Timber and Steel DesignTimber and Steel Design

Lecture 2 - Specification, Loads andDesign Methods

< Specifications and Building Codes

< Design Loads

< Wind Load

< Structural Members

< Load Transfer between Structural Members

< Design MethodsMongkol JIRAVACHARADET

S U R A N A R E E INSTITUTE OF ENGINEERINGUNIVERSITY OF TECHNOLOGY SCHOOL OF CIVIL ENGINEERING

Specifications

Developed by organizations such as AISC, ACIASCE, and EIT

Recommendations of good practice based onthe accepted body of knowledge

NOT legally enforceable

OrganizationsEIT = Engineering Institute of Thailand

AISC = American Institute of Steel Construction

ASCE = American Society of Civil Engineers

AASHTO = American Association of State Highwayand Transportation Officials

UBC = Uniform Building Code

BOCA = Building Officials & Code Administrators

ATTC = American Institute of Timber Construction

American Institute of American Institute of Steel Construction SpecificationSteel Construction Specification

Latest: Steel Construction Manual, Thirteenth Edition

The following specifications, codes, and standards are printed in this Manual:

• 2005 AISC Specification for Structural Steel Buildings

• 2004 RCSC Specification for Structural Joints Using ASTM A325 or A490 Bolts

• 2005 AISC Code of Standard Practice for Steel Buildings and Bridges

- The 3rd Edition (2001) Load and Resistance Factor Design (LRFD) Manual.

This Manual replaces both :This Manual replaces both :

- The 9th Edition (1989) Allowable Strength Design (ASD) Manual and

Visite AISC Website @

http://www.aisc.org

ว.ส.ท. เวบไซต : http://www.eit.or.th

หนงสอหนงสอ วว..สส..ทท..มาตรฐานสาหรบอาคารเหลกรปพรรณรหส 1015-40

มาตรฐานการออกแบบอาคารเหลกรปพรรณ โดยวธตวคณความตานทานและนาหนกบรรทกรหส 1020-46

วศวกรรมสถานแหงประเทศไทย ในพระบรมราชปถมภ 487 รามคาแหง 39 (ซอยวดเทพลลา) วงทองหลาง กทม. 10310โทร 0-2319-2410~3 โทรสาร 0-2319-2710~11 E-mail: eit@eit.or.th

วศวกรรมสถานแหงประเทศไทยวศวกรรมสถานแหงประเทศไทย ((วว..สส..ทท.).)

Building Codes

ขอกาหนดทมผลบงคบใชตามกฏหมาย-- พพระราชระราชบบญญตญญตควบคมอาคารควบคมอาคาร พพ..ศศ.. ๒๕๒๒๒๕๒๒

- ขอบญญตกรงเทพมหานคร- กฎกระทรวง

- เทศบญญต

ArchitecturalFunctional Plans

DesignDesign ProcessProcess

Select StructuralSystem

Trial Sections,Assume Selfweight

Analysis for internalforces in member

Member Design

Acceptable?Redesign

NG

Final Design& Detailing

OK

Design LoopDesign Loop

AllowableAllowable StreStrengthngth Design Design ((ASDASD))

Design MethodsDesign Methods

ASDASD methodmethod remainsremains practicalpractical andand isis stillstill widelywidely usedused

“allowable strength of each structural component equals or exceeds the

required strength”

Design shall be performed in accordance with :

Ω≤ /na RR

whereRa = required strength (ASD)

Rn = nominal strength

Ω = safety factor

Rn / Ω = allowable strength

ว.ส.ท. มาตรฐานสาหรบอาคารเหลกรปพรรณรหส 1015-40

Load and Resistance Factor Design Load and Resistance Factor Design ((LRFDLRFD))

LRFDLRFD willwill becomebecome thethe dominantdominant methodmethod inin thethe futurefuture

“design strength of each structural component equals or exceeds the

required strength”

Design shall be performed in accordance with :

nu RR φ≤

where

Ru = required strength (LRFD)

Rn = nominal strength

φ = resistance factor

φ Rn = design strength

มาตรฐานการออกแบบอาคารเหลกรปพรรณ โดยวธตวคณความตานทานและนาหนกบรรทก

Factor of Safety (FS) =Strength of member

Strength due to load

1) Material strength: initial variation, creep, corrosion and fatigue

2) Method of analysis

3) Disaster (hurricane, earthquake)

4) Fabrication and erection stress

5) Technology change live load ; traffic load

6) Live load estimation

7) Other --> residual stress, stress concentration and variation

in dimension

Uncertainties affecting F.S.

Design Loads

< Dead Loads - self weight not known before design

< Live Loads - change in position and magnitude

< Wind Load

< Seismic Load

< Snow/Rain Load

< Earth Pressure

Dead Loads

Caused by the weight of structure

Include both the load bearing and non-load

bearing elements in a structure

Generally can be estimated with reasonable

certainty

นาหนกบรรทกคงท

วสดทวไป kg/m3

คอนกรตเสรมเหลก 2,400คอนกรตลวน 2,320ไม 500-1,200เหลก 7,850วสดมงหลงคา kg/m2

กระเบองลอนค 14กระเบองซแพคโมเนย 50เหลกรดลอน, สงกะส 5โครงหลงคา 10-30แปไม 5ผนงกออฐมอญ 180-360ผนงกออฐบลอค 100-200

Live Loads

Floor Loads

Snow and Ice: 50 - 200 kg/sq.m.

Traffic Load & Pedestrian Load for Bridges

Impact Loads

Lateral Loads: Wind & Earthquake

นาหนกบรรทกจร กฎกระทรวง ฉบบท 6 (พ.ศ. 2527) พ.ร.บ. ควบคมอาคาร พ.ศ. 2522

ประเภทและสวนตางๆของอาคาร หนวยนาหนกจร(kg/m2)

(1) หลงคา

(2) กนสาดหรอหลงคาคอนกรต(3) ทพกอาศย โรงเรยนอนบาล หองนา หองสวม

(4) หองแถว ตกแถวทใชพกอาศย อาคารชด หอพก โรงแรม และหองคนไขพเศษของโรงพยาบาล

(5) สานกงาน ธนาคาร

(6) (ก) อาคารพาณชย สวนของหองแถว ตกแถวทใชเพอการพาณชยมหาวทยาลย วทยาลย โรงเรยน และโรงพยาบาล

(ข) หองโถง บนได ชองทางเดนของอาคารชด หอพก โรงแรมสานกงาน และธนาคาร

30

100150

200

250

300

300

นาหนกบรรทกจร (ตอ)กฎกระทรวง ฉบบท 6 (พ.ศ. 2527) พ.ร.บ. ควบคมอาคาร พ.ศ. 2522

ประเภทและสวนตางๆของอาคาร หนวยนาหนกจร(kg/m2)

(7) (ก) ตลาด อาคารสรรพสนคา หอประชม โรงมหรสพ ภตตาคารหองประชม หองอานหนงสอในหองสมดหรอหอสมดทจอดหรอเกบรถยนตนงหรอจกรยานยนต

(ข) หองโถง บนได ชองทางเดนของอาคารพาณชย มหาวทยาลย วทยาลย และโรงเรยน

(8) (ก) คลงสนคา โรงกฬา พพธภณฑ อฒจนทร โรงงานอตสาหกรรมโรงพมพ หองเกบเอกสารและพสด

(ข) หองโถง บนได ชองทางเดนของตลาด อาคารสรรพสนคา หองประชม หอประชม โรงมหรสพ ภตตาคาร หองสมด และหอสมด

(9) หองเกบหนงสอของหองสมดหรอหอสมด

400

500

500

600

(10) ทจอดหรอเกบรถบรรทกเปลา

500

800

Wind Loadsแรงลมทกระทากบโครงสรางหาไดโดยการคานวณแรงดนลมทเกดกบผวอาคาร

25.0 Vq ρ=

เมอ q = stagnation pressure แรงดนลม (กก./ม.2)

V = basic wind speed ความเรวลมพนฐานวดทความสง 10 เมตร (กม./ชม.)

ASCE 7-98 200483.0 VKq =

K = แฟกเตอรสาหรบความสงอนทตางจาก 10 เมตร

นอยกวา 10 5010 < h < 20 8020 < h < 40 120มากกวา 40 160

ความสงอาคาร หนวยแรงลม(เมตร) (กก./ตร.ม.)

WIND DIRECTION

Windwardside

Leew

ard

side

0 m

10 m

20 m

30 m

Step wind loading

แรงลมตาม พ.ร.บ. ควบคมอาคาร พ.ศ. 2522

ขอ 19 ในการคานวณนาหนกทถายลงเสา คาน หรอโครงทรบเสาและฐานราก ใหใชนาหนกของอาคารเตมอตรา สวนหนวยนาหนกบรรทกจร ใหใชตามทกาหนดไว โดยใหลดสวนลงไดตามชนของอาคารดงตอไปน

50(8) ชนทเจดถดจากหลงคาหรอดาดฟาและชนตอลงมา40(7) ชนทหกถดจากหลงคาหรอดาดฟา30(6) ชนทหาถดจากหลงคาหรอดาดฟา20(5) ชนทสถดจากหลงคาหรอดาดฟา10(4) ชนทสามถดจากหลงคาหรอดาดฟา0(3) ชนทสองถดจากหลงคาหรอดาดฟา0(2) ชนทหนงถดจากหลงคาหรอดาดฟา0(1) หลงคาหรอดาดฟา

อตราการลดนาหนกบรรทกจรบนพนแตละชนเปนรอยละ

การรบนาหนกของพน

สาหรบโรงมหรสพ หองประชม หอประชม หองสมด หอสมด พพธภณฑ อฒจนทร คลงสนคา โรงงาน อตสาหกรรม อาคารจอดหรอเกบรถยนต หรอจกรยานยนต ใหคดหนวยนาหนกบรรทกจรเตมอตราทกชน

ชนทหนง

ชนทสอง

ชนทสาม

ชนทส

ชนทหา

ชนทหก

ชนทเจด

ชนทแปด

ชนทเกา

ชนทสบ

หลงคาหรอดาดฟา

ชนทหนงถดจากดาดฟา

ชนทสองถดจากดาดฟา

ชนทสามถดจากดาดฟา

ชนทสถดจากดาดฟา

ชนทหาถดจากดาดฟา

ชนทหกถดจากดาดฟา

ชนทแปดถดจากดาดฟา

ชนทเกาถดจากดาดฟา

ชนทสบถดจากดาดฟา

ชนทเจดถดจากดาดฟา

น.ค. = 20 ตน น.จ. = 20 ตน

น.ค. = 20 ตน น.จ. = 20 ตน

น.ค. = 20 ตน น.จ. = 20 ตน

น.ค. = 20 ตน น.จ. = 20 ตน

น.ค. = 20 ตน น.จ. = 20 ตน

น.ค. = 20 ตน น.จ. = 20 ตน

น.ค. = 20 ตน น.จ. = 20 ตน

น.ค. = 20 ตน น.จ. = 20 ตน

98.8%

97%

95%

92.9%

รวม = 8(20)+3(20)+0.9(20)+0.8(20)+0.7(20)+0.6(20)+ 0.5(20) = 290 ตน = 90.625%

100%

100%

รวม = 120 ตน = 100%

88.9%87.5%

Load Transfer between Structural Members

Roof + Dead load

Snow, Rain, Windand Construction load Floor loads

Slab + Dead load Wall load

Beam + Dead load

Foundation

Wind load Column + Dead load

Tributary area = 0.5SL sq.m

Load on beam = 0.5wSL kg/m

Floor load = w kg/sq.m

LoadLoad from from PrecastPrecast Concrete SlabConcrete Slab

S

L

Example: CPAC Hollow Core Slab HC100Example: CPAC Hollow Core Slab HC100

600 mm

100 mm

SLAB WEIGHT 296 KG/M2

PC WIRE 6 ∅ 4 MM.

SPAN 4 M.

LIVE LOAD 300 KG/M2

L

L : Beam span

w = ? kg/m Superimposed DL = 80 KG/M2

Total Load = 296 + 300 + 80 = 676 KG/M2

Load on Beam = 676 × 4 / 2 = 1,352 KG/M4 m

2 m 2 m

1 m 1 m

Load Tributary Area on Beam

2 m DISTRIBUTIVEWIDTH TO INT.FLOOR BEAM

Example 2.1: Compute load on structural membersExample 2.1: Compute load on structural members

EXTE

RIO

R G

IRD

ER

EXTERIORCOLUMN

INTE

RIO

R G

IRD

ER

INTERIOR COLUMN

EXTERIOR FLOOR

BEAM

INTERIOR FLOOR

BEAM

A

B

8 m

2 m TYP.

1 2 34 m 4 m

INDICATESCONCENTRATEDLOAD POINT ATTRANSFER TOGIRDER

Live Load = 500 kg/m2

Dead Load = 600 kg/m2

2 m

2 m

4 m

INTERIOR FLOOR BEAM :INTERIOR FLOOR BEAM :

w = 2200 kg/m

4 mR R

w = 2 (500 + 600) (2) / 2 = 2,200 kg/m

R = (2,200) (4) / 2 = 4,400 kg/m

Reaction @ Beam End :Reaction @ Beam End :

INTERIOR GIRDER :INTERIOR GIRDER : 21 3

R R

R R

R R

P = 2 R = 2 × 4,400 = 8,800 kg/m

Point Load on Girder :Point Load on Girder :

P = 8,800 kg

8 mR R

P P

R = 3 P / 2 + P1/2 = 3 × 8,800 / 2 + 4,400 = 17,600 kg/m

Reaction transfer to Column :Reaction transfer to Column :

P1/2P1/2