3 0
—
—
4 1 0
3 0 5 x 1 6 5 x 5 4
4 6
4 0
1 9 0
1 8 5
1 8 5
—
—
—
3 6 0
3 0 5 x 1 2 7 x 4 8
1 9 0
—
2 5
/ t 1 ! 9 7 t /
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