LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL...CANADIAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 2019 LIMIT STATES...

9
CANADIAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 2019 LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL G.L. Kulak and G.Y. Grondin 10 th Edition, 2 nd Printing 2018 REVISIONS LIST NO. 2 - JANUARY 2019 Revisions and updates which will be incorporated into the 10 th Edition, 3 rd Revised Printing of Limit States Design in Structural Steel are highlighted on the following pages. Minor editorial corrections are not shown.

Transcript of LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL...CANADIAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 2019 LIMIT STATES...

Page 1: LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL...CANADIAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 2019 LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL G.L. Kulak and G.Y. Grondin 10th Edition, 2nd Printing

CANADIAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 2019

LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL

G.L. Kulak and G.Y. Grondin

10th Edition, 2nd Printing 2018

REVISIONS LIST NO. 2 - JANUARY 2019

Revisions and updates which will be incorporated into the 10th Edition, 3rd Revised Printing of Limit States Design in Structural Steel are highlighted on the following pages. Minor editorial corrections are not shown.

Page 2: LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL...CANADIAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 2019 LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL G.L. Kulak and G.Y. Grondin 10th Edition, 2nd Printing

�������� ����������������������������������������� ������������������

������������������������������������������������������������ ������� ��� !����

�������� �������� �����������"�#�������$%������������������ ������������������

��������������&�

Iteration 1

'���� (������#��)!�

( ) ( )��� � ��

�

* ��"" +,-. ))�)�� " �"��+,

� /"""��+= Δ − Δ = − = �

0����� ��� ������ ����� ��� ����� ���� ����!� ��� �������� ����1����� ������

�2���� ������ (������#��/� ���(���� �� ��� ������������!�������!��"���+,��%���

������������������ ���� � ������������ ����������� !������ ������������������ �

���)�)�+,��%����������������� ������������)"�3�+,��0�������� ������������2���� �

������������� ���������!��������������������� ���������������� ��2��������

2���� ��� ������������������ ����������� ���������4�

( )��� ������ "�#���� 5 +, )"�3 +, /��/��Δ = + × = �

Iteration 2

'������� ����������������� ������������������!������������������� ��������

��� ������� �� ��

( )��

��"" +,-. /��/�� " ���# +,

/"""��= − = �

��6. ���# +,= �

%����������������� ����"�)�+,�7����#�+,�8�)����+,�

( )Δ = + × =��� ������ "�#���� 5 +, )���+, //���� �

Iteration 3

'������� ����������������� ������������������!������������������� ��������

��� ������� �� ��

( )= − =��

��"" +,-. //���� " ���� +,

/"""���

��6. ���� +,= �

%����������������� ����"�)�+,�7������+,�8�)��/�+,�

( )Δ = + × =��� ������ "�#���� 5 +, )��/ +, //���� �

%��� ��������� �� ������ 9��"� :� ��� ��� ��������� �������� � ��� ��� ���� �

�������!��� ���������������������� ��%������� ��� ������������������2���� �

243

calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
Page 3: LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL...CANADIAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 2019 LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL G.L. Kulak and G.Y. Grondin 10th Edition, 2nd Printing

���������� ���������������� ���� ��������������������������������������������

���� !"�� #��� ����� �� ������������ �� ����� �! ����� ������ ��� �����$ ���� �$ ���

� ����� % � ������� !�� �� ��� � � ���� ��� ��� ��$ ���� ���$��� ��� �� � ��� $���� ��

������ � !�$���� ��� ��$ ���� ���$��� ������ ��� ������� ���� !"������ �� �������

���� � ���� � ������ ������� �� �� ��� �������� � ���� ���&� ����&� �'����!���� ���

$������������� �������������� ��$ ����� ���� ������ ������������ ��$ �����

� $"���� �(��)�$��*���+� ����

#������ �(��!�$���������! ���������,'� �������-��

= −α

� �� �

. /*

� , $���

������ �/ �����'��� ���0����&� ������� ����� ��������������)� ��1���

×= − × = −0

�� �

��22 �2 � �0��2* ����

�222 ���22222+3

�0���

�

*����� ����������������� ����������������� �� ����$ ���������� ����������

����� �� ����������� ���� ����������� ����������������� !"��

�"����� ��,���� �+� ����

4�(����$���$�����(��!���� ��$ �������������� �����������������35�

�������� *� ������ �������� � ��� ���� ��(�������� �(�� ������ ��� ��� � ��������

� ��������� ����������� �������35�������&� �������� ����������������� ���$ �$��

���!�����#���35���������������������� �� ����$ ������������� ����� ���������

����������� ����������� ���� ��$ �����#�������� ��������������$����$ ���������

���$���$������ ����4��6*+,���������� ����������������0���

�Figure 8.13 – Results of Second-Order Analysis — Finite Element Method

*� $����������� ��� ����� �� �! ������������������� �� �������� 35� �������

����$ ��� � ��������7� ��� ��������� ������7� ���� ��������������� ���

8!(������&� ����������$���$������ ���� ������������7$ ���� �$���$����������

���������� ������ � ���$���������9���(��&��������$�������������������� ����

� ��������

�

�

�

�

�

�����

��� ��

����

��� ��

���� �� ���� ��

����������

�������

��� ��

�����

244

calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
Page 4: LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL...CANADIAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 2019 LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL G.L. Kulak and G.Y. Grondin 10th Edition, 2nd Printing

�9 9 ���2 �� ��: �� 2�2 ���: ��= + + = �

#��� ����� �� ��� � ���� ������� ������� ���� ��� � ���� ���� $��� ��� ������ ��� ���

����������� !"��#���$����������������� �� ���������������0����� �����$����� �����

���&� � ���&� �����������$��!� ����� ��������$ ����� � ����������(��������$����������

��(��&�����������

����������� ���������������������� �

����������� ���������������������� �

Figure 8.15 – Analysis Results for Frame of Example 8.2 — Amplification Factor Method

�

w = 55 kN/mf

A

B

w = 45 kN/mf

R = 0.0H

R = 0.0G

[410][410]

(32.6) (32.6)

(1025)(500) (1025)

[71][71.0]

(500)

[292][292]

[141] [141]

[269] [269]

[kN.m]

(kN)

C

G

D

F

E

H

A

B43.4 kN

[113][113]

22.3 mm

34.5 mm

(30.5) (30.5)

(30.3)(30.3)

[113][113]

[46.6][46.6]

[85.5] [85.5]

[27.6] [27.6]

[kN.m]

(kN)

21.9 kN

(2.2)(2.2)

C

G

D

F

E

H

246

calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
Page 5: LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL...CANADIAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 2019 LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL G.L. Kulak and G.Y. Grondin 10th Edition, 2nd Printing

������������ � ������������������������������������� �������

Figure 8.15 – (cont'd)

�$�&��������������<�����?��� �

%���������������������!� �' !����������� ��������������������

=Δ−

�� �

�

�'

*�

- �

�

�����!�����������������

( ) ( )= + × + + =�* ))+, � �)+, � �"� �"�)� �"� �")"+, �

%�����������������2���2���� �2��� ��������;���������������������������������

����������

��-���������;�2���������������!��2���� �������������������������� ���

��������

�

�

������"������ 5 +,

- ���� +, ���� +,

Δ = =+

�

������������������$8�/)""���&�

�� �

�

� �' �����

* �")"+,� � "������ 5 +,

- � /)""��

= = =Δ− −

�

0��������!������������ �����!�

( ) ( )= × + + =�* �)+, 5� �"� �"�)� �"� ��3�+, �

A

B

w = 45 kN/mf

w = 55 kN/mf

21.9 kN

43.4 kN

[536][268]

(0.0) (64.4)

(1061)(500) (989)

[204][67.6]

(500)

[337][228]

[40.1] [244]

[228] [292]

[kN.m]

(kN)

C

G

D

F

E

H

(0.5) (0.5)

247

calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
Page 6: LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL...CANADIAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 2019 LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL G.L. Kulak and G.Y. Grondin 10th Edition, 2nd Printing

�( )

�

�

0��� ���0 2���- ��

; ���: ��

Δ −= = �

������ ���������� ������22�&�

�� �

�

� �< �����

. �0-���� � 2���- ��

; � ��22

= = =Δ− − ×

�

#�����$������������� ������ ���!��$��������$ ������ ������� �� �����$��

!���! ���������,'� �������0��=������������� �&��$��$��������� ���� ����

������� �(����� ��

( )*) *) *)�� �� �

+ + < + -��� ���:� ��0�� �0�� �� = + = ⋅ + × − ⋅ = − ⋅ �

( ))* )* )*�� �� �

+ + < + ��� �� ���:� ���� �� 0:���� = + = ⋅ + × − ⋅ = ⋅ �

( )1, 1, 1,�� �� �

+ + < + -��� ���:� ��0�� �2� �� = + = − ⋅ + × − ⋅ = − ⋅ �

( ),1 ,1 ,1�� �� �

+ + < + ����� ���:� ���� �� ��0�� = + = − ⋅ + × − ⋅ = − ⋅ �

4������&����� ���$��������� �����$����� ����&�

( )). ). ).�� �� �

+ + < + ��:�� ����� �-�� �� �0- �� = + = ⋅ + × − ⋅ = ⋅ �

( ).) .) .)�� �� �

+ + < + �:��� ����� ���� �� �0� �� = + = ⋅ + × − ⋅ = ⋅ �

( ),� ,� ,��� �� � + + < + ��:�� ����� �-�� �� 02� �� = + = − ⋅ + × − ⋅ = − ⋅ �

( )�, �, �,�� �� � + + < + �:��� ����� ���� �� 0�� �� = + = − ⋅ + × − ⋅ = − ⋅ �

*� �������� �����$����������������� ����� �������� ��������$ ���� �$ ���

� ������������� ����������������� $"��#���� �������������������� ��������������

����� ��� �� ����� ������ #��� ��$ ���� ���$��� ��� �� ������� ���� �'����!����

$������� ������� ������������ ��$ �����

!"���$ � �����9���>�� ��/����+� ����

*� ���� ������� ������� ��� ��� � ��$ ���� �� �� ��� �$ ����� ����&� ��$������� ���

�� ���������&������������� ���! ��� ���� ��������� ��#�������� ����� ��������������

������ ��� ��� ������� ���� "�� ��$ � ����� $����� ������ ��� ����>�� �� ���$��� ���

$�$�� ���������,'� �����������������&������$ �(�����

*����� ����������������� ��������� �������� ��������������� � � ���� ����

�����$ ���� ���(�����������0�����0����� � ������� ���������� ��� ������ ���������

Iteration 1

<�����,'� ��������&�

248

calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
Page 7: LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL...CANADIAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 2019 LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL G.L. Kulak and G.Y. Grondin 10th Edition, 2nd Printing

( ) ( )�

�� ��

�

* �")"+,-. ������ " �"�)+,

� /)""��+= Δ − Δ = − = �

( ) ( )� � ��

*� ��3�+,-. ���)�� ������ ��"� +,

�� ))""��+= Δ − Δ = − = �

%���������������1����������������������� ��������2���� ������ (������#��/��

���������!���������������������� ����(��������� ����������2��������������������

����������������� ������������������������� �����!�������!�

� � �6. -. -. �"�) ��"� 3��/ +,= − = − = �

� � �6. -. -. ��"� " ��"� +,= − = − = �

%���������������������� ���������� � ������������ ����������� !������ ����

�������������� ��%����������������� ��������������)"���+,��� ������+,�����������

���� ��!�������������0�������� ��������������2���� �������������� ���������!�

��� ���������� ��� ����������� ���� 2�� �� � �� �2���� ��� �������� ����������

�����������!� ��������������2�� ��������1� ����� ��� ��������� � ������� ��� ��

%������������������ ������������4�

� ��)����@ ������Δ = Δ = �

Iteration 2

'���� ��� ��������� �������� � ��� ��� ���� �������!� ��� �������� ����� �� �

���������� ������� �� ��

( )�

�")"+,-. �)���� " ����+,

/)""��= − = �

( )�

��3�+,-. ������ �)���� ��)+,

))""��= − = �

� �6. #�3 +,@ 6. ��)+,= = �

%����������������� ������������������+,�7�#�3�+,�8�)����+,��� ����������� ���

���������������+,�7���)�+,�8��)���+,��%����������� ������������4�

� ��/�)��@ �"�#��Δ = Δ = �

Iteration 3

'������� ����������������� ������������������!������������������� ��������

��� ������� �� ��

( )�

�")"+,-. �/�)�� " ���� +,

/)""��= − = �

( )�

��3�+,-. �"�#�� �/�)�� ��/ +,

))""��= − =

249

calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
Page 8: LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL...CANADIAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 2019 LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL G.L. Kulak and G.Y. Grondin 10th Edition, 2nd Printing

�� 09? ��� ��@ 9? 0�� ��= = �

#��� � ��� ������������� ����� �� ��������������������������������(���������

0&������$ �(�����#�������� ����� ���������$ �������A�

� 0����@ �2�:Δ = Δ = �

������������������� ������������������ �������������� �

����������������������������������

Figure 8.16 – Analysis Results for Frame of Example 8.2 — Fictitious Lateral Load Method

#��� �����$ ����� ��� �� ���� ��2�B� ��� ��� �����$ ����� $�$�� ��� ��� ��� ��$����

� �� �����#������!������ ���������$��(�������#�����$��������������$ ��$������!��

�! �������������� ���������������� �� ���� ���� �����$�$�� ������� �� ����0��

#�������� �&��������������������� !"&�������(����$����������� ��� �� ������! �����

���� ��������$ �����$ ���� �����#�������������������� � � �����$ �������$���

�

� ��������

� ���������

�������

��������� ������ ��

����� ���� ��

����������� �����

��� ���� ����

�����

��� ���� ���

�� ���� �����

�� ��� �� ���

���������

�

�

�

�

�

���� �����

����� ����

� ���� ��� ��

� ���������

�

� ������������ ����

��� ����

����������

����� ������

����������� �����

�����������

�����

����������

������ �����

����� �����

���������

�

�

�

�

�

����� �����

250

calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
calbert
Rectangle
Page 9: LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL...CANADIAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 2019 LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL G.L. Kulak and G.Y. Grondin 10th Edition, 2nd Printing

����� ��� <������ #��/$2&� ����� ������� � ���� ������ �(����2����� ��� ���

�� ������ ������������������������ ������ ���������

�$�&�,�������=����������?��� �

��2��������2����������������������������� ����������������������������

%����������������2��������2���� ������ (������#��3��

= −α

� �� �

* A�

� ���

������ �A ����(����������)��������������������� ����#)�������������� ��������

<��������������!�����������������������2����������2������(�����4�

×= − × = −�

�� �

�")" �" , ���)"��� �"�"#��

/)""�� �"�)��"""""?B�

����)�

�

%����������������������2����������2�������������� ���������(�����4�

×= − × = −�

�� �

��3� �" , ��#)"��� �#�#���

))""�� �"�)��"""""?B�

���#)�

�

�� ������ ��� ������� ��� ��� �� ���� � ������ ���� ��� ������ � ��� � �� � ���

����������� ���� ��������������������������� ����<������#��/$2&��

$ &�<����� ������?��� �

��BC������������������������<������#��������������� �������������� ���� ��� � ��� �������� ��� � ������ � ������������ ��� ��� �������� %��� ����� ��� ���

������!���� ��� �����������������������!����������� ����<������#��3���

�Figure 8.17 – Results of Second-Order Analysis — Finite Element Method

� ���������

�

�

� ��� ������������

�� ���

�� � ���� �

����� �� � �

����������� �����

��� ��� �����

�����

�� � ��� ���

�� ���� �� ��

�� ��� � ����

���������

�

�

�

�

�

��� �� �����

251

calbert
Rectangle