• Author / Uploaded
• D SRINIVAS

• Categories
• Tornillo
• Columna
• Doblar
• Ingeniería estructural
• Hormigón

Citation preview

2/1/2016

Base Plate Design Metric Units

Evo Design ­ structural design            

 

 

 

CALCULATION SHEET  

 

Project Title:

Base plate calculation interactive online spreadsheet  

  Subject/Feature:  

 

 

 

 

 

 

onlinestructuraldesign.com

 

 

 

SAMPLE CALCULATION

 

Calc. By

 

MN

 

Checked By

Date

 

 

 

 

 

 

 

 

   

   

          per EN 1992‐1‐1, EN 1993‐1‐1 and EN 1993‐1‐8

 

 

 

 

  Output

Base plate size in plan Column base forces

Base plate thickness Max. pressure under baseplate

Materials (steel, concrete, bolts)  

Profile dimensions

 

CN

 

16.04.2014

 

 

 

     

Max. tension in bolts / bolt verification

   

Date

 

 

  0

 

 

   

Rev.

16.04.2014

   

 

 

Input

 

 

Column Base Plate Design ­ Online Calculation Report

Column Base Plate Design ­ Online Calculation Report  

001‐BASEPLATE Project No.

 

 

 

Calculation No.

             

  HEA340

 

 

 

 

   

 

 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h =

304.8

mm

profile height

 

 

 

 

 

 

 

 

b =

304.8

mm    

profile width        

     

     

     

     

     

     

     

     

H =

600

mm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B =

600

mm                   Base plate thickness is determined in the calculation   190 s = mm critical section location

     

     

     

     

     

     

     

   

   (usually in the middle of the flange)        

     

     

     

     

     

     

mm

 

 

 

 

 

 

 

         

                per EN 1993‐1‐8

       

       

         

    Base Plate Dimensions

    Bolt locations on plate 241.3

f = nB =

 

 

 

 

2   number of hold down bolts (bolts in tension)  = 20 mm bolt diameter   (parameters that can not be modified in the demo version) Materials             Steel bolt characteristics           4.6 Bolt class               Bold yield strength fyb =

240

    Partial factor for steel bolts M2 =  

1.25  

   

   

   

   

     

Section 3 Table 3.1

    N/mm2

   

     

     

     

 

 

     

   

   

 

 

Section 2 Table 2.1 partial safety factors recommended by the Eurocode;

   

fyd = fy / M2

 

     

Bolt design strength fyd‐b =

192.0

N/mm2

      Steel base plate characteristics S 235 Steel grade         Steel yield strength   fy =

235

N/mm2

    References:

1.00    

     

per EN 1993‐1‐8

 

 

 

 

Numerical values for safety factors may be defined

       

     

     

     

     

     

in the National Annex

     

     

     

     

     

for thickness under 40mm

     

     

     

     

 

 

215

M0 =

The National Annex may exclude certain bolt classes.

     

   

N/mm2 for thickness between 40mm and 80mm               Partial factor for steel elements (in bending)       fy =

bolt classes recommended by the Eurocode;

     

http://www.onlinestructuraldesign.com/preview/Baseplate_metric/Baseplate_metric.htm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     

 

 

 

 

 

 

     

 

 

 

 

 

 

     

     

Section 6.1 (1) and Note 2B

    per EN 1993‐1‐1

value recommended by the Eurocode; value to be used can be found in the Eurocode National Annex

        1/5

2/1/2016

Base Plate Design Metric Units

Design of Welded Structures ‐ O. W. Blodgett (James F. Lincoln Arc Welding Foundation) EN 1992‐1‐1:2004 ‐ Eurocode 2: Design of concrete structures ‐ Part 1‐1: General rules and rules for buildings EN 1993‐1‐1:2005 ‐ Eurocode 3: Design of steel structures ‐ Part 1‐1: General rules and rules for buildings

     

EN 1993‐1‐8:2005 ‐ Eurocode 3: Design of steel structures ‐ Part 1‐8: Design of joints

 

 

Evo Design ­ structural design

001‐BASEPLATE

CALCULATION SHEET   Project Title:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    Steel modulus of elasticity Es =

210000     Concrete characteristics C12/15 Concrete class

 

 

 

 

 

   

   

   

    per EN 1993‐1‐1

N/mm2  

   

   

     

     

     

Section 3.2.6 (1)

 

 

 

 

 

per EN 1992‐1‐1:2004

       

Section 3 Table 3.1       per EN 1992‐1‐1:2004 Section 2 Table 2.1N

1  cc * fck / c

Aggregates =  

27 GPa for

Ecm =

 

 

 

       

 

           

16.04.2014

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

       

           

           

           

values for Persistent & Transient design situations

 

 

 

Coefficient taking account of long term effects

 

8.00 MPa

         

         

on the compressive strength and of unfavourable

         

       

recommended by the Eurocode; values to be used may be found in the Eurocode National Annexes

      per EN 1992‐1‐1:2004 Section 3.1.6 & Formula 3.15

 

effects resulting from the way the load is applied value may be found in the EC National Annex  

 

 

 

 

 

 

 

           

C12/15  

   

   

per EN 1992‐1‐1:2004 Section 3.1.3 Table 3.1

   

   

   

   

   

Section 3.1.3 (2)

 

Values in Table 3.1 are given for quartzite aggregates

   

 

Values for limestone and sandstone are reduced

 

by 10% and 30% respectively. For basalt aggregates

     

pair of column base forces. Mx and My are not

   

18.9 GPa  for concrete with sandstone aggregates  

 

 

 

CN

concrete class    

18900 N/mm2

Ecm =

 

  sandstone

 

       

=      

                Concrete modulus of elasticity  

       

 

  0

Date

 

 

 

Ckd. By

   

Rev.

16.04.2014

 

1.5  

Ecm =

MN

 

                  Design compressive concrete strength       fcd =

 

Date

 

12 MPa concrete characteristic cylinder strength               Partial factor for concrete for ultimate limit states                  

cc =

Calc. By

 

fck =

c =

 

   

 

SAMPLE CALCULATION

onlinestructuraldesign.com

Column Base Plate Design ­ Online Calculation Report

Subject

 

Project No.

          Base plate calculation interactive online spreadsheet

 

 

Calculation No.

   

 

Column base forces

 

N =

900 kN

M =    

200 kN*m

     

axial force

bending moment                         222.2 mm M/F = 100.00 mm eccentricity > H/6 => Baseplate with large eccentricity

     

     

     

 

 

 

           

the value should be increased by 20%

 

 

    considered simultaneous.                           e =         H/6 =         e                             References:                  Design of Welded Structures ‐ O. W. Blodgett (James F. Lincoln Arc Welding Foundation) EN 1992‐1‐1:2004 ‐ Eurocode 2: Design of concrete structures ‐ Part 1‐1: General rules and rules for buildings EN 1993‐1‐1:2005 ‐ Eurocode 3: Design of steel structures ‐ Part 1‐1: General rules and rules for buildings EN 1993‐1‐8:2005 ‐ Eurocode 3: Design of steel structures ‐ Part 1‐8: Design of joints

http://www.onlinestructuraldesign.com/preview/Baseplate_metric/Baseplate_metric.htm

 

 

 

 

 

 

 

           

           

                         

2/5

2/1/2016

Base Plate Design Metric Units

 

 

Evo Design ­ structural design

001‐BASEPLATE

CALCULATION SHEET   Project Title:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fb, Y, c Three equations, three unknowns: (Axial force in steel hold down bolts, active area under base plate, aximum pressure under base plate)                         1. Forces equilibrium

             

 

Calc. By

 

MN

 

Ckd. By

Date

     

Rev.

16.04.2014

   

 

SAMPLE CALCULATION

onlinestructuraldesign.com

Column Base Plate Design ­ Online Calculation Report

Subject

 

Project No.

          Base plate calculation interactive online spreadsheet

 

 

Calculation No.

0

   

Date

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

             

             

             

             

             

             

             

             

 

CN

16.04.2014

 

Y*c/2 ‐ Fb ‐N = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fb + N = Y*c*B/2

(1)  

   

     

     

     

     

     

     

     

     

 

Fb * f + (Fb + N) * (H/2 ‐ Y/3) ‐ N * e = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

Fb = ‐N * (H/2 ‐ Y/3 ‐e)/(H/2 ‐ Y/3 + f)

 

 

(2a)

 

 

 

 

       

       

(2)      

       

       

       

       

 

 

 

 

 

        2. Bending moment equilibrium

 

N = ‐Fb * (H/2 ‐ Y/3 ‐e)/(H/2 ‐ Y/3 + f)

          3. Representing the elastic behaviour of the concrete support and the steel hold‐down bolt:

 

 

 

a/b =

b/c =

(b / Es) / (c / Ec)

 

 

 

 

 

since

Es =

b / s

 

 

 

modulus of elasticity of steel bolt

 

 

 

Ec =

c / c

 

 

 

modulus of elasticity of concrete

 

 

 

nb =

2

 

 

 

number of steel hold down bolts

 

 

 

Ab =

 

 

b =

Fb / Ab

   

   

n =  

Es / Ec =

         

(N/Ab)/(c*n) = a/b =       From similar triangles a/b = (H/2‐Y+f)/Y      

   

=>  

  =>     From (1), (2) and (3)

  2* *2/4 =

 

N/(Ab*c*n) =

   

628.3 mm2

 

area of steel hold down bolts

 

 

 

 

11.11  

   

   

modular ratio of elasticity, steel to concrete

   

 

N/(Ab*c*n)        

       

(H/2‐Y+f)/Y    

 

 

c =

Fb * Y / (Ab * n *(H/2 ‐ Y + f))

   

   

   

   

 

   

   

    =>      

         

         

         

         

         

 

=>    

   

   

   

   

   

     

     

(3)    

     

     

     

     

   

     

     

     

   

   

   

Y3 + 3 * (e ‐ H/2) * Y2 + [(6 * n * Ab)/B] * (f + e) * Y ‐  [(6 * n * Ab)/B] * (H/2 + f) * (f + e) = 0

   

Y3 + K1 * Y2 + K2 * Y + K3 = 0 where

 

 

K1 =

3 * (e ‐ H/2) =

 

K2 =

[(6 * n * Ab)/B] * (f + e) =

 

K3 =

‐ K2 * (H/2 + f) =

or

 

   

 

 

(Fb * Y2 * B) / [2 * Ab * n *(H/2 ‐ Y + f)]

   

 

 

‐Fb * (H/2 ‐ Y/3 ‐e)/(H/2 ‐ Y/3 + b) + Fb =    

   

 

    Solve for Y:

   

 

   

   

   

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

   

‐233  

 

 

 

 

 

 

32360  

 

 

 

 

 

 

‐17516444  

 

 

 

 

 

 

http://www.onlinestructuraldesign.com/preview/Baseplate_metric/Baseplate_metric.htm

3/5

2/1/2016

Base Plate Design Metric Units

310.5 mm   Y =                             References:               Design of Welded Structures ‐ O. W. Blodgett (James F. Lincoln Arc Welding Foundation) EN 1992‐1‐1:2004 ‐ Eurocode 2: Design of concrete structures ‐ Part 1‐1: General rules and rules for buildings EN 1993‐1‐1:2005 ‐ Eurocode 3: Design of steel structures ‐ Part 1‐1: General rules and rules for buildings

      

     

     

           

EN 1993‐1‐8:2005 ‐ Eurocode 3: Design of steel structures ‐ Part 1‐8: Design of joints

 

 

Evo Design ­ structural design

001‐BASEPLATE

CALCULATION SHEET   Project Title:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

Date

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

per (2a) hold down bolts max. tension (in all bolts)

 

 

 

 

hold down bolt max. tension ‐ in 1 bolt

 

52.88 kN (in

2  bolts ) 84.16 N/mm2


  redesign base plate length and/or width stress under base plate is larger than the concrete compressive capacity       Design of the Base Plate Thickness Critical section location 190 s = mm       Stress at the critical section location c *(Y ­ s) / Y =

      Design critical moment ‐ at critical section

            3.95  

 

 

OK, bolt effective stress is smaller than bolt design stress

 

 

 

 

 

 

 

 

 

per (3)

 

 

 

 

8.00 MPa

     

effective max. pressure under baseplate is compared  with the concrete design compressive strength if the max. pressure is higher than the concrete  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MPa    

     

     

     

   

 

 

 

 

 

 

 

87.85 kN*m

 

 

   

   

 

 

 

 

 

 

 

 

         

           

(4)     per EN 1993‐1‐1 Section 6.2.5 (2) Formula 6.13

82.10 kN*m

 

 

 

   

 

         

(c*Y/2)*(s‐Y/3)*B =

   

MC,Rd = Mpl,rd = (Wpl * fy)/ M0

Bending plastic design resistance                                             Plastic section modulus of rectangular sections    

 

                         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(5)

 

 

 

 

   

   

   

   

   

   

 

 

 

 

 

   

   

   

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

2 from (4) and (5) => [fy * (B*tpl )/4]/ M0 > MEd.plate         MEd.plate = 87.85 kN*m  

 

               

 

 

 

 

           

MEd.plate =

(tpl = base plate thickness)

 

16.04.2014

           

MEd.plate =

B*tpl2/4

CN

           

[(sc*s/2)*(s/3)+(c*s/2)*(s*2/3)]*B =  

 

192.0 N/mm2  

c

 

  0

 

F1.bolt /(*2/4) =

 

Ckd. By

16.04.2014

 

 

Wpl =

MN

 

Rev.

 

26.44 kN

 

 

Date

 

F1.bolt = Fb / 2  =

 

Calc. By

 

 

Fb =

sc =

 

   

 

SAMPLE CALCULATION

onlinestructuraldesign.com

Column Base Plate Design ­ Online Calculation Report

Subject

 

Project No.

          Base plate calculation interactive online spreadsheet

 

 

Calculation No.

Design resistance for bending about one principal axis for class 1 or 2 cross sections

 

 

 

 

 

 

 

 

=> tpl > sqrt[4 * MEd.plate * M0 / (B * fy)]

 

 

 

 

 

 

 

 

=> tpl >

(with fy =

 

 

 

 

 

 

  

 

 

           

52.19 mm

215 N/mm2)

                      References:               Design of Welded Structures ‐ O. W. Blodgett (James F. Lincoln Arc Welding Foundation) EN 1992‐1‐1:2004 ‐ Eurocode 2: Design of concrete structures ‐ Part 1‐1: General rules and rules for buildings EN 1993‐1‐1:2005 ‐ Eurocode 3: Design of steel structures ‐ Part 1‐1: General rules and rules for buildings http://www.onlinestructuraldesign.com/preview/Baseplate_metric/Baseplate_metric.htm

4/5

2/1/2016

Base Plate Design Metric Units

EN 1993‐1‐8:2005 ‐ Eurocode 3: Design of steel structures ‐ Part 1‐8: Design of joints              

http://www.onlinestructuraldesign.com/preview/Baseplate_metric/Baseplate_metric.htm

 

 

 

 

 

   

5/5