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1 | PROJECT | 150123 Portsea North Apartments | SECTION | 1 | LRFD | |||||||||||||||||||||
2 | TITLE | Floor support beams | DATE | 4/5/2026 | CODE SPECS. | |||||||||||||||||||||
3 | FILE | 150123 LRFD_composite_beam_design.xls | TIME | 11:09 PM | ||||||||||||||||||||||
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5 | SIMPLY SUPPORTED I SECTION COMPOSITE BEAM DESIGN | |||||||||||||||||||||||||
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29 | DESCRIPTION | |||||||||||||||||||||||||
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31 | -Check design shear and flexure strength of a simply supported I section composite beam to AISC LRFD 3rd Ed. | |||||||||||||||||||||||||
32 | -Note that for "unshored" construction, total deflection is sum of deflection of the steel beam under its own load, and deflection of the composite beam | |||||||||||||||||||||||||
33 | under dead and live loads. For "shored" construction, total deflection is sum of deflection under dead and live loads for the composite section only. | |||||||||||||||||||||||||
34 | -Based on methods used in "Steel Structures Design and Behaviour" by: Salmon & Johnson (see pages 1010-1061) | |||||||||||||||||||||||||
35 | -Transformed Section method has been used to calculate elastic section properties | |||||||||||||||||||||||||
36 | -It is assumed that all shear will be transferred through Headed Studs and that concrete and steel sections form a fully composite section | |||||||||||||||||||||||||
37 | -Steel Material assumed to conform to ASTM A922 | |||||||||||||||||||||||||
38 | -See AISC LRFD Specifications Chapter I | |||||||||||||||||||||||||
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40 | INPUT PARAMETERS | |||||||||||||||||||||||||
41 | Structure | |||||||||||||||||||||||||
42 | -Beam Span | Lb | = | 8000 | 17,41 | [ft] | 5306 | [mm] | ||||||||||||||||||
43 | -Specified Uniformly Distributed Live Load | LL | = | 0,18667 | [kip/ft] | 3 | [kN/m] | |||||||||||||||||||
44 | -Specified Uniformly Distributed Dead Load | DL | = | 0,88 | [kip/ft] | 13 | [kN/m] | |||||||||||||||||||
45 | -Live Load Factor | Lf | = | 1,6 | [] | 2 | [] | |||||||||||||||||||
46 | -Dead Load Factor | Df | = | 1,2 | [] | 1 | [] | |||||||||||||||||||
47 | -Factored Maximum Moment | Mu | = | (Lf*LL+Df*DL)*Lb^2/8 | = | 51 | [kip-ft] | 68 | [kN-m] | |||||||||||||||||
48 | -Factored Maximum Shear | Vu | = | (Lf*LL+Df*DL)*Lb*0.5 | = | 12 | [kip] | 52 | [kN] | |||||||||||||||||
49 | -Shear Stud Diameter | Sd | = | 0,75 | [in] | 19 | [mm] | |||||||||||||||||||
50 | Section Dimensions | |||||||||||||||||||||||||
51 | -Effective Width | be | = | 110 | [in] | 2794 | [mm] | |||||||||||||||||||
52 | -Slab Thickness | ts | = | 8 | [in] | 203,2 | [mm] | |||||||||||||||||||
53 | -Steel Section | Des | = | ST10X37.5 | [] | |||||||||||||||||||||
54 | Material Properties | |||||||||||||||||||||||||
55 | -Steel Yield Strength | Fy | = | = | 36 | [ksi] | 248 | [MPa] | ||||||||||||||||||
56 | -Shear Stud Ultimate Strength | Fu | = | 58 | [ksi] | 400 | [MPa] | |||||||||||||||||||
57 | -Concrete Compressive Strength | fc | = | = | 3500 | [psi] | 24138 | [MPa] | ||||||||||||||||||
58 | -Steel Elastic Modulus | Es | = | = | 29000 | [ksi] | 200000 | [MPa] | ||||||||||||||||||
59 | -Steel Elastic Modulus | Ec | = | Es/index(C_Table,Match(fc,Comp,0),2) | = | 3412 | [ksi] | 23529 | [MPa] | |||||||||||||||||
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61 | -Table Row | row | = | Match(Des,section,0) | = | 795 | ||||||||||||||||||||
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63 | CALCULATIONS | |||||||||||||||||||||||||
64 | Section Properties | |||||||||||||||||||||||||
65 | -Area of Steel | As | = | index(table,row,4) | = | 11,00 | [in^2] | 7096,8 | [mm^2] | |||||||||||||||||
66 | -Height to web thickness ratio | hc | = | index(table,row,25) | = | 13,6 | [] | 13,60 | [] | |||||||||||||||||
67 | -Moment of Inertia about x-x | Ix | = | index(table,row,31) | = | 109,0 | [in^4] | 45369225 | [mm^4] | |||||||||||||||||
68 | -Beam Depth | BD | = | index(table,row,5) | = | 10,00 | [in] | 254 | [mm] | |||||||||||||||||
69 | -Flange Width | bf | = | index(table,row,8) | = | 6,39 | [in] | 162,306 | [mm] | |||||||||||||||||
70 | -Flange Thickness | tf | = | index(table,row,12) | = | 0,795 | [in] | 20,193 | [mm] | |||||||||||||||||
71 | -Steel to Concrete E ratio | nn | = | index(C_Table,Match(fc,Comp,0),2) | = | 8,5 | [] | 9 | [] | |||||||||||||||||
72 | -Check whether we use Plastic or Elastic Stress Distr. | Chk1 | = | if(hc<=3.76*sqrt(Es/Fy),"Plastic","Elastic") | = | Plastic | LRFD I3.2 | |||||||||||||||||||
73 | Elastic Section Properties | |||||||||||||||||||||||||
74 | -Concrete Transformed width | bet | = | be/nn | = | 12,9 | [in] | 328,7058824 | [mm] | |||||||||||||||||
75 | -Location of Composite Elastic Neutral Axis | yd | = | (((As*BD/2)+(bet*ts*(BD+ts/2)))/(As+ts*bet)) | = | 13,14 | [in] | 334 | [mm] | |||||||||||||||||
76 | -Moment of Inertia of Composite section about x-x | Itr | = | Ix+(As*(yd-BD/2)^2)+(1/12*ts^3*bet)+(ts*bet)*(yd-BD-ts/2)^2 | = | 1466,58 | [in^4] | 610436930 | [mm^4] | |||||||||||||||||
77 | -Extreme fiber tension section modulus | Str | = | Itr/yd | = | 111,65 | [in^3] | 1829605,2 | [mm^3] | |||||||||||||||||
78 | -Extreme fiber compression section modulus | Sconc | = | Itr/(BD+ts-yd) | = | 301,5 | [in^3] | 4940571,6 | [mm^3] | |||||||||||||||||
79 | Flexural Strength Calculations | |||||||||||||||||||||||||
80 | -Flexural Strength Based on Elastic Stress | Mn1 | = | if(Chk1="Elastic", min(0.9*0.85*Sconc*fc,0.9*Str*Fy)/12,"See Below") | = | See Below | [kip-ft] | #VALUE! | [kN-m] | LRFD I3.2 | ||||||||||||||||
81 | Case-1 Plastic Neutral Axis (PNA) in Slab | |||||||||||||||||||||||||
82 | -Uniform Compression stress depth | ad | = | (As*Fy)/(0.85*fc*be/1000) | = | 1,210 | [in] | 31 | [mm] | (16.7.3) | ||||||||||||||||
83 | -Compressive force in case 1 | C1 | = | 0.85*fc/1000*ad*be | = | 396,0 | [kip] | 1760 | [kN] | (16.7.1) | ||||||||||||||||
84 | -Tensile force in case 1 | T1 | = | As*Fy | = | 396,0 | [kip] | 1760 | [kN] | (16.7.2) | ||||||||||||||||
85 | -Factored Nominal Flexural Strength based on Case 1 | Mn2 | = | if(ts>ad,0.85*As*Fy*(BD/2+ts-ad/2)/12,"N/A") | = | 348 | [kip-ft] | 464 | [kN-m] | (16.7.5) | ||||||||||||||||
86 | Case-2 Plastic Neutral Axis (PNA) in Steel Beam | |||||||||||||||||||||||||
87 | -Compressive force in concrete | Cc | = | 0.85*fc*be*ts/1000 | = | 2618 | [kip] | 11636 | [kN] | (16.7.6) | ||||||||||||||||
88 | -Tension force in steel | Cs | = | ((As*Fy)-Cc)/2 | = | -1111 | [kip] | -4938 | [kN] | (16.7.9) | ||||||||||||||||
89 | -Thickness of flange in compression | df | = | Cs/(bf*Fy) | = | -4,830 | [in] | -123 | [mm] | |||||||||||||||||
90 | -Check if PNA within flange | Chk2 | = | if(df<0,"N/A",if(tf<bf,"PNA in Flange","PNA in Web")) | = | N/A | ||||||||||||||||||||
91 | -Distance to the centroid of tension portion of steel beam | yct | = | if(Cs<0,"N/A",((As*BD/2)-(df*bf*(BD-df)))/(As-bf*df)) | = | N/A | [in] | N/A | [mm] | |||||||||||||||||
92 | -Factored Nominal Flexural Strength based on Case 2 | Mn3 | = | if(Cs<0,"N/A",0.85*(Cc*(BD+ts/2-yct)+Cs*(BD-yct-df/2))/12) | = | N/A | [kip-ft] | N/A | [kN-m] | (16.7.10) | ||||||||||||||||
93 | Shear Strength Calculations | |||||||||||||||||||||||||
94 | -Required stud shear strength | Vnh | = | min(0.85*fc*be*ts/1000,As*Fy) | = | 396,0 | [kip] | 1760 | [kN] | |||||||||||||||||
95 | -Nominal stud shear strength | Qn | = | 0.5*pi()*Sd^2/4*sqrt(fc*Ec/1000) | = | 24,14 | [kip] | 107 | [kN] | |||||||||||||||||
96 | -Number of required Studs | Ns | = | round(Vnh/Qn,0) | = | 16 | [] | 16 | [] | |||||||||||||||||
97 | -Maximum Stud Spacing | ps | = | min(8*ts,Lb*12/Ns) | = | 13 | [in] | 332 | [mm] | |||||||||||||||||
98 | Deflections | |||||||||||||||||||||||||
99 | -Dead Load Deflection | DDL | = | 5*DL*(Lb*12)^4/(384*Es*Ix) | = | 6,90 | [in] | 175,2 | [mm] | |||||||||||||||||
100 | -Live Load Deflection | DLL | = | 5*LL*(Lb*12)^4/(384*Es*Itr) | = | 0,11 | [in] | 2,8 | [mm] |