Steel Building Design

8/19/2019 Steel Building Design

1/12

SULIT

UNlVERSITI MALAYSIA

P RLIS

Peperiksaan Semester Kedua

Sidang Akademik

20111201

2

4 Jun2012

EAT 354 3

-

Steel Building Design

Rekabentuk Binaan Keluli)

asa

: 3 jam

Please make sure that this question paper

has

TWELVE 12) printed pages including this

front page before you start the examination.

Sila pastikan kerlas .oaJan

In

mengandungi DUA BEUS 12) muka surat yang bercelak termasuk muka

hadapan .ebelum anda memulakan peperiksaan inf.)

This question paper has TWO 2) sections, SECTION A and SECTION

B.

Answer

ALL

questions from SECTION A and any ONE 1) question from SECITON B.

Kerlas .oaJan ni mengandungi DUA 2) bahagian,

BAHAGL4N

A dan BAHAGL4NB. Jawab SEMUA

soalan daripada BAHA.GL4N A dan mana-mana

SATU

1)

soa/an

dariBahogian B.

SULIT


2/12

SULIT

E T 354

SECTION

A: This section h s 4 questions. Please answer

LL

questions.

BAHAGIAN A.: Bahagian inl menganthmgi 4

soalan.

Silajawab SEMUA soalan.

Question 1

Soa/anI)

a)

A flat bar, 300 mm wide and 25 mm thick, is to be

used

as a tie. Erection conditions

require that the bar be constructed from two lengths connected together with a lap

splice using nine M20 bolts, as shown in Figure I. Calculate the tensile strength of

the bar, assuming grade 8275 steel.

[Satu bar

rata,

300 mm lebar

dan

25 mm

tebal,

untuk digunalcan sebagal pengikat Keadaan

pembinaan memerlukan bar diblna dari dua panjang yang disambungkan

bersama tiengan

sambat

pusingan

menggunalcan

sembi/an M20

bolt,

seperti yang

ditunjulrkan

dalam Rajah 1.

Kirakan

kekuatan tegangan bar,

dengan mengandailcan

gredS275 keluli }

5

Marks

Markah)

b) If the middle row

of

the holes is relocate 75 mm in X-direction, calculate the tensile

strength of the bar.

{Jika barisan

tengah

lubang

disusun

semula

75 mm dalam arah-X, lcirakan lrekuatan

tegangan bar.}

5 Marks Markah)

c) Compare your answer in QI(a) and Ql(b). Propose your opinion and state any

assumption you make.

[Bandingkan

jawapan anda dalam

Q1

a) dan QI b). Berikan pendapat

anda

dan nyatakan

sebarang

andaian

yang dlbuat.}

3 Marks Markah)

d) If the applied tensile load, T is 25% higher

th n

the tensile strength

of

the bar in

Q 1 b), determine the minimum thickness

of

the bar.

[fUca beban tegangan yang

digunakan,

T ialah 25 lebih tinggi daripada kekuatan tegangan bar pada

Q1

b),

tentukan kefebalan

minimum

bar.}

(4 Marks Markah)

.••.3/-

SULIT


3/12

SULIT

3

EAT 354

e) Other than increase or decrease the thickness

of

the bar in

Q

1 (d). as a design

engineer what would you do? Give two suggestions and state any assumptionS made.

Sketch a diagram

if

necessary.

[Selaln

dar

ipada menambah aJau mengurangkon kefebalan bar pada l

d),

sebagai seorangjurulera

rekabentuk

apakah

yang

akon

ancla

lak:ulcan?

Berlkan

penclapaJ

anda

dan

nyatakon sebarang

andaion

yang

dibuat

Lakorkan rajah jiko perlu ]

3

Marks Markah)

y

L x

50mm

0

0

a

G G

]OOmm

0 0

0

0

e a a

0

0 0

0

0

0

e

G a

]00

nun

0 0

SOmm

.

I·

I

]50mm ]50mm

Figure

[Rajah 1]

4/

SULIT


4/12

SULIT

Question 2

(Soalan2)

-4 -

EAT3S4

(a) The part

of

the floor

plan

for the internal panel

of an

office building

is

shown in

Figure 2.

The

floor is precast concrete slabs 125 mm thick supported on steel beams.

Assuming that self-weight

of

main beam

may

be taken as 1.0 kN/m. The following

loading data may be used:

[ bahag/an pelan lantai unh k panel dalaman bangunan

peJabat

dilUnjulckan di Rajah 2. Lantal i U

adalah papak

pra lUang

berketebalon

125 mm

disokang pada

rasuJc

keluJi. Anggap herat sendiri

rasuJc utama

sebanyak 1.0

/rN/m.

Data behan yang berllwt holeh digunakan.J

125 mm concrete slab 3.0 kN/m

2

[PapaHonkrlt 125 mm]

Finishes 1.0 kN/m

2

[Kemasan]

Partition

[Pembahaglan]

Imposed

load

[Beban hldup]

1.0kN/m

2

=3.0kN/m

2

f he beam of

457 x 191 x 67 UB

of

grade S 275 is used

in

beam

B/I-2

check for

the following design capacity; state your assumption [s] i f any:

[Jlka rasuk 457

t

191 t 67

UB

darl gredS 75 dlgunakan untuk Tasuk BlI-2, periksa kopasiti

rekobentuk berikut; nyatakan ondaion-andaian jika

ada:]

(i) Section classification

[Klaslfikasi seksyen]

(ii) Maximum bending moment and shear force

[Maksimum

moment lentur

dan

daya ricih]

iii)

Moment capacity

[Kapasitl momen]

(iv) Shear capacity

[Kapasili rlclh dan lengkungon]

(3 Marks

Markah)

(3

Marks Markah)

(6 Marks

Markah)

(6 Marks Markah)

••..5/-

SULIT


5/12

SULIT 5

EAT 354

b) As a design engineer of steel structure,

i

he design capacity at a)

iii)

and a) iv) did

not meet the requirement s stated in

Eurocode

3:

Design

o

Steel Structures Part

I

1,

gives your comment

to

solve the problem.

[Sebagai jurutera rekabentuk strulclur hlllIli. jika kopasiti

relcabentuJc

pada a) iii) dan a) iv) lidak

memenuhi

hlper/uan seperti dinya/akan da/am

Eurocode 3:

Design

o Stee/ Structures Part 1-1,

berikan pendapat anda un/uk menyelesaikan masa/ah

i/u]

,

,

,

--,------

,

'\

- - - - - - - - - \ \ - - - - - -

2 Marks Markah)

,

,

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ J __

,

, ,

, ,

r::\

:

r :

~ ~ r _ ; ; ~ l r _ ~ ; ~ ~ r _ ~ ~

,

,

,

,

•

,

"

6000

f \

--

~

~ _

; ; _ l r _ ; i ~ ~ r _ ~ x

,

,

--,----------------

2000

A

2000

_ _

..

_ _ _ _ _

1

, \

_ _ _

. . . . __

• • •

"

2000 2000

All Dimension

in mm

Semua

dimensi

da/am mm)

Figure 2

{Rajah

2J

2000

,

2000

c

,

,

....

6/

SULIT


6/12

SUL T

Question 3

Soallln3)

EAT 354

(a) t is proposed to use 686 x 254 x 140UB of grade S275 for a beam spanning 12.0 m

and supporting three secondary beams as shown

in

Figure 3a.

The

lateral and

torsional restraint

to

the compression flange is provided

at

both

end supports and at

positions

of

secondary beams. The compression flange is unrestrained between

supports

and

secondary beams.

[Adalah dicadangkan untuk menggunakan 686

54

140UB gred S275 untuk rasuk yang

panjangnya 12.0 m dan menyakong tiga rasuk kedua sepert; ditunjukkon dalam Rajah 30. Halangan

slsi

dan

kilasan pada bebibir mampatan rasuk

dikenakon

pada kedua-dua hujung sokongan

dan

pada

kedudukan

rasuJc..rasuk

kedua.

Bebibir mamapatan tidak dihalang diamara kedua-dua

sokongan

dan

rasuJ;,.rasuk

kedua]

Design data:

[Data

rekabentuk:]

Characteristic distributed dead load

[Cirt beban mati teragih]

Characteristic distributed imposed load

[Ciri beban htdup teragih]

Characteristic dead load reaction from each secondary

beam

[Ciri

daya

beban mati dari setiap rasuk

kedua]

= 3.0kN/m

=2.0kN/m

=

1 kN

Characteristic imposed load reaction from each secondary beam

=

2 kN

[Ciri daya beban mati dart setiap rasuk

kedua]

Young s Modulus,E

[Modulus

Young s, E]

Shear Modulus,G

[Modulus Ricih G]

Using the design data given;

[Dengan menggunakon data rekabentuk yang diberi;]

(i) Draw the shear force and bending moment diagram

[Lukiskan gambarajah daya ricih

dan

momen lentur]

(ii) Determine the elastic moment resistance (M.r)

fTentukan

momen

rintangan

/JIifal

M,,)j

= 210kN/mm

2

=81 kN/mm

2

(3 Marks Markah)

(5 Marks Markah)

7

SUL T


7/12

SULIT

iii)

Check for the buckling moment resistance Mpb)

[Periksa momen rintangan lengknkan M,w]

EAT 354

6

Marks Markah)

(b) The joint in Figure 3 b is subjected to tensile load. The thickness of the plate is 20

mm

and the diameter

of

the bolt holes is 22

mm

All

data

required for the design

are

show in the figure. Check for the minimum and maximum spacing, end and edge

distance.

{Sambungan

pada Rajah 3b dikenakan

daya

tegangan. Ketebalan plat adalah 20 mm

dan diameter

lubang bolt adalah

22

mm.

Semua

data yang diperlukan untuk rekabentuk

ditunJukkan

didalam rajah.

Semak minimum

dan maksimum untuk ara1c, hujung

dan Jarak

tepi]

6 Marks/6 Markah)

Secondary beam

1 ~ ~ t - - - - I ~ 1 ~ _ - - - - - ~ ~ 1 ~ 4 - - - - - . - j ~ 1

2000 4000 4000 2000

Figure3a

All Dimension in

mm

Rajah3a)

Semua

dimensi dalam mm)

i

1

0

0

0 0

I

I

I

a..

I

0

I

0 0 0

I

I

1

0

~ I ~

5 80 80 50

Figure3b

All Dimension in

mm

[Rajah3bj

[Semua dimensi dalam mm]

....

8/-

SULIT


8/12

SULIT

8

EAT 354

Question 4

(Soalan4)

A universal column section member

UKC)

is to e used as

an

internal column

in

a

single-storey building. The column has pinned boundary conditions at each end, and the

storey height is 4

m,

as shown in Figure

4. The

critical combination

of

actions results in a

design axial force of 2500 kN. Assess the suitability of

305

x

305

x 158 UKC in grade

8275 steel for this application and check the following design;

(Ketatan rentas tiang UKC) yang digunakan sebagai salu anggata bahagian ruang dalaman

dolam

bangunan bertingkat lIuang yang telah disematkan keadaan .empadan di setiap hujung,

d n

kstinggian

antara tingkat

4 m.

seperti yang

ditunju1dcan

dalam R/ljah 4. Gabungan

Irritikal

tindakan hasil dolam reka

bentuk daya paksi 2500

kN.

Nilatkan kesesuaian

305 x

305

x 158 UKC

dalam gred ksluli

8275

untuk

aplikasi ini dan semak rekabentuk berikut:]

a) Compression resistance

if

he

beam

placed on top of he column.

{Rintangan mampatan Jtka ras k

dtleta1dcan

di atas tiang.]

4 Marks Markah)

b) Buckling resistance in compression

i

he beam placed on top of he column.

{Rintangan lengko1dcan dalam mampatan jika rasuk di/eta1dcan

di

atas tiang.]

6 Marks Markah)

c) If the axial load, Ned acting

100 mm from

column web face, check the

buckling resistance.

{Jzka

beban paksi. Nodbertindok 100

mm

dari muka

web tiang,

semak rintangan lengkokan.]

7 Marks Markah)

d) Compare your answer in Q4(b)

and

Q4(c), justify your answer and state

any

assumption you made.

(Bandingkan Jawapan anda di Q4 b) dan Q4 c), Justifikasi Jawapan ando

d n

nyatakan

sebarang andaian yang ando buat.]

Figure

4

{Rajah

4]

3 Marks Markah)

....9/-

SULIT


9/12

SULIT E T 354

SECTION

B :

This

section has 2 questions. Please answer

any ONE

of he questions.

BAHAGlAN B: Bahagian inl mengandung/2 .oalan. SiJajawab mana - mana SATU 1)

soaIan.

Question 5

[Soalan

5/

a) Select the suitable universal column section UKC) and design the column shown in

Figure 5 using

S275

steel between levels 1 and

2.

The following assumptions may

be

made:

[Pllih keralan remas liang UKC) yang sesual dan rekabentuk liang di antora oras I dan 2 yang

elitunjukkan dalam

Rajah

6

bagi kelull

S275. Andalan-andalan

berikut

boleh

dibuat.]

• The column is continuous and fOnDS part

of

a structure

of

simple construction.

nang adalah

seJanjor

dan membentuk sebahagian darlpada·struktur pembinaan yang mudak}

• The column

is

nominally pinned at the base.

(/'iong secara nominal disemalkan

eli

pangkal.)

• Beams are connected

to

the column flange by flexible end plates.

[Roauk disambungkan

kepoda bebibir lajur

oleh

plat-akhlr f1eaibel.}

The reactions from the beam are given:

Diberi

tindakbalas dori ramk:)

• Reaction from beam 1,

Fl,d

= 35

kN

(/'indak balas dari ram I, F .d = 35 k.N]

• Reaction from beam

2,

lod = 200 kN

(/'indak

balas dari

ramk 2,

=

200

k.N]

• Reaction from beam 3, F3,d =

35 kN

(/'indak balas dari rasuk 3, FM = 35k.N]

17

MarksJ17

Markah)

b) As an engineer justify the requirement

to

design for the column between levels 2 and

3.

Give

your opinion and state any assumptions made.

[Sebagoi seorang jurutera perlutah

anda

merekabentuk bag/ tiang antara aras 2

dan

3. Berikan

pendapat

ando

dan nyalakan sebarang

undaion

yang d/bual.]

(3 MarksJ3

Markah)

....10/-

SULIT


10/12

SULIT

375 mm

45DDmm

1

I

_. :; ;

~ . . . . . . .

igureS

[ ajahS]

I

._--+._.

I

EAT S4

P

q

Zd

Ii

F - '= - ='

Fl.d

11/

SULIT


11/12

SULIT

EAT 354

Question

6

ISoalan6

a) Figure 6a and

6b

shows side and front elevations

of

the connection between column

and beam

of

the steel building structure. The joint is subjected to tensile load P,

which is 70

kN

for dead load and 55 kN for imposed load.

The joint

dimensions and

loads are shown in the figure. With grade 4.6 and 20 rom diameter bolt used for the

connection, the following data may be used;

[Rajah 60 and 6b menunjukkan pondangan tepi dan hadapan penyambungan di antara tiang dan

rasuk struktur bangunan kelull. Sambungan ini dikenakan dayo tegangan

P

iaitu 70 kN untuk beban

mati dan

55 kN

untuk beban hidup. Dimensi penyambungan don daya ditunjukkan didalam rajah.

Dengan menggunakan

gred

4.6

dan

20

mm diameter bolt untuk sambungan, data yang berikut boleh

digunokan:}

Bolt tension capacity,

PI

= 47.7 kN

[Keupayaan tegangan bolt,

PJ

Bolt shear capacity,P, =39.2

kN

{Keupoyaan riaih bolt, P

J

Design strength, Py = 265 N/rom

2

[Kekuatan rekobentuk,

pJ

i) Determine the depth

of

neutral axis

[Tentukan kedalaman paksi neutral]

ii) Calculate for the moment resistance

[Kira untuk penentangan moment]

iii) Check whether the

20

rom diameter bolt is satisfactory for the combine

shear and tension.

[Perlksa jika bait berd/ameter 20 mm adalah memuaskan untuk gabungan ricth dan

tegangan]

15Marksl15

Markah)

b) The connection between plate and beam is using the fillet weld method. Throat

thickness

of

the weld is 6 rom and steel grade S 275 are used for the connection.

Thickness

of

the plate is 5 rom. Determine the design resistance

of

the weld

per

unit length. Assume all the missing data if any).

[Penyombungan diantora plet dan rasuk menggunakan ldmpalan lambi. Ketebalan tekak

ldmpalan adalah

6

mm dan keluf/ gred

S

275 digunokan untuk sambungan

inL

Ketebalan plet

adalah

15

mm. Tentukan penentangan rekabentuk sambungan untuk satu unit panjang. Buat

andoian

untuk

data yang

tidale

lengkap Gika ado

5 Marks/5 Markah)

121

SULIT


12/12

SULIT

2

EAT

354

p

2

15 mm

thick plate

2 thick plate

Figure6a

[Rajah a]

b

Figure6b

[Rajah b]

~ o o O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O

All Dimension in mm

[Semua dlmensl

da am

mm]

All Dimension

n

mm

[Semua dimensl da am

mm]

SULIT

Steel Building Design

Documents

Transcript of Steel Building Design