civil structural engineering - flat slab design

141
Flat Slab Design

Upload: satish-narayan

Post on 16-Jul-2015

629 views

Category:

Education


7 download

TRANSCRIPT

Page 1: Civil structural engineering -  Flat slab design

Flat Slab Design

Page 2: Civil structural engineering -  Flat slab design

 Resources  used  for  compiling  this  presenta4on    are  acknowledged  

Page 3: Civil structural engineering -  Flat slab design

Flat Slab with drop panels

Flat slab with column head

Flat slab with drop panel and column head

Flat Slab resting directly on columns 1.  What is a flat slab?

31.1 General The term flat slab means a reinforced concrete slab with or without drops, supported generally without beams, by columns with or without flared column heads A flat slab may be solid slab or may have recesses formed on the soffit so that the soffit comprises a series of ribs in two directions. The recesses may be formed by removable or permanent filler blocks.  

Page 4: Civil structural engineering -  Flat slab design

2. Types of flat slab

•  Flat Slab with drop panels

•  Flat slab with column head •  Flat slab with drop panel and column head

•  Flat Slab resting directly on columns

Drop  is  a  local  thickening  of  the  slab  in  the  region  of  column  Structural  Advantages  •  increase  shear  strength  of  slab  •  increase   nega5ve   moment   capacity  of  slab  

•  s5ffen   the   slab   and   hence   reduce  deflec5on  

Column  head  is  a  local  enlargement  of  the   column   at   the   junc5on   with   the  slab  Structural  Advantages  •  increase shear strength of slab

(punching shear) •  reduce the moment in the slab by

reducing the clear or effective span

Page 5: Civil structural engineering -  Flat slab design

A  flat  slab  may  have  recesses  formed  on  the  soffit  so  that  the  soffit  comprises  a  series  of  ribs  in  two  direc5ons  (  waffle  Slabs).    

Page 6: Civil structural engineering -  Flat slab design

Flat   slabs   with   capitals,   drop   panels,   or   both.   These   slabs   are   very   sa4sfactory   for  heavy  loads  and  long  spans.      Although  the   formwork   is  more  expensive   than   for  flat  plates,  flat  slabs  will   require  less   concrete   and   reinforcing   than  would   be   required   for   flat   plates  with   the   same  loads  and  spans.      They   are   par4cularly   economical   for   warehouses,   parking   and   industrial   buildings,  and  similar  structures,  where  exposed  drop  panels  or  capitals  are  acceptable.  

Page 7: Civil structural engineering -  Flat slab design

v Flexibility in room layout •  Introduce partition walls anywhere required •  Change the size of room layout •  Omit false ceiling

v  Saving in building height •  Lower storey height will reduce building weight •  approx. saves 10% in vertical members •  reduce foundation load

v Shorter construction time •  flat plate design will facilitate the use of big table formwork to increase productivity

v Ease of installation of M&E services •  all M & E services can be mounted directly on

the underside of the slab instead of bending them to avoid the beams

•  avoids hacking through beams  

3.  Benefits of flat slab

Page 8: Civil structural engineering -  Flat slab design

The  main  disadvantage  is  their  lack  of  resistance  to  lateral  loads  due  to  wind   and   earthquakes.   Lateral   load   resis4ng   systems   such   as   shear  walls  are  oDen  necessary    When  the  loads  or  spans  or  both  become  quite  large,  the  slab  thickness  and   column   sizes   required   for   flat   plates   or   flat   slabs   are   of   such  magnitude   that   it   is   more   economical   to   use   two-­‐way   slabs   with  beams,  despite  the  higher  formwork  costs.    

Page 9: Civil structural engineering -  Flat slab design

4.  Behaviour of Slab supported on Stiff , Flexible and no beams

Case  Study:    

•  Panel  Size  =  4  m  x  4m  

•  Slab  Thickness  =    125  mm  

•  Load  =  5  kN/m2  

•  S5ff  Supports  (  Bearing  wall)  •  Flexible  Supports  (Beam)  :  300  x  300  ,  300  x  450  ,  300  x  600  ,  300  x  1000  mm  

•  Column  supports  at  corners    

Page 10: Civil structural engineering -  Flat slab design

A.  Two  way  Slab  on  Rigid  Supports  (bearing  Walls)  

Mx  =  3.616  kNm/m   My  =  3.616  kNm/m  

IS  456  Values  (Table  27):  0.062  x  5  x  16  =  4.96  

Slab  Deflec6on  =  1.4  mm    

Page 11: Civil structural engineering -  Flat slab design

B.  Two  way  Slab  on  Flexible    Supports  (Beams  on  all  sides)    1.  Beam  Size  :  300  x300  mm  

Mx  =  4.45  kNm/m   My  =  4.45  kNm/m  

IS  456  Values  (Type  9):  0.056  x  5  x  16  =  4.48  

Mxy  =  0.37  kNm/m  

Beam  Moment  =  12.2  kNm  Beam  Deflec6on  =  1.33  mm   Slab  deflec6on=  2.9  mm  

Page 12: Civil structural engineering -  Flat slab design

2.  Beam  Size  :  300  x450  mm  

Mx  =  3  kNm/m   My  =  3  kNm/m  IS  456  Values  (Type  9):  0.056  x  5  x  16  =  4.48  

Mxy  =  0.73  kNm/m  

Beam  Moment  =  15.6  kNm  Beam  Deflec6on  =  0.5  mm  

Slab  deflec6on=  1.5  mm  

Page 13: Civil structural engineering -  Flat slab design

3.  Beam  Size  :  300  x  600  mm  

Mx  =  2.43  kNm/m   My  =  2.43  kNm/m  

IS  456  Values  (Type  9):  0.056  x  5  x  16  =  4.48  

Mxy  =  0.8  kNm/m  

Beam  Moment  =  17  kNm  Beam  Deflec5on  =  0.24  mm   Slab  Deflec5on  =  0.98  mm  

Page 14: Civil structural engineering -  Flat slab design

4.  Beam  Size  :  300  x  1000  mm  

Mx  =  2  kNm/m   My  =  2  kNm/m  IS  456  Values  (Type  9):  0.056  x  5  x  16  =  4.48  

Mxy  =  0.8  kNm/m  

Beam  Moment  =    18  kNm  

Page 15: Civil structural engineering -  Flat slab design

5.  Beam  Size  :  300  x  125  mm  (Concealed  Beams)  

Mx  =  9.8  kNm/m   My  =  9.8  kNm/m  

IS  456  Values  (Type  9):  0.056  x  5  x  16  =  4.48  

Mxy  =  3  kNm/m  

Beam  Moment  =    2.9  kNm   Slab  Deflec6on  =  7.0  mm  

Page 16: Civil structural engineering -  Flat slab design

B.  Two  way  Slab  on    Point    Supports    at  corners  (Flat  Slab)  

Mx  =  9.075  kNm/m  (Middle)                =12.4  kNm/m  (Edge  Strip)  

Mxy  =  7.76  kNm/m  My  =  9.075  kNm/m  (Middle)                =12.4  kNm/m  (Edge  Strip)  

Slab  Deflec6on  =  8.67  mm  

Page 17: Civil structural engineering -  Flat slab design

Type  of  Support   Mx   My   Mxy   Beam  

Moment  Deflec4on  

Slab   Beam  

Rigid   3.616   3.616   2.6   -­‐   1.4   -­‐  

300  x125  (Concealed  Beams)  

9.84   9.85   3.0   2.88   7.0   4.3  

300  x300   4.45   4.45   0.37   12.2   2.9   1.33  

300  x450   3   3   0.73   15.6   1.5   0.50  

300  x600   2.43   2.43   0.8   17.0   0.98   0.24  

300x1000   2   2   0.8   18.0   0.60   0.05  

Flat  Slab   9.0   9.0   7.76   -­‐   8.676   -­‐  

Results  Summary  

Page 18: Civil structural engineering -  Flat slab design

•  Two way Rectangular Slab supported on stiff beams, the shorter spans (stiffer portion

of the slab) carry larger load and subjected to larger moments. The longer spans

carry less load and subjected to less moment.

•  Results indicate that decrease in supporting beams stiffness leads to an increase in

bending moments of slabs and decrease in bending moment of the beams (behavior that is not captured using code recommendations).

•  If the slab is supported on bearing walls, slab moments are distributed in similar way.

•  If the slab is supported only by the columns, the slab behaves like a two way slab with

an essential difference that all the load is carried in both directions to accumulate it

at the columns.

•  With Concealed beams it is reveled that the behaviour is close to Flat slabs rather than any useful

beam action.  

Observa4ons  

Page 19: Civil structural engineering -  Flat slab design

4.  Structural Behaviour of Flat Slab

Deflected  Shape  

Column  Strip  Column  Strip  

Middle  Strip  

Column  Strip  Middle  Strip  

Page 20: Civil structural engineering -  Flat slab design

A   Zone  of  –ve  BM  (Hogging)  in  both  direc7ons  B   Zone  of  +ve  BM(Sagging)  and  –ve  BM  C   Zone  of  -­‐ve  BM  and  +ve  BM  D   Zone  of  +ve  BM  in  both  direc7ons  

-­‐m4  

-­‐m2  

-­‐m4  

m3  

m1  

m3  

m5  m7  

-­‐m8  

-­‐m4  

-­‐m2  

-­‐m4  

m7  

A   A  

A   A  

C  

C  

B  

B  

D  

Column  Strip  

Middle  Strip  

Column  Strip  

Column  Strip  

Middle  Strip   Column  Strip  

-­‐m6  

-­‐m6  -­‐m8   -­‐m8  

-­‐m8  

5.  Distribution of Total Panel Moment in different zones

Page 21: Civil structural engineering -  Flat slab design

A   Zone  of  –ve  BM  (Hogging)  in  both  direc7ons  B   Zone  of  +ve  BM(Sagging)  and  –ve  BM  C   Zone  of  -­‐ve  BM  and  +ve  BM  D   Zone  of  +ve  BM  in  both  direc7ons  

-­‐m4  

-­‐m2  

-­‐m4  

m3  

m1  

m3  

m5  m7  

-­‐m8  

-­‐m4  

-­‐m2  

-­‐m4  

m7  

A   A  

A   A  

C  

C  

B  

B  

D  

Column  Strip  

Middle  Strip  

Column  Strip  

Column  Strip  

Middle  Strip   Column  Strip  

-­‐m6  

-­‐m6  -­‐m8   -­‐m8  

-­‐m8  

m1  

-­‐m2   -­‐m2  D  C   C  

m3  

-­‐m4   -­‐m4  B  A   A  

m5  

-­‐m6  

-­‐m6  

D  

B  B  

m7  

-­‐m8  

-­‐m8  

C  

A  A  

Page 22: Civil structural engineering -  Flat slab design

6.  Definitions

L2  

L1  

Moment  Direc5on  

MIDDLE  STRIP  COLUMN  STRIP  0.25L2  ≤  0.25L1  

COLUMN  STRIP  0.25L1  ≤  0.25L2  

MIDDLE  STRIP  

COLUMN  STRIP  0.25L1  ≤  0.25L2  

Mom

ent  D

irec5on

 

SPAN  Region  

SPAN  Region:  Bounded  on  all  the  four  sides  by  middle  strips      

Page 23: Civil structural engineering -  Flat slab design

   

7.  General Design Considerations

CL 31.2 Proportioning 31.2.1 Thickness of Flat Slab •  The thickness of the flat slab shall be

generally controlled by considerations of span to effective depth ratios given in 23.2.

•  For slabs with drops conforming to 31.2.2, span to effective depth ratios given in 23.2 shall be applied directly; otherwise the span to effective depth ratios obtained in accordance with provisions in 23.2 shall be multiplied by 0.9. For this purpose, the longer span shall be considered.

•  The minimum thickness of slab shall be 125 mm.

31.2.2 Drop •  The drops when provided shall be

rectangular in plan, and have a length in each direction not less than one- third of the panel length in that direction.

•  For exterior panels, the width of drops at right angles to the non continuous edge and measured from the centre-line of the columns shall be equal to one-half the width of drop for interior panels.

•  Minimum thickness of Drop > ¼ of Slab thickness and > 100 mm  

Page 24: Civil structural engineering -  Flat slab design
Page 25: Civil structural engineering -  Flat slab design

31.2.3 Column Heads Where column heads are provided, that portion of a column head which lies within the largest right circular cone or pyramid that has a vertex angle of 900and can be included entirely within the outlines of the column and the column head, shall be considered for design purposes.  

Page 26: Civil structural engineering -  Flat slab design

8. Determination of Bending Moment CL 31.3

31.3.1. Methods of Analysis and Design

It shall be permissible to design the slab system by one of the following

methods:

a) The direct design method as specified in 31.4, and

b) The equivalent frame method as specified in 31.5.

In each case the applicable limitations given in 31.4 and 31.5 shall be met.  

Page 27: Civil structural engineering -  Flat slab design

9. Direct Design Method CL 31.4 A. Limitations : 31.4.1 Slab system designed by the direct design method shall fulfil the following conditions:

a)  There shall be minimum of three continuous spans in each direction, b)  The panels shall be rectangular, and the ratio of the longer span to the shorter span within

a panel shall not be greater than 2.0 c)  It shall be permissible to offset columns to a maximum of 10percent of the span in the

direction of the offset notwithstanding the provision in (b) d)  The successive span lengths in each direction shall not differ by more than one-third of

the longer span. The end spans may be shorter but not longer than the interior spans, and

e)  The design live load shall not exceed three times the design dead load.

Note: Applicable to gravity loading condition alone (and not to the lateral loading condition)  

Page 28: Civil structural engineering -  Flat slab design

1   2   3  

2  

3  

Lx1   Lx2   Lx3  

Ly1  

Ly2  

Ly3  

≤  0.1Ly2  

≤  0.1Lx1  Lx1  ≤  Lx2  Lx3  ≤  Lx2  

Ly1  ≤  Ly2  Ly3  ≤  Ly2  

Lx1  ≥  2Lx2/3  Lx3  ≥  2Lx2/3  

Ly1  ≥  2Ly2/3  Ly3  ≥  2Ly2/3  

wuL/wuD  ≤  3  

For  any  Panel  Longer  Span/Shorter  Span≤  2  

Page 29: Civil structural engineering -  Flat slab design

B. Total Design Moment for a Span: CL31.4.2

CL  of  Panel  1  

CL  of  Panel  2  

1  

2  

DESIGN  STRIP  

31.4.2.1 In the direct design method, the total design moment for a span shall be determined for a strip bounded laterally by the centre-line of the panel on each side of the centre-line of the supports. 31.4.2.2 The absolute sum of the positive and average negative bending moments in each direction shall be taken as:

1  

2  

M0x  

M0y  

lnx

Page 30: Civil structural engineering -  Flat slab design

wu  kN/m  

L1  

L2  Ln  Ln  (L1)  

(L2)  Note:    1.  It  is  the  same  as  the  total  moment  that  occurs  in  a  

simply  supported  slab  

2.  The  moment  that  actually  occurs  in  such  a  slab  has  been  shown  by  experience  and  tests  to  be  somewhat  less  than  the  value  determined  by  the  Mo  expression.  For  this  reason,  l1  is  replaced  with  ln

Page 31: Civil structural engineering -  Flat slab design

•  It  is  next  necessary  to  know  what  propor4ons  of  these  total  moments  are  posi4ve  and  what  propor4ons  are  nega4ve.    

10. Distribution of Total Panel Moment M0

•  If   a   slab   was   completely   fixed   at   the   end   of   each  panel,   the   division  would   be   as   it   is   in   a   fixed-­‐end  beam,   two-­‐thirds   nega4ve   and   one-­‐third   posi4ve,  as  shown  in  Figure.    

 •  This   division   is   reasonably   accurate   for   interior  

panels   where   the   slab   is   con4nuous   for   several  spans  in  each  direc4on  with  equal  span  lengths  and  loads.    

Interior  Panel  

Page 32: Civil structural engineering -  Flat slab design

•  The  rela4ve  s4ffnesses  of  the  columns  and  slabs  of  exterior  panels  are  of  far  greater  significance   in  their  effect  on  the  moments  than   is   the  case  for  interior  panels.    

•  The   magnitudes   of   the   moments   are   very   sensi4ve   to   the   amount   of  torsional  restraint  supplied  at  the  discon4nuous  edges.    

•  This  restraint  is  provided  both  by  the  flexural  s4ffness  of  the  slab  and  by  the  flexural  s4ffness  of  the  exterior  column.    

 

Exterior  Panel  

Page 33: Civil structural engineering -  Flat slab design

Code Recommendations

Page 34: Civil structural engineering -  Flat slab design
Page 35: Civil structural engineering -  Flat slab design
Page 36: Civil structural engineering -  Flat slab design

Distribution of Bending Moments across panel width Code Recommendations

Page 37: Civil structural engineering -  Flat slab design
Page 38: Civil structural engineering -  Flat slab design
Page 39: Civil structural engineering -  Flat slab design
Page 40: Civil structural engineering -  Flat slab design

11. Rebar Detailing - Code Recommendations

Page 41: Civil structural engineering -  Flat slab design
Page 42: Civil structural engineering -  Flat slab design

Bent   bars   are     also   used.  There   seems   to   be   a   trend  among   designers   to   use  straight   bars   more   than  bent  bars.  

ELEVATION  

Page 43: Civil structural engineering -  Flat slab design

Rebar Detailing - Code Recommendations

e  e   e   e   e  

b   b   b   b  b  

Ln  greater  of  adjacent  clear  spans  CL  31.7.3  (b)  

Page 44: Civil structural engineering -  Flat slab design

Sec6on  through  Middle  Strip  

Page 45: Civil structural engineering -  Flat slab design
Page 46: Civil structural engineering -  Flat slab design

12. Two way Shear in Flat Slab

•  Flat  plates  present  a  possible  problem  in  transferring  the  shear  at  the  perimeter  of  the  columns.  

•  There   is   a   danger   that   the   columns  may   punch   through  the  slabs.  

•  As  a   result,   it   is   frequently  necessary   to   increase  column  sizes   or   slab   thicknesses   or   to   use   shear   heads.   Shear  heads   consist   of   steel   I   or   channel   shapes   placed   in   the  slab  over  the  columns  

Page 47: Civil structural engineering -  Flat slab design

Note:  Flat  Slab  with  drop  panel  and  capital,  shear  is  required  to  be  checked  at  two  sec4ons  1.  at  a  distance  d/2  from  the  face  of  column  capital  2.  at  a  distance  d/2  from  the  face  of  drop  panel  

Page 48: Civil structural engineering -  Flat slab design
Page 49: Civil structural engineering -  Flat slab design
Page 50: Civil structural engineering -  Flat slab design

Design  Example  #1  

Design   by   DDM   flat   plate   supported   on  columns  450  mm  square,  for    a  Live  Load  =   3   kN/m2,   Floor   Finish   =     1   kN/m2   use  M20  and  Fe415.  Assume  clear  cover  =  20  mm.   Effec6ve   Column   Height   =   3.35m.  Bay  spacing  in  X  and  Y  direc6on  =  5m  c/c    •  Interior  Panel  P5  •  Corner  Panel  P7  

3  bays  @  5  m  c/c  

Page 51: Civil structural engineering -  Flat slab design

A.  Interior  Panel  Design  

5  m  

5  m  2.5m    

2.5  m  A A

A A

B

B

CCD

Zone  A  –  Corner  Strip  

Zone  B  –  Middle  Strip  along  X  

Zone  C  –  Middle  Strip  along  Y  

Zone  D  –  Interior  Region      Step 1: Panel Division into Strips  31.1.1(a)    

Moment  direc6on  Along  

L1   L2  Width  of  Column  Strip  on  either  side  of  Centre  Line  =  0.25L2   and        ≤  0.25  L1  

Middle  Strip  

X   5   5   1.25  and  ≤1.25  m  Adopt  1.25  m   2.5m  

Y   5   5   1.25  and  ≤1.25  m  Adopt  1.25  m   2.5m  

Page 52: Civil structural engineering -  Flat slab design

Step 2: Trial Depth CL 31.2.1    

•  L/d  =  26  •  Modifica5on  Factor  =  1.33,  Assuming  pt  =  0.4%,  FIG  4  IS  456  •  d  =  5000/(26  x  1.33)  =      145  mm  >  125          CL  31.2.1  •  DS=  145  +  20  +  18  =  183  mm  (  assume  #12  bars,  and  bars  in  two  layers)  •  Provide  Ds=  200  mm  d  =  200-­‐20-­‐18  =  162  mm    

Page 53: Civil structural engineering -  Flat slab design

Step 3 Design Loads / m width of Slab

•  wuD = 1.5(25x 0.2 + 1) = 9kN/m •  wuL = 1.5 x 3 = 4.5kN/m •  wu = 13.5 kN/m

Step 4: Check for Applicability of DDM: CL 31.4.1

•  No.  of  Con5nuous  Spans  in  each  direc5on  =  3  ;  OK          31.4.1(a)    •  Long  Span/Short  Span    =  5/5  =  1  <2  ;  OK                                                                                                                              31.4.1(b)    •  Successive  spans  in  each  direc5on  =  Equal;  OK          31.4.1(d)    •  wuL/wuD     =  4.5/9  =  0.5  <  3  ;  OK              31.4.1(e)    

Page 54: Civil structural engineering -  Flat slab design

Step 5: Check for punching shear around Column

Assumed  d  =  162  mm  Sec4on  1:  •  Cri5cal  Sec5on  at  d/2  around  the  column    •  Perimeter  of  Cri5cal  Sec5on  =    4  x  0.612=  2.448  m    •  Design  Shear  at  cri5cal  sec5on  Vu  •  Vu  =  13.5  (  52  –  0.6122)  =  333kN  •  τc  =  0.25√fck  =  1.12  MPa  •  ks  =  0.5  +1  =  1.5    <=1  ;  ks=1  ;  ks  τc  =  1.12  •  Shear  Resistance  of  Concrete  =  1.12  x  2448  x  162  =  444kN  >  333  kN    OK  

Cri4cal  Sec4on  

0.612m  

0.612m  

5m  

5m  

Contributory  Area  

Page 55: Civil structural engineering -  Flat slab design

Step 6:Design Moments CL 31.4.2.2

Parameters   Along  X   Along  Y  L1  (Span  in  direc4on  of  Mo)   5   5   m  0.65L1     3.25   3.25   m  Ln  (clear  span  extending  from  face  to  face  of  columns,  capitals)  

(5-­‐0.45)  =  4.55   4.55   m  

Ln  >  0.65L1   4.55   4.55   m  L2  (Span  transverse  to  L1)   5   5   m  W  =  wu  L2Ln   307.2   307.2   kN  M0    =  W  Ln  /  8     174.72   174.72   kNm  

wu = 13.5 kN /m

Page 56: Civil structural engineering -  Flat slab design

Step 7 : Distribution of Bending Moment across panel width ; CL: 31.4.3.2, 31.5.5

Moment  Direc5on  along   X   Y  Nega4ve    Design  Moment  

 MN  =  -­‐  0.65*M0  113.6   113.6   kNm    31.4.3.2  

•  Column  Strip  M1  =    0.75MN     85.2   85.2   kNm   31.5.5.1  Width  of  Column  Strip  resis4ng  M1  (Csw)    2x1.25  =2.5   2x1.25  =2.5   m  

•  -­‐m1  =  M1/  Csw    (Zone  A)   34.1   34.1   kNm/m  

•  Middle  Strip  M2  =  0.25MN   28.4   28.4   kNm    31.5.5.4(a)  

Width  of  Middle  Strip  resis4ng  M2  (Msw)   2.5   2.5   m  

•  -­‐m2  =    M2/Msw    (Zone  B  &  C)   11.4   11.4   kNm/m  

Page 57: Civil structural engineering -  Flat slab design

Posi5ve  Design  Moment    MP  =  0.35*M0  

61.2   61.2   kNm    31.4.3.2  

•  Column  Strip  M1  =  0.6MP     36.7   36.7   kNm    31.5.5.3  

•  +m1  =  M1/  Csw    (Zone  B  &C)  

14.7   14.7   kNm/m  

•  Mid  Span  M2  =  0.4MP   24.5   24.5   kNm    31.5.5.4(a)  

•  +m2  =    M2/Msw  (Zone  D)   9.8   9.8   kNm/m  

-­‐ve  sign  :  Hogging  Moment  (tension  at  top)  +ve  sign  :  Sagging  Moment  (tension  at  borom)  

-­‐34.1  

-­‐11.4  

-­‐34.1  

14.7  

9.8  

14.7  

-­‐34.1   -­‐11.4   -­‐34.1  

9.8  14.7  

-­‐11.4  -­‐34.1   -­‐34.1  

-­‐34.1  

-­‐11.4  

-­‐34.1  

14.7  

A B A

DC C

AAB

Step 8 : Check for adequacy of Depth •  Max  Design  Bending  moment  =  34.1  kNm/m  •  Mu,lim    =  72.41    kNm/m  >  34.1,  •   Depth  is  adequate    G-­‐1.1(c)    

Page 58: Civil structural engineering -  Flat slab design

Loca6on   Moment  (kNm/m)  

Ast    (mm2/m)  

Ast    (prov)   Bar    dia  

Spacing  mm  

Along  X  Zone  A   (-­‐)  34.1   635   635   10   120  -­‐  T    Zone  B   14.7   260   260   8   190  -­‐  B  Zone  C   (-­‐)11.4   200   240   8    200  -­‐  T  Zone  D   9.8   171   240   8   200  -­‐  B  

Along  Y  Zone  A   (-­‐)34.1   635   635   10   120  -­‐  T  Zone  B   (-­‐)11.4   200   240   8    200  -­‐  T  Zone  C   14.7   260   260   8   190  -­‐  B  Zone  D   9.8   171   240   8   200  -­‐  B  

•  7.5  Ast2  –  58490Ast  +  Mu  =  0                                  G-­‐1.1(b)    

Step 9 :Rebar Details •  Ast,min    =  0.12  x  200  x  1000  /100  =  240  mm2/m            26.5.2.1  •  Minimum  Effec5ve  Depth    of  Slab  =  162  mm    

Page 59: Civil structural engineering -  Flat slab design

#8@190  

#8@200  

#8@190  

#8@200  #8@190   #8@190  

0.15Ln  

0.15Ln   0.125Ln  

0.125Ln  

Borom  Rebar  Details  in  Interior  Panel    

A   B   A  

A   B   A  

C   D   C  

Page 60: Civil structural engineering -  Flat slab design

TOP  Rebar  Details  in  Interior  Panel    

#10@120  

#10@

120  

#8@200  

#8@200  #8@200  

0.3Ln  

0.2Ln  

0.3Ln  0.2Ln  

Note:  Distances  for  curtailment  of  rebars  are  measured  from  column  face  

A   B   A  

C   D   C  

Page 61: Civil structural engineering -  Flat slab design

B.  Corner  Panel  Design  

Step 5: Check for punching shear around Column

Assumed  d  =  162  mm    Sec4on  1:  •  Cri5cal  Sec5on  at  d/2  around  the  column    •  Perimeter  of  Cri5cal  Sec5on  =    2  x  0.531=  1.062  m    •  Design  Shear  at  cri5cal  sec5on  Vu  •  Vu  =  13.5  (  2.52  –  0.5312)  =  81kN  •  τc  =  0.25√fck  =  1.12  MPa  •  ks  =  0.5  +1  =  1.5    <=1  ;  ks=1  ;  ks  τc  =  1.12  •  Shear  Resistance  of  Concrete  =  1.12  x  1062  x  162  =  

192kN  >  81  kN    OK  

450  

162/2  =  81  mm  

Page 62: Civil structural engineering -  Flat slab design

Step 7 : Distribution of Bending Moment across panel width ; CL 31.4.3.3 , 31.5.5

𝛼↓𝑐 = ∑↑▒𝑘↓𝑐  /𝑘↓𝑠    

Assume  Columns  and  Slab  panels  are  with  same  modulus  of  elas5city  

5  m  

5  m  

1.25m    

1.25m  A A

A A

B

B

CCD

Step 6:Design Moments CL 31.4.2.2

M0 = 174.72 kNm

Page 63: Civil structural engineering -  Flat slab design

Parameters   Along  X   Along  Y  Sum   o f   co l umn  s4ffness   above   and  below  the  slab    2  (4EcIc)/Lc  

 (2  x  4  x  Ec  x  450  x  4503/12)  /3350  =    8.16  Ec  x  106          

 

Slab  s4ffness    ks  =  4EsIs/Ls    

 (4  Es  x  5000  x  2003/12)/5000    =  2.67Es  x  106        

2.67Es  x  106    

αc  =  ∑kc  /ks   3.06   3.06  

β  =    1+  (1/αc)   1.33   1.33  

Page 64: Civil structural engineering -  Flat slab design

Moment  Direc5on  along   X   Y  Nega4ve    Design  Moment  

 MN  =  -­‐  0.65*M0/β  85.4   85.4   kNm    31.4.3.3  

•  Column  Strip  M1  =    MN     85.4   85.4   kNm   31.55.2(a)  

Width  of  Column  Strip  Csw  resis4ng  M1   2x1.25  =  2.5   2.5   m  

-­‐m1  =  M1/Csw   34.2   34.2   kNm/m  

•  Middle  Strip  M2=0   0   0   kNm    31.5.5.4(a)  

-­‐m2  =    0   0   0   kNm/m  

A.  Exterior  nega4ve  design  moment:  -­‐m1  

-­‐m1  

-­‐m1  

-­‐m1  

Exterior  

Exterior  

Interior  

Interior  1.25  

1.25  

-­‐m2  

-­‐m2  

X  

Y  

Page 65: Civil structural engineering -  Flat slab design

Moment  Direc5on  along   X   Y  Nega4ve    Design  Moment  

 MN  =  -­‐  (0.75  –  0.1/β)Mo  118   118   kNm    31.4.3.3  

•  Column  Strip  M1  =  0.75  MN     88.5   88.5   kNm   31.5.5.1  

Width  of  Column  Strip  Csw  resis4ng  M1    2x1.25  =2.5   2.5   m  

•  -­‐m1  =  M1/  Csw   -­‐35.4   -­‐35.4   kNm/m  

•  Middle  Strip  M2  =  0.25  MN     22.12   22.12   kNm    31.5.5.4(a)  

Width  of  Middle  Strip  Msw  resis4ng  M2   2.5   2.5   m  

•  -­‐m2  =    M2/Msw   -­‐8.85   -­‐8.85   kNm/m  

B.  Interior  nega4ve  design  moment:  

-­‐  m1  

-­‐  m1  

-­‐  m2  

m1  -­‐m1   -­‐m1  -­‐m2  

X  

Y  

Exterior  

Exterior  

Interior  

Interior  

Page 66: Civil structural engineering -  Flat slab design

Moment  Direc5on  along   X   Y  Design  Moment  

 MP  =    (0.63  –  0.28/β)Mo  73.29   73.29   kNm    31.4.3.3  

•  Column  Strip  M1  =  0.6  MP     43.98   43.98   kNm   31.5.5.3  

Width  of  Column  Strip  Csw  resis4ng  M1    2x1.25  =2.5   2.5   m  

•  m1  =  M1/  Csw   17.6   17.6   kNm/m  

•  Middle  Strip  M2  =  0.4  MP     29.32   29.32   kNm    31.5.5.4(a)  

Width  of  Middle  Strip  Msw  resis4ng  M2   2.5   2.5   m  

•  m2  =    M2/Msw   11.73   11.73   kNm/m  

C.  Posi4ve  Moment  in  Mid  Span:  

m1  

m1  

m1  

m1  

m1  

m1  

m2  X  

Y  

Exterior  

Exterior  

Interior  

Interior  

m2  

Page 67: Civil structural engineering -  Flat slab design

-­‐ve  sign  :  Hogging  Moment  (tension  at  top)  +ve  sign  :  Sagging  Moment  (tension  at  borom)  

17.6  

11.73  

17.6  

-­‐8.85   -­‐35.4  

11.73  17.6   17.6  

A B A

DC C

AAB

-­‐35.4  

-­‐35.4  

-­‐8.85  

-­‐35.4  

-­‐34.2  

-­‐34.2  

0  

-­‐34.2   -­‐34.2  -­‐0  

Exterior  

Exterior  

Interior  

Interior  

Step 7 : Check for adequacy of Depth •  Max  Design  Bending  moment  =  35.4  kNm/m  •  Mu,lim    =  72.41  kNm/m  >  35.4,  Depth  is  adequate    G-­‐1.1(c)    

Page 68: Civil structural engineering -  Flat slab design

Strip  Loca6on   Moment  (kNm/m)  

Ast    (mm2/m)  

Ast    (prov)   Bar    dia  

Spacing  mm  

Along  X  Zone  A(Exterior)   (-­‐)34.2   637   637   10   120(T)    Zone  A(Interior)   (-­‐)35.4   662   662   10   115(T)  Zone  B   17.6   314   314   8   160(B)  Zone  C(Interior)   (-­‐)8.85   155   240   8   200(T)  Zone  D   11.73   206   240   8   200(B)  

Along  Y  Zone  A  (Exterior)   (-­‐)34.2   637   637   10   120(T)  Zone  A(Interior)   (-­‐)35.4   662   662   10   115(T)  Zone  B  (Interior)   (-­‐)8.85   155   240   8   200(T)  Zone  C   17.6   314   314   8   160(B)  Zone  D   11.73   206   240   8   200(B)  

Step 8 :Rebar Details •  Ast,min    =  0.12  x  200  x  1000  /100  =  240  mm2/m            26.5.2.1  

7.5  Ast2  –  58490Ast  +  Mu  =  0      

Page 69: Civil structural engineering -  Flat slab design

17.6  

11.73  

17.6  

11.73  17.6   17.6  

A   B   A  

D  C  C  

A   A  B  

Exterior  

Exterior  

Interior  

Interior  

Page 70: Civil structural engineering -  Flat slab design

-­‐8.85   -­‐35.4  

A B A

DC C

AAB

-­‐35.4  

-­‐35.4  

-­‐8.85  

-­‐35.4  

-­‐34.2  

-­‐34.2  

0  

-­‐34.2   -­‐34.2  -­‐0  Exterior  

Exterior  

Interior  

Interior  #8@200  

#10@

120  

#10@

115  

#10@120   #10@120  

#8@200  

#8@200  #10@115  

#10@

115  

#8@200  

TOP  Rebar  details  in  Corner  Panel  

Page 71: Civil structural engineering -  Flat slab design

Design  Example  #2  

Design   by   DDM   flat   plate   supported   on  columns  500  mm  square,  for    a  Live  Load  =   4   kN/m2,   Floor   Finish   =     1   kN/m2   use  M25  and  Fe415.  Floor  slab   is  exposed  to  moderate  environment.  Column  Height  =  3.5m   (c/c).   Bay   spacing   in   X   and   Y  direc6on   =   5.5m   c/c.   Assume   that  building  is  not  restrained  against  sway      •  Interior  Panel  P5  •  Corner  Panel  P7  

3  bays  @  5.5  m  c/c  

Page 72: Civil structural engineering -  Flat slab design

A.  Interior  Panel  Design  

5.5  m  

5.5  m  2.75m    

2.75  m  A A

A A

B

B

CCD

Zone  A  –  Corner  Strip  

Zone  B  –  Middle  Strip  along  X  

Zone  C  –  Middle  Strip  along  Y  

Zone  D  –  Interior  Region      Step 1: Panel Division into Strips  31.1.1(a)    

Moment  direc6on  Along  

L1   L2  Width  of  Column  Strip  on  either  side  of  Centre  Line  =  0.25L2   and        ≤  0.25  L1  

Middle  Strip  

X   5   5   1.375  and  ≤1.375  m  Adopt  1.375  m   2.75m  

Y   5   5   1.375  and  ≤1.375  m  Adopt  1.375  m   2.75m  

Page 73: Civil structural engineering -  Flat slab design

Step 2: Trial Depth CL 31.2.1    

•  L/d  =  26  •  Modifica5on  Factor  =  1.33,  Assuming  pt  =  0.4%,  FIG  4  IS  456  •  d  =  5500/(26  x  1.33)  =      160  mm  >  125          CL  31.2.1  •  DS=  160  +  30  +  18  =  208  mm  (  assume  #12  bars,  and  bars  in  two  layers)  •  Provide  Ds=  225  mm  d  =  225-­‐30-­‐18  =  177  mm    

Page 74: Civil structural engineering -  Flat slab design

Step 3 Design Loads / m width of Slab

•  wuD = 1.5(25x 0.225 + 1) = 9.94kN/m •  wuL = 1.5 x 4 = 6kN/m •  wu = 15.94 ≈ 16 kN/m

Step 4: Check for Applicability of DDM: CL 31.4.1

•  No.  of  Con5nuous  Spans  in  each  direc5on  =  3  ;  OK          31.4.1(a)    •  Long  Span/Short  Span    =  5.5/5.5  =  1  <2  ;  OK                                                                                                                    31.4.1(b)    •  Successive  spans  in  each  direc5on  =  Equal;  OK          31.4.1(d)    •  wuL/wuD     =  6/9.94  =  0.6  <  3  ;  OK              31.4.1(e)    

Page 75: Civil structural engineering -  Flat slab design

Step 5: Check for punching shear around Column

Assumed  d  =  177  mm  Sec4on  1:  •  Cri5cal  Sec5on  at  d/2  around  the  column    •  Perimeter  of  Cri5cal  Sec5on  =    4  x  0.677=  2.708  m    •  Vu  =  16  (  5.52  –  0.6772)  =  477kN  •  τc  =  0.25√fck  =  1.25  MPa  •  ks  =  0.5  +1  =  1.5    <=1  ;  ks=1  ;  ks  τc  =  1.25  •  Shear  Resistance  of  Concrete  =  1.25  x  2708  x  177  =  599kN  >  477  kN    OK  

Cri4cal  Sec4on  

0.677m  

0.677m  

5.5m  

5.5m  

Contributory  Area  

Page 76: Civil structural engineering -  Flat slab design

Step 6:Design Moments CL 31.4.2.2

Parameters   Along  X   Along  Y  L1  (Span  in  direc4on  of  Mo)   5.5   5.5   m  0.65L1     3.575   3.575   m  Ln  (clear  span  extending  from  face  to  face  of  columns,  capitals)  

(5.5-­‐0.5)  =  5   5   m  

Ln  >  0.65L1   5   5   m  L2  (Span  transverse  to  L1)   5.5   5.5   m  W  =  wu  L2Ln   440   440   kN  M0    =  W  Ln  /  8     275   275   kNm  

wu = 16 kN /m

Page 77: Civil structural engineering -  Flat slab design

Step 7 : Distribution of Bending Moment across panel width ; CL: 31.4.3.2, 31.5.5

Moment  Direc5on  along   X   Y  Nega4ve    Design  Moment  

 MN  =  -­‐  0.65*M0  179   179   kNm    31.4.3.2  

•  Column  Strip  M1  =    0.75MN     134.3   134.3   kNm   31.5.5.1  Width  of  Column  Strip  resis4ng  M1  (Csw)   2.75   2.75   m  

•  -­‐m1  =  M1/  Csw    (Zone  A)   48.8   48.8   kNm/m  

•  Middle  Strip  M2  =  0.25MN   44.8   44.8   kNm    31.5.5.4(a)  

Width  of  Middle  Strip  resis4ng  M2  (Msw)   2.75   2.75   m  

•  -­‐m2  =    M2/Msw    (Zone  B  &  C)   16.3   16.3   kNm/m  

Page 78: Civil structural engineering -  Flat slab design

Posi5ve  Design  Moment    MP  =  0.35*M0  

96.3   96.3   kNm    31.4.3.2  

•  Column  Strip  M1  =  0.6MP     57.8   57.8   kNm    31.5.5.3  

•  +m1  =  M1/  Csw    (Zone  B  &C)  

21   21   kNm/m  

•  Mid  Span  M2  =  0.4MP   38.5   38.5   kNm    31.5.5.4(a)  

•  +m2  =    M2/Msw  (Zone  D)   14   14   kNm/m  

-­‐ve  sign  :  Hogging  Moment  (tension  at  top)  +ve  sign  :  Sagging  Moment  (tension  at  borom)  

-­‐48.8  

-­‐16.3  

-­‐48.8  

21  

14  

21  

-­‐48.8   -­‐16.3   -­‐48.8  

14  21  

-­‐16.3  -­‐48.8   -­‐48.8  

-­‐48.8  

-­‐16.3  

-­‐48.8  

21  

A B A

DC C

AAB

Step 8 : Check for adequacy of Depth •  Max  Design  Bending  moment  =  48.8  kNm/m  •  Mu,lim    =  108    kNm/m  >  48.8  •   Depth  is  adequate    G-­‐1.1(c)    

Page 79: Civil structural engineering -  Flat slab design

Loca6on   Moment  (kNm/m)  

Ast    (mm2/m)  

Ast    (prov)   Bar    dia  

Spacing  mm  

Along  X  Zone  A   (-­‐)  48.8   828   828   10   90  -­‐  T    Zone  B   21   340   340   8   145  -­‐  B  Zone  C   (-­‐)16.3   262   270   8    180  -­‐  T  Zone  D   14   224   270   8   180  -­‐  B  

Along  Y  Zone  A   (-­‐)  48.8   828   828   10   90  -­‐  T  Zone  B   -­‐16.3   262   270   8    180  -­‐  T  Zone  C   21   340   340   8   145  -­‐  B  Zone  D   14   224   270   8   180  -­‐  B  

•  6  Ast2  –  63906Ast  +  Mu  =  0                                  G-­‐1.1(b)    

Step 9 :Rebar Details •  Ast,min    =  0.12  x  225  x  1000  /100  =  270  mm2/m            26.5.2.1  •  Minimum  Effec5ve  Depth    of  Slab  =  177  mm    

Page 80: Civil structural engineering -  Flat slab design

#8@145  

#8@180  

#8@145  

#8@180  #8@145   #8@145  

0.15Ln  

0.15Ln   0.125Ln  

0.125Ln  

Borom  Rebar  Details  in  Interior  Panel    

A   B   A  

A   B   A  

C   D   C  

Page 81: Civil structural engineering -  Flat slab design

TOP  Rebar  Details  in  Interior  Panel    

#10@90  

#10@

90  

#8@180  

#8@200  #8@180  

0.3Ln  

0.2Ln  

0.3Ln  0.2Ln  

Note:  Distances  for  curtailment  of  rebars  are  measured  from  column  face  

A   B   A  

C   D   C  

Page 82: Civil structural engineering -  Flat slab design

B.  Corner  Panel  Design  

Step 5: Check for punching shear around Column

Assumed  d  =  177  mm    Sec4on  1:  •  Cri5cal  Sec5on  at  d/2  around  the  column    •  Perimeter  of  Cri5cal  Sec5on  =    2  x  0.5885=  1.177  m    •  Vu  =  16  (  2.752  –  0.58852)  =  115.5kN  •  τc  =  0.25√fck  =  1.25  MPa  •  ks  =  0.5  +1  =  1.5    <=1  ;  ks=1  ;  ks  τc  =  1.25  •  Shear  Resistance  of  Concrete  =  1.25  x  1177  x  177  =  

260kN  >  115.5  kN    OK  

500  

177/2  =  88.5  mm  

2.75m  

2.75m  

Page 83: Civil structural engineering -  Flat slab design

Step 7 : Distribution of Bending Moment across panel width ; CL 31.4.3.3 , 31.5.5

𝛼↓𝑐 = ∑↑▒𝑘↓𝑐  /𝑘↓𝑠    

Assume  Columns  and  Slab  panels  are  with  same  modulus  of  elas5city  

5  m  

5  m  

1.25m    

1.25m  A A

A A

B

B

CCD

Step 6:Design Moments CL 31.4.2.2

M0 = 275 kNm

Page 84: Civil structural engineering -  Flat slab design

Parameters   Along  X   Along  Y  Sum   o f   co l umn  s4ffness   above   and  below  the  slab    2  (4EcIc)/Lc  

Leff  =  1.2  Lc  (CL  E1)  Lc  =  3.5-­‐0.225  =  3.275  

(2  x  4  x  Ec  x  500  x  5003/12)  /1.2*3275  =    10.6  Ec  x  106            

Slab  s4ffness    ks  =  4EsIs/Ls    

 (4  Es  x  5500  x  2253/12)/5500    =  2.67Es  x  106        

3.8Es  x  106    

αc  =  ∑kc  /ks   2.8   2.8  

αc  min  (Table  17)   (0.7/0.5)*0.1  =0.14  <  αc.  Adopt  αc  =  2.8  

β  =    1+  (1/αc)   1.36   1.36  

Page 85: Civil structural engineering -  Flat slab design

Moment  Direc5on  along   X   Y  Nega4ve    Design  Moment  

 MN  =  -­‐  0.65*M0/β  131.4   131.4   kNm    31.4.3.3  

•  Column  Strip  M1  =    MN     131.4   131.4   kNm   31.55.2(a)  

Width  of  Column  Strip  Csw  resis4ng  M1   2.75   2.75   m  

-­‐m1  =  M1/Csw   47.8   47.8   kNm/m  

•  Middle  Strip  M2=0   0   0   kNm    31.5.5.4(a)  

-­‐m2  =    0   0   0   kNm/m  

A.  Exterior  nega4ve  design  moment:  -­‐m1  

-­‐m1  

-­‐m1  

-­‐m1  

Exterior  

Exterior  

Interior  

Interior  1.25  

1.25  

-­‐m2  

-­‐m2  

X  

Y  

M0 = 275 kNm

Page 86: Civil structural engineering -  Flat slab design

Moment  Direc5on  along   X   Y  Nega4ve    Design  Moment  

 MN  =  -­‐  (0.75  –  0.1/β)Mo  186   186   kNm    31.4.3.3  

•  Column  Strip  M1  =  0.75  MN     139.5   139.5   kNm   31.5.5.1  

Width  of  Column  Strip  Csw  resis4ng  M1    2.75   2.75   m  

•  -­‐m1  =  M1/  Csw   50.73   50.73   kNm/m  

•  Middle  Strip  M2  =  0.25  MN     46.5   46.5   kNm    31.5.5.4(a)  

Width  of  Middle  Strip  Msw  resis4ng  M2   2.75   2.75   m  

•  -­‐m2  =    M2/Msw   17   17   kNm/m  

B.  Interior  nega4ve  design  moment:  

-­‐  m1  

-­‐  m1  

-­‐  m2  

m1  -­‐m1   -­‐m1  -­‐m2  

X  

Y  

Exterior  

Exterior  

Interior  

Interior  

Page 87: Civil structural engineering -  Flat slab design

Moment  Direc5on  along   X   Y  Design  Moment  

 MP  =    (0.63  –  0.28/β)Mo  116.6   116.6   kNm    31.4.3.3  

•  Column  Strip  M1  =  0.6  MP     70   70   kNm   31.5.5.3  

Width  of  Column  Strip  Csw  resis4ng  M1   2.75   2.75   m  

•  m1  =  M1/  Csw   25.5   25.5   kNm/m  

•  Middle  Strip  M2  =  0.4  MP     46.7   46.7   kNm    31.5.5.4(a)  

Width  of  Middle  Strip  Msw  resis4ng  M2   2.75   2.75   m  

•  m2  =    M2/Msw   17   17   kNm/m  

C.  Posi4ve  Moment  in  Mid  Span:  

m1  

m1  

m1  

m1  

m1  

m1  

m2  X  

Y  

Exterior  

Exterior  

Interior  

Interior  

m2  

Page 88: Civil structural engineering -  Flat slab design

-­‐ve  sign  :  Hogging  Moment  (tension  at  top)  +ve  sign  :  Sagging  Moment  (tension  at  borom)  

25.5  

17  

25.5  

-­‐17   -­‐50.73  

17  25.5   25.5  

A B A

DC C

AAB

-­‐50.73  

-­‐50.73  

-­‐17  

-­‐50.73  

-­‐47.8  

-­‐47.8  

0  

-­‐47.8   -­‐47.8  -­‐0  

Exterior  

Exterior  

Interior  

Interior  

Step 7 : Check for adequacy of Depth •  Max  Design  Bending  moment  =  50.73  kNm/m  •  Mu,lim    =  108  kNm/m  >  50.73,  Depth  is  adequate    G-­‐1.1(c)    

Page 89: Civil structural engineering -  Flat slab design

Strip  Loca6on   Moment  (kNm/m)  

Ast    (mm2/m)  

Ast    (prov)   Bar    dia  

Spacing  mm  

Along  X  Zone  A(Exterior)   (-­‐)47.8   810   810   10   90(T)    Zone  A(Interior)   (-­‐)50.73   864   864   10   90(T)  Zone  B   25.5   415   415   10   180(B)  Zone  C(Interior)   (-­‐)17   273   273   8   180(T)  Zone  D   17   273   273   8   180(B)  

Along  Y  Zone  A  (Exterior)   (-­‐)47.8   810   810   10   90(T)  Zone  A(Interior)   (-­‐)50.73   864   864   10   90(T)  Zone  B  (Interior)   (-­‐)17   273   273   8   180(T)  Zone  C   25.5   415   415   10   180(B)  Zone  D   17   273   273   8   180(B)  

Step 8 :Rebar Details •  Ast,min    =  0.12  x  225  x  1000  /100  =  270  mm2/m            26.5.2.1  

6  Ast2  –  63906Ast  +  Mu  =  0  

Page 90: Civil structural engineering -  Flat slab design

7.2m   7.2m   7.2m  

6.4m  

6.4m  

6.4m  

Design  Example  #3  

Design   by   DDM   flat   plate   supported   on  columns  of  dia  =  450  mm,  Column  head  =  1.5  m  dia,  Drop  panel  size  =  3.2  x  3.2  m,  for    a  Live  Load  =  4  kN/m2,  Floor  Finish  =    1   kN/m2   use   M20   and   Fe415.   Assume  clear   cover   =   20   mm.   Column   Height   =  3.35m    •  Interior  Panel  P5  •  Exterior  Panel  P2/P4  •  Corner  Panel  P1  

Page 91: Civil structural engineering -  Flat slab design

Step 1: Panel Division into Strips 31.1.1(a)

   

Moment  direc6on  Along  

L1   L2  

Width  of  Column  Strip  on  either  side  of  

Centre  Line  =  0.25L2   and                  ≤  0.25  L1  

Middle  Strip  

X   7.2   6.4   1.6  <  1.8  m;  1.6  m   4m  Y   6.4   7.2   1.8  >  1.6  m;  1.6  m   3.2m  

Lx  =  7.2    

L y  =  6.4    1.6  

1.6  

1.6  1.6  

CSx   CSx  MSx  

CSy  

MSy  

CSy  A.  Interior  Panel  Design  

Zone  A  –  Corner  Strip  

Zone  B  –  Middle  Strip  along  X  

Zone  C  –  Middle  Strip  along  Y  

Zone  D  –  Interior  Region  

Page 92: Civil structural engineering -  Flat slab design

Step 2: Trial Depth CL 31.2.1    

•  L/d  =  26  •  Modifica5on  Factor  =  1.4,  Assuming  pt  ≈0.4%,  FIG  4  IS  456  •  d  =  7200/(26  x  1.4)  =      198  mm  >  125          CL  31.2.1  •  DS=  198+20+18=  236  mm  (  assume  #12  bars)  •  Provide  Ds=  240  mm  ,  d  =  198mm    

Page 93: Civil structural engineering -  Flat slab design

Step 3: Design Loads / m width of Slab

•  wuD = 1.5(25 x 0.24 + 1) = 10.5kN •  wuL = 1.5 x 4 = 6.0kN •  wu = 16.5 kN

Step 4: Check for Applicability of DDM: CL 31.4.1

•  No.  of  Con5nuous  Spans  in  each  direc5on  =  3  ;  OK          31.4.1(a)    •  Long  Span/Short  Span    =  7.2/6.4  =  1.125  <2  ;  OK                                                                                                  31.4.1(b)    •  Successive  spans  in  each  direc5on  =  Equal;  OK          31.4.1(d)    •  wuL/wuD     =  6/10.5  =  0.571  <  3  ;  OK              31.4.1(e)    

Page 94: Civil structural engineering -  Flat slab design

Step 5: Drop Panel Size : CL  31.2.2    

•  Length  along  X  ≥  Lx/3  =  2.4  m    •  Length  along  Y  ≥  Ly/3  =  2.13  m  •   Generally  Drop  Panel  Size  is  set  equal  to  Width  of  Column  Strip  •  Proposed  size  3.2  x  3.2  meets  all  the  requirements.  •  Minimum  thickness    =  ¼  DS  =  60  mm  or  100  mm;  Adopt  100  mm  

Step 6:Column Head

•  1/4  to  1/5  of  average  span  =  7.2/5  =    1.44  m    •  Provided  =  1.5  m  ;  Ok  •  Equivalent  Square  Capital  =0.89D  =  1.335  m  

Page 95: Civil structural engineering -  Flat slab design

Step 7 : Check for Shear around Column Capital

•  Minimum  Effec5ve  Depth    of  Slab  =  198  mm    •  Effec5ve  Depth  at    Drop  loca5on  =  298  mm  Sec4on  1:  •  Cri5cal  Sec5on  at  d/2  around  the  column  capital  •  Perimeter  of  Cri5cal  Sec5on  =  π  (  1.5  +  0.298)  =  5.65  m    •  Weight  of  Drop  Projec5on  below  slab  =  0.1x  25  x  1.5  =  3.75  kN/m2  

•  Design  Shear  at  cri5cal  sec5on  around  capital  Vu  •  Vu  =  16.5  (  7.2  x  6.4  -­‐  π  x  1.7982/4)  +  3.75(3.2  x  3.2  -­‐  π  x  1.7982/4)    •           =  747  kN  •  τc  =  0.25√fck  =  1.12  MPa  •  ks  =  0.5  +1  =  1.5    <=1  ;  ks=1  ;  ks  τc  =  1.12  •  Shear  Resistance  of  Concrete  =  1.12  x  5650  x  298  =  1885kN  >  747  kN    OK  

1.5  

Cri4cal  Sec4on  

DROP3.2  m  

3.2  m  

1.798  

Capital  

Page 96: Civil structural engineering -  Flat slab design

Sec4on  2  :  Check  for  Shear  around  drop  1.5  

Cri4cal  Sec4on  

DROP3.2  m  

3.2  m  

Capital  

3.2  +  0.198  =  3.4  

•  Cri5cal  Sec5on  at  d/2  around  the  drop  •  d  =  198mm  •  Perimeter  of  Cri5cal  Sec5on  =    4  x  3.4  =  13.6m  •  Design  Shear  at  cri5cal  sec5on    •  Vu  =  16.5  (  7.2  x  6.4  –  3.42)  =  569  kN  •  Shear  Resistance  of  Concrete  =  1.12  x  13600  x  198  =  

3015kN  >  569  kN  

Page 97: Civil structural engineering -  Flat slab design

Step 8:Design Moments CL 31.4.2.2

Parameters   Along  X   Along  Y  L1  (Span  in  direc4on  of  Mo)   7.2   6.4   m  0.65L1     4.68   4.16   m  Ln  (clear  span  extending  from  face  to  face  of  columns,  capitals)  

(7.2-­‐1.335)  =  

5.865  

(6.4-­‐1.335)  =  

5.065  m  

Ln  >  0.65L1   5.865   5.065   m  L2  (Span  transverse  to  L1)   6.4   7.2   m  W  =  wu  L2Ln   619.34   601.72   kN  M0    =  W  Ln  /  8     454   381   kNm  

wu = 16.5 kN /m

Page 98: Civil structural engineering -  Flat slab design

Step 9 : Distribution of Bending Moment across panel width ; CL: 31.4.3.2, 31.5.5

Moment  Direc5on  along   X   Y  Nega4ve    Design  Moment  

 MN  =  -­‐  0.65*M0  295.1   247.65   kNm    31.4.3.2  

•  Column  Strip  M1  =    0.75MN     221.33   185.74   kNm   31.5.5.1  

Width  of  Column  Strip  Csw    2x1.6  =3.2   2x1.6  =3.2   m  

•  -­‐m1  =  M1/  Csw   69.17   58.04   kNm/m  

•  Middle  Strip  M2  =  0.25MN   73.78   61.91   kNm    31.5.5.4(a)  

Width  of  Middle  Strip  Msw   3.2   4  

•  -­‐m2  =    M2/Msw   23.06   15.48   kNm/m  

Page 99: Civil structural engineering -  Flat slab design

Posi5ve  Design  Moment    MP  =  0.35*M0  

158.9   133.35   kNm    31.4.3.2  

•  Column  Strip  M1  =  0.6MP     95.34   80.01   kNm    31.5.5.3  

•  +m1  =  M1/  Csw   29.79   25   kNm/m  

•  Middle  Strip  M2  =  0.4MP   63.56   53.34   kNm    31.5.5.4(a)  

•  +m2  =    M2/Msw   19.86   13.34   kNm/m  

-­‐ve  sign  :  Hogging  Moment  (tension  at  top)  +ve  sign  :  Sagging  Moment  (tension  at  borom)  -­‐69.17  

-­‐23.06  

-­‐69.17  

29.79  

19.86  

29.79  

-­‐58.04   -­‐15.48   -­‐58.04  

13.34  25  

-­‐15.48  -­‐58.04   -­‐58.04  

-­‐69.17  

-­‐23.06  

-­‐69.17  

25  

A B A

DC C

AAB

Step 10 : Check for adequacy of Depth

•  Max  Design  Bending  moment  =  69.17  kNm/m  •  Mu,lim    =  126.36    kNm/m  >  69.17,  G-­‐1.1(c)    •  Depth  is  adequate  

Page 100: Civil structural engineering -  Flat slab design

Moment  Direc4on  

Mom

ent  

Direc4on

 

CS  

MS  

CS  

FE  Results  from  ETAB  

Page 101: Civil structural engineering -  Flat slab design

Strip  Loca6on   Moment  (kNm/m)  

Ast    (mm2/m)  

Ast    (prov)   Bar    dia  

Spacing  mm  

Along  X  Zone  A   (-­‐)  69.17   1093   1093   10   70  -­‐  T    Zone  B   29.79   437   437   8   110  -­‐  B  Zone  C   (-­‐)23.06   334   334   8    150  -­‐T  Zone  D   19.86   286   288   8   170  -­‐  B  

Along  Y  Zone  A   (-­‐)58.04   896   896   10   85  -­‐  T  Zone  B   (-­‐)15.48   222   288   8   170-­‐T  Zone  C   25   364   364   8   135  -­‐B  Zone  D   13.34   190   288   8   170  -­‐  B  

•  7.5  Ast2  –  71488Ast  +  Mu  =  0                                  G-­‐1.1(b)    

Step 11 :Rebar Details •  Ast,min    =  0.12  x  240  x  1000  /100  =  288  mm2/m            26.5.2.1  •  Minimum  Effec5ve  Depth    of  Slab  =  198  mm    

Page 102: Civil structural engineering -  Flat slab design

#8@170  #8@135   #8@135  

#8@170  

#8@110  

#8@110  

7.2  m  

6.4  m  0.15Ln  

0.15Ln  

Borom  Rebar  Details  in  Interior  Panel    

LAP  ZONE  

A   A  

A   A  

B  

B  

C   D   C  

0.125Ln  

0.125Ln  

Page 103: Civil structural engineering -  Flat slab design

#8@170  #10@85  

#8@150  

#10@

 70  

0.22Ln  0.22Ln  

0.22Ln  

0.22Ln  

0.33Ln  

0.33Ln  

0.2Ln  

0.2Ln  

0.33Ln  

0.2Ln  

Top  Rebar  Details  in  Interior  Panel    

 Note:  Distances  for  curtailment  of  rebars  are  measured  from  column  face  

A   B   A  

0.33Ln  

0.2Ln  

Page 104: Civil structural engineering -  Flat slab design

Sec6on  Through  Middle  Strip  -­‐  CDC  

#8@170    

7.2  m  

#8@340  

#8@150  

#8@135    

Sec6on  Through  Column  Strip  -­‐  ABA  

#10@70  

#10@140  

#10@85  

#8@170    #8@340   #8@170    

Page 105: Civil structural engineering -  Flat slab design
Page 106: Civil structural engineering -  Flat slab design

Step 7 : Check for Shear around Column Capital

•  Minimum  Effec5ve  Depth    of  Slab  =  198  mm    •  Effec5ve  Depth  at    Drop  loca5on  =  298  mm  Sec4on  1:  •  Cri5cal  Sec5on  at  d/2  around  the  column  capital  •  Perimeter  of  Cri5cal  Sec5on  =  π  (  1.5  +  0.298)/4  =  1.412  m    •  Weight  of  Drop  Projec5on  below  slab  =  0.1x  25  x  1.5  =  3.75  kN/m2  

•  Design  Shear  at  cri5cal  sec5on  around  capital  Vu  •  Vu  =  16.5  (  3.6x  3.2  –  (π  x  1.7982/4)/4)  +  3.75(1.6  x  1.6  –  (π  x  1.7982/4)/4))    •           =  187  kN  •  τc  =  0.25√fck  =  1.12  MPa  •  ks  =  0.5  +1  =  1.5    <=1  ;  ks=1  ;  ks  τc  =  1.12  •  Shear  Resistance  of  Concrete  =  1.12  x  1412  x  298  =  471kN  >  187  kN    OK  

2.  Corner  Panel  Design  

Page 107: Civil structural engineering -  Flat slab design

Sec4on  2  :  Check  for  Shear  around  drop  

•  Cri5cal  Sec5on  at  d/2  around  the  drop  •  d  =  198mm  •  Perimeter  of  Cri5cal  Sec5on  =  2  (1.7)=3.4m  •  Design  Shear  at  cri5cal  sec5on    •  Vu  =  16.5  (  3.6  x  3.2  –  1.72)  =  143  kN  •  Shear  Resistance  of  Concrete  =  1.12  x  3400  x  198  =  754kN  >  143  kN  

CRITICAL  SECTION  

drop  

free  edge  

free  edge  

=1.6  +  0.198/2  =  1.7  m    

Step 8:Design Moments CL 31.4.2.2

Along  X   Along  Y  

M0    =  W  Ln  /  8     454   381   kNm  

Page 108: Civil structural engineering -  Flat slab design

Step 9 : Distribution of Bending Moment across panel width ; CL 31.4.3.3 , 31.5.5

𝛼↓𝑐 = ∑↑▒𝑘↓𝑐  /𝑘↓𝑠    

Equivalent  side  of  circular  column  =  0.89D  =  0.89x  450  =  400  mm      Assume  Ec  =  Es    

Page 109: Civil structural engineering -  Flat slab design

Parameters   Along  X   Along  Y  Sum   o f   co l umn  s4ffness   above   and  below  the  slab    2  (4EcIc)/Lc  

(2  x  4  x  Ec  x  400  x  4003/12)  /3350  =    5.09  Ec  x  106            

Slab  s4ffness    ks  =  4EsIs/Ls    

 (4  Es  x  6400  x  2403/12)/7200    =  4.1Es  x  106        

(4  Es  x  7200  x  2403/12)/6400    =  5.184Es  x  106    

αc  =  ∑kc  /ks   1.24   0.98  

αc  min  (Table  17)  l2/l1  =  6.4/7.2  =  0.89,    WuL/WuD  =  0.571  

(0.7/0.5)*0.071  =  0.1  <αc  Adopt  αc  

7.2/6.4  =  1.125,  WuL/WuD  =  0.571    

≈(0.8/0.5)*0.071  =  0.113  <αc  

Adopt  αc  β  =    1+  (1/αc)   1.8   2.02  

Page 110: Civil structural engineering -  Flat slab design

Moment  Direc5on  along   X   Y  Nega4ve    Design  Moment  

 MN  =  -­‐  0.65*M0/β  164   122.6   kNm    31.4.3.3  

•  Column  Strip  M1  =    MN     164   122.6   kNm   31.55.2(a)  

Width  of  Column  Strip  Csw  resis4ng  M1    2x1.6  =3.2   2x1.6  =3.2   m  

-­‐m1  =  M1/  3.2   -­‐51.3   -­‐38.3   kNm/m  

•  Middle  Strip  M2=0   0   0   kNm    31.5.5.4(a)  

Width  of  Middle  Strip  Msw  resis4ng  M2   3.2   4  

-­‐m2  =    0   0   0   kNm/m  

A.  Exterior  nega4ve  design  moment:  -­‐m1  

-­‐m1  

-­‐m1  

-­‐m1  

Exterior  

Exterior  

Interior  

Interior  1.6  

1.6  

-­‐m2  

-­‐m2  

X  

Y  

Page 111: Civil structural engineering -  Flat slab design

Moment  Direc5on  along   X   Y  Nega4ve    Design  Moment  

 MN  =  -­‐  (0.75  –  0.1/β)Mo  315.3   266.9   kNm    31.4.3.3  

•  Column  Strip  M1  =  0.75  MN     236.5   200.2   kNm   31.5.5.1  

Width  of  Column  Strip  Csw  resis4ng  M1    2x1.6  =3.2   2x1.6  =3.2   m  

•  -­‐m1  =  M1/  Csw   -­‐73.9   -­‐62.6   kNm/m  

•  Middle  Strip  M2  =  0.25  MN     78.83   66.7   kNm    31.5.5.4(a)  

Width  of  Middle  Strip  Msw  resis4ng  M2   3.2   4   m  

•  -­‐m2  =    M2/Msw   -­‐24.7   -­‐16.7   kNm/m  

B.  Interior  nega4ve  design  moment:  

-­‐  m1  

-­‐  m1  

-­‐  m2  

m1  -­‐m1   -­‐m1  -­‐m2  

X  

Y  

Exterior  

Exterior  

Interior  

Interior  

Page 112: Civil structural engineering -  Flat slab design

Moment  Direc5on  along   X   Y  Design  Moment  

 MP  =    (0.63  –  0.28/β)Mo  215.4   187.2   kNm    31.4.3.3  

•  Column  Strip  M1  =  0.6  MP     129.3   112.3   kNm   31.5.5.3  

Width  of  Column  Strip  Csw  resis4ng  M1    2x1.6  =3.2   2x1.6  =3.2   m  

•  m1  =  M1/  Csw   40.4   35.1   kNm/m  

•  Middle  Strip  M2  =  0.4  MP     86.2   74.9   kNm    31.5.5.4(a)  

Width  of  Middle  Strip  Msw  resis4ng  M2   3.2   4   m  

•  m2  =    M2/Msw   26.94   18.7   kNm/m  

C.  Posi4ve  Moment  in  Mid  Span:  

m1  

m1  

m1  

m1  

m1  

m1  

m2  X  

Y  

Exterior  

Exterior  

Interior  

Interior  

m2  

Page 113: Civil structural engineering -  Flat slab design

-­‐ve  sign  :  Hogging  Moment  (tension  at  top)  +ve  sign  :  Sagging  Moment  (tension  at  borom)  

40.4  

26.94  

40.4  

-­‐16.7   -­‐62.6  

18.7  35.1   35.1  

A B A

DC C

AAB

-­‐73.9  

-­‐73.9  

-­‐24.7  

-­‐62.6  

-­‐51.3  

-­‐51.3  

0  

-­‐38.3   -­‐38.3  -­‐0  

Exterior  

Exterior  

Interior  

Interior  

Step 10 : Check for adequacy of Depth •  Max  Design  Bending  moment  =  73.9  kNm/m  •  Mu,lim    =  126.36    kNm/m  >  73.9,  Depth  is  adequate    G-­‐1.1(c)    

Page 114: Civil structural engineering -  Flat slab design

Strip  Loca6on   Moment  (kNm/m)  

Ast    (mm2/m)  

Ast    (prov)   Bar    dia  

Spacing  mm  

Along  X  Zone  A(Exterior)   (-­‐)51.3   782   782   10   100  -­‐  T    Zone  A(Interior)   (-­‐)73.9   1180   1180   10   65  -­‐  T  Zone  B   40.4   604   604   8    80  -­‐B  Zone  C(Interior)   (-­‐)24.7   359   359   8   140  -­‐  T  Zone  D   26.94   393   393   8   125-­‐B  

Along  Y  Zone  A  (Exterior)   (-­‐)38.3   570   570   10   135  Zone  A(Interior)   (-­‐)62.6   976   976   10   80  Zone  B  (Interior)   (-­‐)16.7   240   288   8   170  Zone  C   35.1   520   520   8   95  Zone  D   18.7   270   288   8   170  

•  7.5  Ast2  –  71488Ast  +  Mu  =  0              G-­‐1.1(b)  

Step 11 :Rebar Details •  Ast,min    =  0.12  x  240  x  1000  /100  =  288  mm2/m            26.5.2.1  

•  Minimum  Effec5ve  Depth    of  Slab  =  198  mm    

Page 115: Civil structural engineering -  Flat slab design

Strip  Loca6on   Moment  (kNm/m)  

Bar    dia  

Spacing  mm  

Along  X  Zone  B   40.4   8    80  -­‐B  Zone  D   26.94   8   125-­‐B  

Along  Y  Zone  C   35.1   8   95  Zone  D   18.7   8   170  

#8@80  

#8@125  

#8@95   #8@95  #8@170  

#8@80  

Page 116: Civil structural engineering -  Flat slab design

40.4  

26.94  

40.4  

-­‐16.7   -­‐62.6  

18.7  35.1   35.1  

A   B   A  

D  C   C  

A   A  B  

-­‐73.9  

-­‐73.9  

-­‐24.7  

-­‐62.6  

-­‐51.3  

-­‐51.3  

0  

-­‐38.3   -­‐38.3  -­‐0  Exterior  

Exterior  

Interior  

Interior  

#10@

100  

#10@

100  

#10@

65  

#10@

65  

#8@140  

#10@135   #10@80  #8@170(Min)*  

#10@135  

#8@170  

#8@170(Min)*  

*  Op4onal  Top  Rebars  

#10@80   Strip  Loca6on   Moment  (kNm/m)  

Bar    dia  

Spacing  mm  

Along  X  Zone  A(Exterior)   (-­‐)51.3   10   100  -­‐  T    Zone  A(Interior)   (-­‐)73.9   10   65  -­‐  T  Zone  C(Interior)   (-­‐)24.7   8   140  -­‐  T  

Along  Y  Zone  A  (Exterior)   (-­‐)38.3   10   135  Zone  A(Interior)   (-­‐)62.6   10   80  Zone  B  (Interior)   (-­‐)16.7   8   170  

Page 117: Civil structural engineering -  Flat slab design
Page 118: Civil structural engineering -  Flat slab design

Transfer  of  Moments  and  Shears  between  Slabs  and  Columns      •  The  maximum  load  that  a  flat    slab  can  support  is  dependent  upon  the  strength  of  

the  joint  between  the  column  and  the  slab.  

•  Load  is  transferred  by  shear  from  the  slab  to  the  column  along  an  area  around  the  column  

•  In  addi7on  moments  are  also  transferred.    

•  The  moment  situa7on  is  usually  most  cri7cal  at  the  exterior  columns.    

•  Shear  forces  resul7ng  from  moment  transfer  must  be  considered  in  the  design  of  the  lateral  column  reinforcement  (i.e.,  7es  and  spirals).  

Page 119: Civil structural engineering -  Flat slab design
Page 120: Civil structural engineering -  Flat slab design

EXAMPLE  Compute  moment  transferred  to  Interior    and  corner  Column  in  example  2  

Interior  Column    •  As  spans  are  same  in  both  direc5ons  •  M  =  0.08  (0.5  wL  L2  Ln2  /(1+1/αc)  =  0.08  x  0.5  x  6  x  5.5  x  52  /  1.36    =  24.3  kNm  •  this  moment  is  distributed  to  top  and  borom  column  at  junc5on  in  propor5on  to  their  

s5ffness.  •  M  =  24.3/2  =  12.2  kNm    Corner  Column  M  =  131.4  kNm  

Page 121: Civil structural engineering -  Flat slab design

Equivalent  Frame  Method  (EFM)    CL  31.5  •  More  Comprehensive  and  Logical  method  •  Used  when  limita7ons  of  DDM  are  not  

complied  with  •  Applicable  when  subjected  to  horizontal  

loads  31.5.1  (a)  Idealizing  the  3D  slab  –column  system  to  2D  frames  along  column  Centre  lines  in  both  longitudinal  and  transverse  direc6ons.  

Longitudinal  Frame  

Transverse  Frame  Edge  Frame  

Page 122: Civil structural engineering -  Flat slab design

For   ver6cal   loads,   each   floor,   together  with   the   columns   above   and   below,   is  analyzed  separately.  For  such  an  analysis,  the  far  ends  of  the  columns  are  considered  fixed.      If   there   are   large   number   of   panels,   the  moment   at   a   par6cular   joint   in   a   slab  beam   can   be   sa6sfactorily   obtained   by  assuming   that   the   member   is   fixed   two  panels  away.    This   simplifica6on   is   permissible   because   ver6cal  loads   in   one   panel   only   appreciably   affect   the  forces  in  that  panel  and  in  the  one  adjacent  to  it  on  each  side.      

31.5.1(b)  

Page 123: Civil structural engineering -  Flat slab design

En6re  Frame  Analysis  Gravity  +  Lateral  Loads  

For   lateral   loads,   it   is   necessary   to   consider   an   equivalent  frame   that   extends   for   the   en4re   height   of   the   building,  because  the  forces  in  a  par4cular  member  are  affected  by  the  lateral   forces   on   all   the   stories   above   the   floor   being  considered.    

Page 124: Civil structural engineering -  Flat slab design

31.5.1(C  and  d)  

 I2  =  moment  of  iner4a  at  the  face  of  the  column  /  column  capital    c2  =  dimension  of  column  capital  in  the  transverse  direc4on    l2  =  width  of  equivalent  frame.    

 varia6on  of  the  flexural  moment  of  iner6a    

•  Varia4ons  of  moment  of  iner4a  along  the  axis  0f  the  slab  on  account  of  provision  of  drops  shall  be  taken  into  account  

•  The  s4ffening  effect  of  flared  column  heads  may  be  ignored  

Page 125: Civil structural engineering -  Flat slab design

31.5.2  Loading  Paiern  

wu  LL  >  ¾  wu,DL

   

Page 126: Civil structural engineering -  Flat slab design

Cri5cal  Sec5on   Interior  Column  Centre  Line  

Column  /Capital  face  

C  

<  =  C/2  

Results  in  Significant  reduc4on  of  design  moments  

Design  Posi5ve  Moment  (Span  region)  M3  =  M0  –  (M1+M2)/2  

Page 127: Civil structural engineering -  Flat slab design

Distribu5on  of  Moment  

Similar  to  DDM  

Page 128: Civil structural engineering -  Flat slab design

Example  3  :    Compute  moments  in  exterior/interior  Panel  along  Longitudinal  Span  Longitudinal  Span  =  7.2m,  Transverse  Span  =  6.4  m,  Interior  Column  =  450mm  dia,  Column  Capital  =  1500mm  dia,  Exterior  Column  =  400x400mm,  Column  Capital  =  870mm(square),  Floor  to  Floor  =  3.35  m,  Slab  Thickness  =  240  mm,  number  of  Panels  =  4  in  each  direc6on  

7.2  m  

6.4m  

6.4m  

7.2  m   7.2  m  7.2  m  

6.4m  

Page 129: Civil structural engineering -  Flat slab design

Step  1:  S5ffness  Computa5ons  

Exterior  Column    (Kce)  =    4E  x  (4004  /12)  /3350  =  2.55E106  =  1  Interior  Column    (KcI)  =    4E  x  π(4504  /64)  /3350  =  2.4E106  =  0.957  Slab(Ks)  =4E  x  (6400  x  2403/12)  /7200  =  4.1E106  =  1.608    

Step  2:  Simplified  frame  for  analysis  31.5.1  (b)  

7200   7200  

3350  

3350  1   2   3  

A   B  

C   D  

Joint   Member    Rela5ve  S5ffness   Sum   Distribu5on  

Factors  

1  

1-­‐A   1  

3.608  

0.277  

1-­‐2   1.608   0.446  

1-­‐C   1   0.277  

2  

2-­‐B   0.957  

5.13  

0.187  

2-­‐1   1.608   0.314  

2-­‐3   1.608   0.314  

2-­‐D   0.957   0.187  

Fixed  End  Moments  =  (16.5  x  6.4)  x  7.22/12    =  456.2  kNm    

Page 130: Civil structural engineering -  Flat slab design

Joint   1   2   3  

Members   FIXED  1A+1C   1-­‐2   2-­‐1   FIXED  

2B+2D   2-­‐3   FIXED  3-­‐2  

DF   0.554   0.446   0.314   0.374   0.314   -­‐  

FEM   456.2   -­‐456.2   456.2   -­‐456.2  

Bal   -­‐252.74   -­‐203.46   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐  

CO   -­‐   -­‐   -­‐101.73   -­‐   -­‐   -­‐  

Bal   -­‐   -­‐   31.94   38.04   31.94   -­‐  

CO   -­‐   15.97   -­‐   -­‐   -­‐   15.97  

Bal   -­‐8.85   -­‐7.12   -­‐   -­‐   -­‐   -­‐  

CO   -­‐   -­‐   -­‐3.56   -­‐   -­‐   -­‐  

Bal   1.12   1.33   1.12  

Final  end  Moments   -­‐261.6   261.6   -­‐528.43   39.37   489.26   -­‐440.23  

1   2   3  

261.6  528.43   489.26   440.23  

Counter  Clockwise  end  moments  are  posi4ve  

Page 131: Civil structural engineering -  Flat slab design

Step  3:  Design  Moments  in  Exterior  Panel  A.  Design  Nega6ve  Moments  at  Cri6cal  Sec6on    

At  Exterior  Support  :  CL  31.5.3.2  

870  

400   470  

235  

Cri6cal  Sec6on  from  Column  Centre  line  =  435  mm  

261.6   528.43  16.5  x  6.4  =  105.6  kN/m  

105.6  x  7.2/2  -­‐  (528.43-­‐261.6)/7.2    =  343  kN  

0.435    

Design  Moment  =  343  x  0.435  -­‐261.6  -­‐105.6x0.4352/2  =  -­‐122.4  kNm  (Hogging)  

Page 132: Civil structural engineering -  Flat slab design

At  Interior  Support  :  CL  31.5.3.1  

Width  of  equivalent  square  =  0.89D  =  1335  mm  

667.5  mm  

Cri4cal  Sec4on  loca4on  is  at  capital  face  

≤  0.175x7200  =  1260mm    

261.6   528.43  16.5  x  6.4  =  105.6  kN/m  

     343  kN   0.6675    

Design  Moment  =  417.32  x  0.6675  -­‐528.3  -­‐105.6x0.66752/2  =  -­‐273.26  kNm  (Hogging)  

417.32  

Page 133: Civil structural engineering -  Flat slab design

B.  Design  Posi4ve  Moment  

M(+)  =  (16.5  x  6.4x7.2)7.2/8  –  (  528.43  +  261.6)/2  =    289.3  kNm  

Moments   DDM   EFM  Posi4ve  Moment  (Span)   215.4   289.3  Nega4ve  Moment(Exterior  Support)   164   122.4  Nega4ve  Moment  (Interior  Support)   315.3   273.3  

Page 134: Civil structural engineering -  Flat slab design

Step  4:  Design  Moments  in  Interior  Panel    A.  Design  Nega6ve  Moments  at  Cri6cal  Sec6on    

At  Interior  Support  :  CL  31.5.3.1  

16.5  x  6.4  =  105.6  kN/m  

     387  kN  

0.6675    

Design  Moment  at  A=  387  x  0.6675  -­‐  489.26  -­‐105.6x0.66752/2  =  -­‐254.5  kNm  (Hogging)  

373.32  

489.26   440.23  

Design  Moment  at  B  =  373.32  x  0.6675  -­‐  440.23  -­‐105.6x0.66752/2  =  -­‐214.6  kNm  (Hogging)  

0.6675    

A B

Page 135: Civil structural engineering -  Flat slab design

B.  Design  Posi4ve  Moment  

M(+)  =  (16.5  x  6.4x7.2)7.2/8  –  (  489.26  +  440.23)/2  =    219.5  kNm  

Moments   DDM   EFM  Posi4ve  Moment  (Span)   158.9   219.5  Nega4ve  Moment  (Interior  Support)   295.1   254.5/214.6  

Page 136: Civil structural engineering -  Flat slab design

Need  for  Computer  Analysis      

The  equivalent  frame  method  is  not  sa6sfactory  for  hand  calcula6ons.      It   is   possible,   however,   to   use   computers   and   plane   frame   analysis  programs  if  the  structure  is  modeled  such  that    various  nodal  points  in  the  structure  can  account  for  the  changing  moments  of   iner6a  along  the  member  axis.  

SLAB   Drop  Panel  

Column  Head  Column  

Column  

Page 137: Civil structural engineering -  Flat slab design

FE  Analysis  of  Slab  

At   any   point   in   the   plate   bending,   there   will   generally   be  two   bending   moments   Mx   ,   My   in   two     mutually  perpendicular   direc5ons   coupled   with   a   complimentary  twis5ng  moment  Mxy    Design   for   flexure   involves   providing   reinforcing   steels   in  two   orthogonal   direc5ons   to   resist   the  moment   field.  Mx,  My  and  Mxy.      

Slab  is  idealized  as  an  assembly  of  discrete  plate  bending  elements  joined  at  nodes  

Wood  –Armer  equa4ons  are  used  for  this  purpose.  

Page 138: Civil structural engineering -  Flat slab design

Wood  –Armer  equa5ons  (1968)      •  This   method   was   developed   by   considering   the   normal   moment   yield  

criterion   (Johansen’s   yield   criterion)   aiming   to   prevent   yielding   in   all  direc4ons.    

•  At  any  point  in  the  slab,  the  moment  normal  to  a  direc4on,  resul4ng  due  to  design  moments  Mx   ,  My   ,   and  Mxy  must   not   exceed   the   ul4mate   normal  resis4ng  moment  in  that  direc4on.  

•  Mx*  cos2θ  +  My

*  sin2θ  -­‐  flexural  strength  of  plate  in  the  direc4on  of  θ    with  X  axis.  

•  Mx  cos2θ  +  Mysin2θ  +  2  Mxy  cosθ  sinθ  -­‐  normal  bending  moment  in  the  direc4on  of  θ    

Page 139: Civil structural engineering -  Flat slab design

A.  For  bomom  steel  (  Sagging  Moment  +ve,  Hogging  Moment  –ve)  

Compute  :  Mx*  =  Mx  +|Mxy|  and  My

*  =  My  +|Mxy|    

Case  1:  If  Mx*  ≥  0  and  MY

*  ≥  0  then  no  change  in  computed  values  of  Mx*  and  My

*  

Case  2:  If  Mx*  <  0  then  Mx

*  =  0  and  MY*  =  MY  +  |  Mxy

2/Mx|  

Case  3:  If  My*  <  0  then  My

*  =  0  and  Mx*  =  Mx  +  |  Mxy

2/My|  

B.  For  Top  steel  (  Sagging  Moment  +ve,  Hogging  Moment  –ve)  

Compute  :  Mx*  =  Mx  -­‐|Mxy|  and  My

*  =  My  -­‐|Mxy|    

Case  1:  If  Mx*  ≤  0  and  MY

*  ≤    0  then  no  change  in  computed  values  of  Mx*  and  My

*  

Case  2:  If  Mx*  >  0  then  Mx

*  =  0  and  MY*  =  MY  -­‐|  Mxy

2/Mx|  

Case  3:  If  My*  >  0  then  My

*  =  0  and  Mx*  =  Mx  -­‐|  Mxy

2/My|  

Page 140: Civil structural engineering -  Flat slab design

Example  1  FE  results  at  centre  of  a  plate  element  are:  Mx  =  7  kNm,  My  =  23  kNm,  Mxy  =  9  kNm.  Compute  design  moments  using  Wood  -­‐  Armer  equa4ons.    A.  Borom  rebars  (Sagging  Moments)  

Mx*  =  Mx+|Mxy|  =  16  >  0  ,  Mx*  =  16  kNm  My*  =  My+|Mxy|  =  32  >  0  ,  My*  =  32  kNm    B.  Top  rebars  (Hogging  Moments)    Mx*  =  Mx-­‐|Mxy|  =  -­‐2  <  0  ,  Mx*  =  2  kNm  My*  =  My-­‐|Mxy|  =  14  >  0    Set  My*  =  0  and  compute  Mx

*  =  Mx  -­‐|  Mxy2/My|  =  7  –  |81/23|  =  3.478  kNm  

     

Page 141: Civil structural engineering -  Flat slab design

Example  2  FE  results  at  centre  of  a  plate  element  are:  Mx  =  7  kNm,  My  =  -­‐23  kNm,  Mxy  =  9  kNm.  Compute  design  moments  using  Wood  -­‐  Armer  equa4ons.    A.  Borom  rebars  (Sagging  Moments)  

Mx*  =  Mx+|Mxy|  =  16  >  0  ,  Mx*  =  16  kNm  My*  =  My+|Mxy|  =  -­‐14  <  0  ,      Set  My*  =  0  and  compute  Mx

*  =  Mx  +  |  Mxy2/My|  =  7  +  |81/23|  =  10.52  kNm  

 B.  Top  rebars  (Hogging  Moments)    Mx*  =  Mx-­‐|Mxy|  =  -­‐2  <  0  ,  Mx

*  =  2  kNm  My*  =  My-­‐|Mxy|  =  -­‐32  <  0  ,    MY

*  =  32  kNm