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1 | Project: | @ | Project No.: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2 | Date: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3 | Subject: | Steel Beam with Web Penetration | By: | G.F. Shea | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4 | Opening Not Reinforced | Page: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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7 | This worksheet determines the Allowable Moment and Shear for a known steel beam size with a given web opening. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
8 | Cells requiring data input are highlighted in yellow. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
9 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
10 | Source: | AISC Steel Design Guide 2, Steel and Composite Beams with Web Openings; 1990 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
11 | Validation: | Example 1, Steel Beam with Unreinforced Opening, from Source document | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
12 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
13 | Member Data: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
14 | Beam Size: | W12X30 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
15 | depth: | d = | 12,3 | in | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
16 | flange width: | bf = | 6,52 | in | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
17 | flange thickness: | tf = | 0,440 | in | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
18 | web thickness: | tw = | 0,260 | in | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
19 | Plastic Section Modulus: | Zx = | 43,1 | in3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
20 | Yield Stress: | Fy = | 36,0 | ksi | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
21 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
22 | Hole Parameters: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
23 | Rectangular Hole: | OR | Circular Hole: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
24 | Height (in): | h = | 7 | Diameter (in): | D = | 8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
25 | Length (in): | l = | 20 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
26 | Rectangular openings are required to have radiused corners | Note: | The Design Guide treats circular holes | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
27 | Radius = | 0,625 | in | #NAME? | as equivalent rectangular holes | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
28 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
29 | ho = | 8 | #NAME? | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
30 | ao = | 3,6 | #NAME? | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
31 | ao/ho = | 0,45 | #NAME? | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
32 | po = | 4,35 | #NAME? | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
33 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
34 | Location of Opening: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
35 | h2 = | 9,80 | in | Centerline of opening from bottom of beam (in): | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
36 | st = | -1,50 | in | #NAME? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
37 | sb = | 5,80 | in | #NAME? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
38 | vt = | -2,40 | #NAME? | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
39 | vb = | 0,62 | #NAME? | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
40 | e = | -3,65 | in | #NAME? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
41 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
42 | Openings must be located so that the edge of the opening is not closer than distance d to the beam end | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
43 | Openings must be located so that the edge of an opening is not closer than distance d to a point load | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
44 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
45 | Proportioning and Detailing Guidelines, Table 4.5: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
46 | Beam Dimensions and Limits on Vm: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
47 | Width to thickness ratio of flanges: | Opening Dimensions: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
48 | ratio1 = | 7,4 | #NAME? | ao/ho_max = | 3,0 | #NAME? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
49 | Limit1 = | 10,8 | #NAME? | ho_max = | 8,61 | in | #NAME? | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
50 | Width to thickness ratio of web: | po_max = | 5,6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
51 | ratio2 = | 43,9 | #NAME? | Tee Dimensions: | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
52 | Limit2A = | 86,7 | #NAME? | st_min = | 1,845 | in | #NAME? | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
53 | Limit2B = | 70,0 | #NAME? | sb_min = | 1,845 | in | #NAME? | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
54 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
55 | Determine Maximum Moment Capacity (Mm): | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
56 | The nominal moment capacity of a beam with openings is a portion of the design flexural strength of a beam without openings. For a single span beam with a deck attached the design flexural strength Mn equals the plastic moment Mp which is equal to Fy*Zx. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
57 | Mp = | 129,3 | k-ft | #NAME? | 1551,6 | k-in | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
58 | ∆As = | 2,08 | in2 | #NAME? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
59 | Mm = | #NAME? | k-ft | #NAME? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
60 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
61 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
62 | φb = | 0,9 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
63 | φMm = | #NAME? | k-ft | #NAME? | k-in | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
64 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
65 | Determine Maximum Shear Capacity: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
66 | Vp = | 66,47 | k | #NAME? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
67 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
68 | Vpb = | 31,34 | k | #NAME? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
69 | αvb = | 1,041 | #NAME? | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
70 | Vmb = | 32,63208462 | k | #NAME? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
71 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
72 | Vpt = | -8,11 | k | #NAME? | In the table below the input values for Points 1 through 6 are taken from table 4.6 of the Reference Document. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
73 | αvt = | -3,667 | #NAME? | The Min and Max values were obtained using the worksheet BEMANL, which can be found on the XLC Repository. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
74 | Vmt = | 29,73 | k | #NAME? | φVn, φMn and R are calculated using the formulas shown on the adjacent page. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
75 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
76 | Vm = | 62,36 | k | #NAME? | Closest location to beam end based on minimum end clearance | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
77 | Vm_max = | 44,31 | k | #NAME? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
78 | φv = | 0,9 | Farthest distance from left based on R ≤1.00 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
79 | φVm = | 56,12 | k | #NAME? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
80 | Interpretation of Table 4.6, Allowable Locations for Openings, Example 1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
81 | Determine Moment-Shear Interaction: | Point = | Min | 1 | 2 | 3 | 4 | Max | 5 | 6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
82 | x = | 18 | ft | Distance from left support to centerline of opening | X = | 2,83 | 3,00 | 6,00 | 9,00 | 12,00 | 14,5 | 15,00 | 18,00 | |||||||||||||||||||||||||||||
83 | Mu = | 325,00 | k-ft | Mu = | 94,25 | 99,33 | 180,75 | 244,00 | 289,17 | 313,00 | 316,25 | 325,25 | ||||||||||||||||||||||||||||||
84 | Vu = | 0,01 | k | (Note that the shear value is actually 0, but this gives a division by 0 error) | Vu = | 30,46 | 30,1 | 24,1 | 18,1 | 12,00 | 7,03 | 6,00 | 0,01 | |||||||||||||||||||||||||||||
85 | φVn = | #NAME? | #NAME? | #NAME? | #NAME? | #NAME? | #NAME? | #NAME? | #NAME? | |||||||||||||||||||||||||||||||||
86 | ∅Vn = | #NAME? | k | #NAME? | φMn = | #NAME? | #NAME? | #NAME? | #NAME? | #NAME? | #NAME? | #NAME? | #NAME? | |||||||||||||||||||||||||||||
87 | R = | #NAME? | #NAME? | #NAME? | #NAME? | #NAME? | #NAME? | #NAME? | #NAME? | |||||||||||||||||||||||||||||||||
88 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
89 | ∅Mn = | #NAME? | k-ft | #NAME? | From the table above it can be seen that the centerline of the opening can be placed between a point | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
90 | 2.83 feet from the support and a point 14.5 feet from the support. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
91 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
92 | R = | #NAME? | #NAME? | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
93 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
94 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
95 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
96 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
97 | Note: If R > 1.0, reinforcement must be added or the opening needs to be moved. See following Tab. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
98 | See table on adjacent page for determination of allowable opening locations. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
99 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
100 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||