Challenge

Project 2

1) Design a Warehouse Building located in Chennai using STAAD Pro Connect Edition. The specification must be as follows:

    

Width 

30m

Length

50m

Eave Height

9m

Bay spacing

6m

Soil type

Medium

Safe Bearing Capacity

200 kN/m2

Roof slope

1 in 12

Assume suitable sections for structural elements. Follow IS800:2007, IS1893 and IS 875

1) Prepare a Design Basis Report for the project :-

        PDF formate attach below

2) Create structural model using STAAD Pro Connect Edition :-

       

       

       

       

       

       

       

   

3) Prepare DL, LL, WL and EQL load calculations as per IS 875 standards :-

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

 

 1) Design Foundations using STAAD Foundation :-

       

      

     

     

     

     

    

     

     

4) Design using MS – Excel

          a) Steel column :- 

                          Height of column h = 9m

                          Yeild strength fy = 250N/mm^2

                         Elastic modulus E = 200000N/mm^2

                         Material factor γm = 1.1

          Step :- 1

                      Section classification

                           Properties of selected section                             

ISHB 400
A 10466mm^2
h 400mm
B 250mm
t 10.6mm
T 12.7mm
rx 166.1mm
ry 51.6mm
Zp cm^3

                            Flange criterion b/T = 9.84

                             Web criterion   d/t = 35.34

                                                    ε = 1

                                                   b/T < 10.5

                                                   d/t < 42

                                 The section is classified as COMPACT

          Step :- 2

                      Effective length

                                   As both ends pin-jointed

                                                              KLx = 9m

                                                              KLy = 9m

                                                              KLz = 9m

                      Slenderness ratio

                                                             KLx/rx = 54.18

                                                             KLy/ry = 174.42

                     Non-dimensional effective slenderness ratio

                                                           

                                                                    λ = 1.964

           Step :- 3

                       To calculate φ

                                   h/bf = 1.60

                                           > 1.2

                                        T = 12.7mm

                       So, buckling class = b

                                         α = 0.34                                       

                               φ = 0.5(1+α(λ-0.2)+λ^2)

                                        φ = 2.73

          Step :- 4

                     Claculation of χ 

                                         

                                         χ = 0.216N/mm^2

            Step :- 5

                       Calculation of fcd

                                             fcd = χfy/γm 

                                                  = 49.17

              Step :- 6

                         Factored Axial Load

                                                 Pd = Afcd

                                                      = 514.614kN

       b) Rafter :- 

                        Span of I beam = 6m

                       Dead load = 18kN/m

                       Imposed load = 40kN/m

                       Length of bearing = 100mm

                       Yield strength = 250N/mm^2

                         

               Step :- 1

                          Design load calculation

                                 Factored load = 87kN/m

                                 Factored bending moment = 391.5kNm

                Step :- 2

                          Section modulus required

                                              Zreqd = 1722600mm^3

                                                        = 1722.60cm^3

               Step :- 3

                          Section classification

                                       Properties of selected section                        

ISMB 250
A 475.5mm^2
D 250mm
B 125mm
t 6.9mm
T 12.5mm
Izz 5131.6cm^4
Iyy 344.5cm^4
Zp 459.76cm^3

                                        Flange criterion B/2T = 5

                                       Web criterion (D-2T)t = 32.61

                                                               ε = 1

                                                             B/2T < 9.4

                                                            (D-2T)/t < 83.9

                                        The section is classified as PLASTIC

            Step :- 3

                        Moment of resistance of the cross section

                                  Moment Md = (Zpχfy)/γm 

                                               Md = 104.491kNm

                                                     < 391.50

                          Hence section ISMB 250 is adequate for flexure

            Step :- 4

                        Shear resistance of the cross section

                                   Shear capacity Vc = 0.6fyAv/γm 

                                                          Av = 1725mm^2

                                                          Vc = 235.23kN

                                                           V = 261kN

                                                          V/Vc = 1.11

                                                                 .> 0.6

            Step :- 5

                       Check for web buckling 

                                 Slenderness ratio of web = 2.5d/t

                                                               d = 225mm

                                                                  = 70.33mm

                                Design compressive stress fc = 203N/mm^2

                                                                 Pw = 315.16kN

                                                                       > 261

                                    Hence web is safe against shear buckling 

         Step :- 6

                    Check for web crippling at support

                                Root radius of ISMB250    R = 13mm

                                                                  tf + R = 25.5mm

                                Dispersion length   n^2 = 63.75mm

                                                              Pcrip = 245625N

                                                                      = 245.63kN

                                                                      < 261

                              Hence section adequate for web crippling

        Step :- 7

                   Check for serviceability Deflection

                                  Design load = 58kN/m

                                   Deflection δ = 95.36mm

                                  Allowable deflection = 30mm

                                     Hence serviceability is satisfied

         c) Base plate :-

            Step :- 1

                                Strength of concrete fcu = 40 N/mm^2

                                Yield strength of steel fy = 250 N/mm^2

                               Material factor γm = .kN

                               Factored load = 1500 kN

           Step :- 2

                      Steel column section

                                Thickness of flange T = 12.7 mm

           Step :- 3

                       Area required 

                               Bearing strength of concrete = 0.4fcu

                                                                         = 16 N/mm^2

                               Area required = 93750 mm^2

                               Let size of plate 

                                                Bplate = 350 mm

                                                Dplate = 350 mm

                              Area of plate          = 122500 mm^2

                              Let projection on each side 

                                                      a = b

                                                         = 25 mm

                                                     w = 12.24 N/mm^2

                             Thickness of slab base ts = 7.7 mm

                                                                  < 12.70 mm

                               So use base plate of size 350mmx350mmx12mm.

          d) Pedestal :- 

                             Grade of concrete = 40N/mm^2

                            Load = 123kN

                            Moment = 116kNm

                            Horizontal shear = 13kN

                            Yield strength = 250N/mm^2

                            Length of base plate L = 450mm

                            Width of the base plate B = 350mm

                            C/C distance of (Ld) of bolt group in Z = 300mm

                            C/C distance of (Ld) of bolt group in X = 180mm

                             Bearing strength of concrete fc = 16N/mm^2

                            Depth of column D = 300mm

                            Width of column W = 250mm

                 Step :- 1 

                            Anchor Bolt Details 

                                    Dia of anchor bolt = 24mm

                                    No of anchor bolt on each side = 4

                                    Total number of anchor bolt,n = 8

                                   Gross area of the bolt 'Asb' = 452.16mm^2

                                   Net area of the bolt 'Anb' = 352mm^2

                                   Ultimate tensile strength of the bolt fub = 400N/mm^2

                                   Fyb(Anchor bolt) = 240N/mm^2

                 Step :- 2

                             Base plate details 

                                   Ultimate tensile strength of a plate,fu = 490N/mm^2

                                   Thickness of plate = 16mm

                                   Yield stress of plate = 330N/mm^2

                 Step :- 3

                            Anchor bolt design 

                                  Area of the plate = 157500mm^2

                                  Stress Max pressure σ1 = F/A+6*Mz/BL^2

                                                                = 10.60N/mm^2

                                                                < 16

                                                               OK

                                             Min pressure σ2 = F/A-6*Mz/BL^2

                                                                = -9.04N/mm^2

                                                                < 16

                                             C = L*σ1/(σ1+σ2) 

                                                = 242.89mm

                                             a = L/2-C/3

                                                = 144.04mm

                                            e = (L-Ld)/2 
                                               = 75mm

                                            y = (L-C/3-e)

                                              = 294.04mm

                             Tension in anchor bolts along the length of plate 

                                               FT = (Mz-Fxa)/y

                                                   = 364.38

                                       Tension per bolt = 91.10kN

                                       shear per bolt,V = 1.63kN

                 Step :- 4

                             Shear check

                             Factored shear force Vsb = 1.63kN

                                                             Vd,sd = 81290.9N

                                                                      = 21.291kN

                                             Factored Vd,sb = 65.03kN

                  Step :- 5

                             Tensile check 

                             Factored tensile force in bolt Tb = 91.10kN

                             Tensile strength of bolt Td,b = Tnb/γmb

                                                               Tn,b = 0.9fubAn 

                                                                      = 126720N

                                                                      = 126.72kN

                                                              Tn,b = fybAsb(γmb/γmo)

                                                                      = 123316N

                                                                      = 123.316kN

                                       Lesser of two           =123.32kN

                             So,                            Td,b = 98.65kN

                 Step :- 6

                             Combined unity check  

                                       (Vsb/Vdb)^2+(Tb/Tdb)^2

                                                         Vsb/Vdb = 0.025

                                                         Tb/Tdb = 0.92

                                                    Unity check = 0.85

                                                                   < 1

                                                    Hence OK

                 Step :- 7

                             Anchor bolt length

                                     Bond strength in tension bd = 1.4N/mm^2

                                     Anchor length required = Tb/(3.14*d*τbd)

                                                                       = 863.44mm

                                   Let anchor bolt bolt length = 900mm                                              

          e) Purlin :-

                 Step :- 1

                             Span of the purlin = 7m

                             Spacing of the purlin = 1.5m

                            Number of sag rods  = 1

                            Slope of the roof = 5deg

               Step :- 2

                           Dead loads 

                                  Weight of sheeting = 5kg/m^2

                                  Self weight of purlin = 4.22kg/m^2

                                  Additional load = 10%

                                                         = 0.42kg/m^2

                                  Total dead load = 0.096kN/m^2

                           Live loads 

                                 Live load on roof = 75kg/m^2

                                                          = 0.75kN/m^2

                          Wind loads 

                                 Basic wind spped = 50m/s

                                 Terrain category = 2

                                 Building class = B

                                                k1 = 1

                                                k2 = 1

                                                k3 = 1

                                 Design wind speed Vz = 57m/s

                                  Design wind pressure Pz = 1949.40N/m^2

                                                                      = 1.95kN/m^2

                                  Length of the building I = 50m

                                  Breath of the building w = 30m

                                  Height of the building h = 10.5m

                                  Height of the building at eaves = 9m

                                                                  h/w = 0.35

                                                                   I/w = 1.67

                                  External pressure coefficient 

                                         Maximum downward Cpe = -0.4

                                         Maximum upward Cpe = -0.7

                                   Internal pressure coefficient 

                                         Maximum positive Cpi = 0.5

                                         Maximum negative Cpi = -0.5

                                  For maximum upward wind force 

                                         Maximum upward Cpe = -0.7

                                                                    Cpi = -0.5

                                                          Cpe + Cpi = -1.2

                                                                     Pz = 1.95

                                       Wind pressure for purlin design = -2.339kN/m^2

                                  For maximum upward wind force 

                                       Max upward Cpe = -0.4

                                                         Cpi = 0.5

                                                   Cpe + Cpi = 0.1

                                                         Pz = 1.95

                                      Wind pressure for purlin design = 0.195kN/m^2

           Step :- 3

                      Design load calculation

                                    Spacing of purlin = 1.5m

                                    Slope of roof = 5deg

                                    Total dead load = 0.096kN/m^2

                                    DL normal component = 0.144kN/m

                                    DL tangential component = 0.013kN/m

                                    Total live load = 0.75kN/m^2

                                    LL normal component = 1.121kN/m

                                    LL tangential component = 0.098kN/m

                                    WL1 wind load = -2.339kN/m^2

                                    WL normal component = -3.496kN/m

                                   WL2 wind load = 0.195kN/m^2

                                   WL normal component = 0.291kN/m

                       Summary of loads 

  DL+LL DL+WL1 DL+LL+WL2
Normal load 1.265 -3.351 1.556
Tangential load 0.111 0.013 0.111
  DL+LL 0.75(DL+WL1) 0.75(DL+LL+WL2)
Normal load 1.265 -2.514 1.167
Tangential load 0.111 0.009 0.083

                                  Maximum normal component = 1.265kN/m

           Step :- 4

                      Purlin section

                                  Section selected = Zx200x6x2.3

                                  Yield stress of material = 2400kg/cm^2

                                  Flange width b = 60mm

                                  Depth of section d = 200mm

                                 Thickness t = 2.30mm

                                 Length of Lip lip_I = 20mm

                                 Internal bending radius = 3mm

                                                           Area = 8.07cm^2

                                                           Zxx = 47.72cm^3

                                                           Zyy = 10.22cm^3

                                                           Ixx = 477.18cm^4

                                                           Iyy = 61.34cm^4

                                            Weight of purlin = 6.335kg/m

                                                                    =4.223kg/m^2

                      Check for basic properties 

                                                        t = 2.30mm

                                                        w = 49.40mm

                                                       Fy = 2400kg/cm^2

                                                       w/t = 21.48

                                                              < 60

                                                             OK

                           Check for stress

                                             Span major axis = 7m

                                             Span minor axis = 2m

                                             BM coefficient for Mxx = 10

                                             BM coefficient for Myy = 10          

  DL+LL DL+WL1 DL+LL+WL2
Normal load  6.198 16.422 7.625
Tangential load  0.060 0.007 0.060
Mxx/Zxx 129.878 344.133 159.789
Myy/Zyy 5.895 0.672 5.895
(Mxx/Zxx)+(Myy/Zyy) 135.773 344.805 165.684

                                                 Maximum compressive stress = 344.80N/mm^2

                                                                                  1435/sq.root of f = 24.44

                                                                                                            > 21.48

                                                                                 Hence section OK

           Step :- 5

                      Combined Bending And Shear stresses in web

                                                h/t = 84.96                                              

  DL+LL DL+WL1 DL+LL+WL2
Fbw 506.539 673.697 637.697
Fv 735.223 977.847 977.847

                          Actual stress

fbw 129.878 344.133 159.789
fv 5.895 0.672 5.895
fbw/Fbw 0.256 0.511 0.237
fv/Fv 0.008 0.001 0.006
Sqrt of sum of squares 0.257 0.511 0.237

                            Maximum combined stresses = 0.511

                                                                        < 1

                                                               OK

           Step :- 6 

                      Check for deflection

                              Number of spans = 3

                              Deflection = (3/384)(wl^4/EI)

                                         w = 3.351kN/m

                                   Span = 6m

                                        E = 207400N/mm^2

                                       Ixx = 477.18cm^4

                                       δ = 34.29mm

                 Allowable deflection δ = Span/180

                                                 = 33.33mm

                                                > 34.29

                                         Not OK

2) Design a simply supported gantry girder to carry electric overhead travelling crane

            Step :- 1

                     Span of gantry girder = 7 m

                     Span of crane girder = 9 m 

                     Crane capacity = 250 kN 

                     Self-weight of trolley, hook, electric motor etc. = 40 kN 

                     Self-weight of crane girder excluding trolley = 100 kN 

                     Minimum hook approach = 1.0 m 

                     Distance between wheels = 3 m 

                     Self-weight of rails = 0.2 kN/m

            Step :- 2

                    Maximum moment due to vertical load 

                         Weight of trolley + weight of load lifted = 290kN 

                          Self weight of crane girder = 100kN

                         For maximum reaction on girder, the moving load should be as close to the gantry as possible

                            Reaction at A RA = 501kN

                            Reaction at B RB = 281.875kN

                             Load on gantry girder from each wheel = 251kN

                             Factored wheel load = 375.833kN

                             Maximum moment ME = 634.21kNm

                            Letr self weight of girder = 2kN/m

                                   Dead load = 2.2kN/m

                                   Factored DL = 3.3kN/m

                                   M due to DL = 20.21kNm

                                   M due to impact load = 158.55kNm

                                   Factored moment due to all vertical loads

                                                         M = 812.99kNm

        Step :- 3

                     Maximum moment due to lateral load

                            Horizontal force transferred to rails = 29kN

                            Horizontal force on each wheel = 7.25kN

                            Factored horizontal force = 10.875kN

                           Maximum moment = 18.35kNm

                            Vertical shear due to wheel loads = 563.75kN

                                              Impact = 140.94kN

                                             Self weight = 9.90kN

                                           Total shear = 714.59kN

                                      Lateral shear due to surge = 20.68kN

       Step :- 4

                 Preliminary section determination

, ,,                       Minimum economic depth D = L/12

                                                                    = 583.333mm

                           Width of compression flange b = L/40 to L/30

                                                                       = 175 to 233

                           Required plastic modulus Zp = 1.4M/fy

                                                                     = 4552721

                                                                     = 4552.72x10^3

                           Let us try ISMB600 with ISMC400 on compression flange.

       Step :- 5

                    Properties of selected section                          

ISMB [email protected]/m
A 15600mm^2
h 600mm
b 210mm
tf 20.3mm
tw 12mm
Izz 91800x10^4mm^4
Iyy 2650x10^4mm^4
R 20mm
ISMC [email protected]/m
A 6380mm^2
h 400mm
b 100mm
tf 15.3mm
tw 8.8mm
Izz 15200x10^4mm^4
Iyy 508x10^4mm^4
Cyy 2.42mm

           Step :- 6

                       Let the distance of N>A> from, t,he tensio,n range by y'

                                                  y' = 388.93mm

                                                 Izz = 1348.13x10^6mm^4

                                                 Zez = 3466240mm^3

                             For compression flange about y-y axis

                                              I = 16766.7x10^4mm^4

                                             Zey = 838333mm^3

                             Total area of section = 21980mm^2

                            Let plastic N>A> be at a distance 

                                                               Yp = 580.88mm

                                                             Zpz = 4410317mm^3

                                        For top flange Zpy = 1078488mm^3

          Step :- 7

                     Section classfication

                                      For ISMB b/t = 4.90

                                                          < 9.4

                                                     d/t = 43.28

                                                           < 84

                                     For ISMC b/t = 5.96

                                                        < 9.4

                                    Hence section is plastic

             Step :- 8 

                        Check for local moment capacity

                               Local moment capacity for bending in vertical plane 

                                                 Mdz = fyZp/1.1

                                                        = 1002.34kNm

                                                 Mdz = 1.2Zefy/1.1

                                                        = 945.34kNm

                                 For top flange 

                                                Mdy = 245.11kNm

                                                Mdy = 228.64kNm

                                                In the above which ever the minimum value is taken

                                                 Mdz = 945.34kNm

                                                 Mdy = 228.64kNm

          Step :- 9 

                      Check for combined local capacity 

                                                (812.99/945.34)+(18.35/228.64)<1

                                                                  0.947<1

            Step :- 10

                         Check for buckling resistance 

                                                Md = βbZpfbd

                                                  βb = 1

                                              Lt = 7000mm

                                              E = 200000N/mm^2

                                              hf = 597.5mm

                                               Iy = 17850x10^4mm^4

                                               A = 21980mm^2

                                               ry = 90.12mm

                                      

                                              fcr,b = 417.43N/mm^2

                                                    λ = 0.744

                                                    φ = 0.95

                                                      = 0.97N/mm^2

                                                    fbd = 166.591

                                                   Mdz = 734.72kNm

                                                   Mdy = 202.84kNm

                                      Hence 1.20>1

                                        Hence section is unsafe against torsional buckling

             Step :- 11

                           Check for shear

                                              Vz = 714.59kN

                                    Shear capacity = Avfyw/(3^0.5x1.1)

                                                          = 944755N

                                                          = 944.755kN

                                                          > 714.59

                                                Now = 566.853kN

                                                              Low shear

           Step :- 12

                         Check for web buckling

                                                 b = 175mm

                                                 n1 = 232.6mm

                                                 d = 519.4mm

                                                 t = 12mm

                                                 = 104.746

                                                 Fcd = 128.6N/mm^2

                               Buckling resistance = 629008kN

                                                           > 714.59kN

           Step :- 13

                        Check for deflection at working load

                         Vertical deflection

                           Serviceability vertical wheel load = 251kN

                           Deflection at mid span a = 2000mm

                                                            Izz = 1348.13x10^5mm^4

                                                            

                                                            δ = 25.32mm

                                     Horizontal deflection

                                                           I = 16766.65x10^4mm^4

                                                           δ = 4.88mm

                                                         L/750 = 9.33mm

                                                          Unsafe in vertical direction.

                                                          Safe in lateral direction.

Your portfolio, next

Ship work like this
in your own course.

Talk to a career counsellor

Free 20-minute call. We'll map the right course to where you want to work.

By submitting you agree to our Terms and Privacy Policy.