limit states design in structural steel...canadian institute of steel construction 2019 limit states...
TRANSCRIPT
![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](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013100/610b8c86e23c62388b134f12/html5/thumbnails/1.jpg)
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](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013100/610b8c86e23c62388b134f12/html5/thumbnails/2.jpg)
�������� ����������������������������������������� ������������������
������������������������������������������������������������ ������� ��� !����
�������� �������� �����������"�#�������$%������������������ ������������������
��������������&�
Iteration 1
'���� (������#��)!�
( ) ( )��� � ��
�
* ��"" +,-. ))�)�� " �"��+,
� /"""��+= Δ − Δ = − = �
0����� ��� ������ ����� ��� ����� ���� ����!� ��� �������� ����1����� ������
�2���� ������ (������#��/� ���(���� �� ��� ������������!�������!��"���+,��%���
������������������ ���� � ������������ ����������� !������ ������������������ �
���)�)�+,��%����������������� ������������)"�3�+,��0�������� ������������2���� �
������������� ���������!��������������������� ���������������� ��2��������
2���� ��� ������������������ ����������� ���������4�
( )��� ������ "�#���� 5 +, )"�3 +, /��/��Δ = + × = �
Iteration 2
'������� ����������������� ������������������!������������������� ��������
��� ������� �� ��
( )��
��"" +,-. /��/�� " ���# +,
/"""��= − = �
��6. ���# +,= �
%����������������� ����"�)�+,�7����#�+,�8�)����+,�
( )Δ = + × =��� ������ "�#���� 5 +, )���+, //���� �
Iteration 3
'������� ����������������� ������������������!������������������� ��������
��� ������� �� ��
( )= − =��
��"" +,-. //���� " ���� +,
/"""���
��6. ���� +,= �
%����������������� ����"�)�+,�7������+,�8�)��/�+,�
( )Δ = + × =��� ������ "�#���� 5 +, )��/ +, //���� �
%��� ��������� �� ������ 9��"� :� ��� ��� ��������� �������� � ��� ��� ���� �
�������!��� ���������������������� ��%������� ��� ������������������2���� �
243
![Page 3: LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL...CANADIAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 2019 LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL G.L. Kulak and G.Y. Grondin 10th Edition, 2nd Printing](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013100/610b8c86e23c62388b134f12/html5/thumbnails/3.jpg)
���������� ���������������� ���� ��������������������������������������������
���� !"�� #��� ����� �� ������������ �� ����� �! ����� ������ ��� �����$ ���� �$ ���
� ����� % � ������� !�� �� ��� � � ���� ��� ��� ��$ ���� ���$��� ��� �� � ��� $���� ��
������ � !�$���� ��� ��$ ���� ���$��� ������ ��� ������� ���� !"������ �� �������
���� � ���� � ������ ������� �� �� ��� �������� � ���� ���&� ����&� �'����!���� ���
$������������� �������������� ��$ ����� ���� ������ ������������ ��$ �����
� $"���� �(��)�$��*���+� ����
#������ �(��!�$���������! ���������,'� �������-��
= −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
![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](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013100/610b8c86e23c62388b134f12/html5/thumbnails/4.jpg)
�9 9 ���2 �� ��: �� 2�2 ���: ��= + + = �
#��� ����� �� ��� � ���� ������� ������� ���� ��� � ���� ���� $��� ��� ������ ��� ���
����������� !"��#���$����������������� �� ���������������0����� �����$����� �����
���&� � ���&� �����������$��!� ����� ��������$ ����� � ����������(��������$����������
��(��&�����������
����������� ���������������������� �
����������� ���������������������� �
Figure 8.15 – Analysis Results for Frame of Example 8.2 — Amplification Factor Method
�
w = 55 kN/mf
A
B
w = 45 kN/mf
R = 0.0H
R = 0.0G
[410][410]
(32.6) (32.6)
(1025)(500) (1025)
[71][71.0]
(500)
[292][292]
[141] [141]
[269] [269]
[kN.m]
(kN)
C
G
D
F
E
H
A
B43.4 kN
[113][113]
22.3 mm
34.5 mm
(30.5) (30.5)
(30.3)(30.3)
[113][113]
[46.6][46.6]
[85.5] [85.5]
[27.6] [27.6]
[kN.m]
(kN)
21.9 kN
(2.2)(2.2)
C
G
D
F
E
H
246
![Page 5: LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL...CANADIAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 2019 LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL G.L. Kulak and G.Y. Grondin 10th Edition, 2nd Printing](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013100/610b8c86e23c62388b134f12/html5/thumbnails/5.jpg)
������������ � ������������������������������������� �������
Figure 8.15 – (cont'd)
�$�&��������������<�����?��� �
%���������������������!� �' !����������� ��������������������
=Δ−
�� �
�
�'
*�
- �
�
�����!�����������������
( ) ( )= + × + + =�* ))+, � �)+, � �"� �"�)� �"� �")"+, �
%�����������������2���2���� �2��� ��������;���������������������������������
����������
��-���������;�2���������������!��2���� �������������������������� ���
��������
�
�
������"������ 5 +,
- ���� +, ���� +,
Δ = =+
�
������������������$8�/)""���&�
�� �
�
� �' �����
* �")"+,� � "������ 5 +,
- � /)""��
= = =Δ− −
�
0��������!������������ �����!�
( ) ( )= × + + =�* �)+, 5� �"� �"�)� �"� ��3�+, �
A
B
w = 45 kN/mf
w = 55 kN/mf
21.9 kN
43.4 kN
[536][268]
(0.0) (64.4)
(1061)(500) (989)
[204][67.6]
(500)
[337][228]
[40.1] [244]
[228] [292]
[kN.m]
(kN)
C
G
D
F
E
H
(0.5) (0.5)
247
![Page 6: LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL...CANADIAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION 2019 LIMIT STATES DESIGN IN STRUCTURAL STEEL G.L. Kulak and G.Y. Grondin 10th Edition, 2nd Printing](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013100/610b8c86e23c62388b134f12/html5/thumbnails/6.jpg)
�( )
�
�
0��� ���0 2���- ��
; ���: ��
Δ −= = �
������ ���������� ������22�&�
�� �
�
� �< �����
. �0-���� � 2���- ��
; � ��22
= = =Δ− − ×
�
#�����$������������� ������ ���!��$��������$ ������ ������� �� �����$��
!���! ���������,'� �������0��=������������� �&��$��$��������� ���� ����
������� �(����� ��
( )*) *) *)�� �� �
+ + < + -��� ���:� ��0�� �0�� �� = + = ⋅ + × − ⋅ = − ⋅ �
( ))* )* )*�� �� �
+ + < + ��� �� ���:� ���� �� 0:���� = + = ⋅ + × − ⋅ = ⋅ �
( )1, 1, 1,�� �� �
+ + < + -��� ���:� ��0�� �2� �� = + = − ⋅ + × − ⋅ = − ⋅ �
( ),1 ,1 ,1�� �� �
+ + < + ����� ���:� ���� �� ��0�� = + = − ⋅ + × − ⋅ = − ⋅ �
4������&����� ���$��������� �����$����� ����&�
( )). ). ).�� �� �
+ + < + ��:�� ����� �-�� �� �0- �� = + = ⋅ + × − ⋅ = ⋅ �
( ).) .) .)�� �� �
+ + < + �:��� ����� ���� �� �0� �� = + = ⋅ + × − ⋅ = ⋅ �
( ),� ,� ,��� �� � + + < + ��:�� ����� �-�� �� 02� �� = + = − ⋅ + × − ⋅ = − ⋅ �
( )�, �, �,�� �� � + + < + �:��� ����� ���� �� 0�� �� = + = − ⋅ + × − ⋅ = − ⋅ �
*� �������� �����$����������������� ����� �������� ��������$ ���� �$ ���
� ������������� ����������������� $"��#���� �������������������� ��������������
����� ��� �� ����� ������ #��� ��$ ���� ���$��� ��� �� ������� ���� �'����!����
$������� ������� ������������ ��$ �����
!"���$ � �����9���>�� ��/����+� ����
*� ���� ������� ������� ��� ��� � ��$ ���� �� �� ��� �$ ����� ����&� ��$������� ���
�� ���������&������������� ���! ��� ���� ��������� ��#�������� ����� ��������������
������ ��� ��� ������� ���� "�� ��$ � ����� $����� ������ ��� ����>�� �� ���$��� ���
$�$�� ���������,'� �����������������&������$ �(�����
*����� ����������������� ��������� �������� ��������������� � � ���� ����
�����$ ���� ���(�����������0�����0����� � ������� ���������� ��� ������ ���������
Iteration 1
<�����,'� ��������&�
248
![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](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013100/610b8c86e23c62388b134f12/html5/thumbnails/7.jpg)
( ) ( )�
�� ��
�
* �")"+,-. ������ " �"�)+,
� /)""��+= 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
![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](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013100/610b8c86e23c62388b134f12/html5/thumbnails/8.jpg)
�� 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
![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](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022013100/610b8c86e23c62388b134f12/html5/thumbnails/9.jpg)
����� ��� <������ #��/$2&� ����� ������� � ���� ������ �(����2����� ��� ���
�� ������ ������������������������ ������ ���������
�$�&�,�������=����������?��� �
��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