calculation note(rev0)

17
1 Billboard Design and Analysis Calculation Note Calculation Notes for Billboard Foundation and Steel Structure

Upload: metoo215

Post on 30-Oct-2014

494 views

Category:

Documents


4 download

TRANSCRIPT

Page 1: Calculation Note(Rev0)

     

1 Billboard Design and Analysis Calculation Note                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Calculation Notes for Billboard Foundation and Steel Structure 

   

Page 2: Calculation Note(Rev0)

     

2 Billboard Design and Analysis Calculation Note                 

1. General 

This Document is Included Structural calculation notes for Analysis & Design of Foundation and steel structure of Billboard. This Billboard  is Located Near at mehrabad Airport. Dimension and General view of billboard shown in following figure.  

 

 

2. Codes and Standards ‐ “Iranian  Code  for  Seismic  Resistant  Design  of  building”  STD‐2800(3rd 

Edition)  ‐ American Welding Society, AWS ‐ Specification for structural Joints Using ASTM A325 or A490 Bolts. ‐ 519 Iranians Codes. ‐ Iranian Concrete Design Code. (ABA Code) ‐ 9th topic of Iranians’ National Building Codes.  ‐ ACI 318‐05. ‐ ACI 351.2R‐94/99 

   

Page 3: Calculation Note(Rev0)

     

3 Billboard Design and Analysis Calculation Note                 

3. Materials 3.1. Reinforcing Bars  

Deformed  high  tensile  strength  Steel  bars, with minimum  yield strength  of  4200  kg/cm3  in  accordance  with  ASTM  A  615  or approved equivalent. 

3.2. Concrete Tow Type of concrete are considered for the design of structures. 

In analyses and Design, / is minimum compressive characteristic strength at 28 days on cylinder Specimen. 

  / 250  2              

   / 80  2             

/ 2.4  3 

4. Soil Parameter  This assumption is used in this project, because haven’t exist soil report.  

34           

0  2 

1.8  3 

1  2 

   

Page 4: Calculation Note(Rev0)

     

4 Billboard Design and Analysis Calculation Note                 

5. Input Data 5.1. Vendor Data 

Contractor  estimate  of  projector  weight  was  50Kg.  Structural calculation and Model used this assumption. Estimate  location of projectors shown in following figure.  

  

6. Loading 6.1. lateral loadings calculate as follow: 6.1.1 Wind Load Calculation: 

According To 519 Iranian Code 

20.005e qP C C q

q v

=

Ce = combined height, exposure and gust factor coefficient  

Cq = pressure coefficient for the structure or portion of structure 

Under consideration  

P = design wind pressure. 

v= wind stagnation pressure  

 

Page 5: Calculation Note(Rev0)

     

5 Billboard Design and Analysis Calculation Note                 

100 Tehran stationKmv hr=  

0.16

0.16

2( ) 210

5 2.2 0.5 7.77.72( ) 1.92 210

1.5

e

e e

q

zC

Z

C C

C

= ≥

= + + =

= = ⇒ =

=

 

220.005 100 50 Kgq m= × = 

22 1.5 50 150e qKgP C C q P m= ⇒ = × × =  

Force : 150 (10 5 2.2 0.6) 7698 Moment : M (150 10 5 4.7) (150 2.2 0.6 1.1) 35467.8 .

Wind F P A KgWind Kg m

= × = × × + × == × × × + × × × =

 

35.47 .7.7

wind

wind

M Ton mV Ton

=

=  

 

6.1.2 Earthquake Load Calculation: 

Design  base  shear:  The  total  design  base  shear  in  a  given  direction  shall  be determined from the following formula According to 2800 Iranian Code 

Page 6: Calculation Note(Rev0)

     

6 Billboard Design and Analysis Calculation Note                 

20 32.5( ) 2.5

V C WA B IC

RA B IV W

RTBT

= ×× ×

=

× ×= ×

= ≤

 

I = Importance factor 

g = Acceleration due to gravity. 

R  =  numerical  coefficient  representative  of  the  inherent  Over  strength  and 

global ductility capacity of lateral force‐Resisting systems 

V = Total design lateral force or shear at the base 

W = Total Weight  

A  I  R  B  0T h  g  c 0.35  1.4 5  2.5 0.7 7.7 9.81  0.245 

 

0.245V W= ×  

Pr0.245 ( )

0.245 (5700) 1396.5 1.4earthquake Plate Light ojector Structure

earthquake

V C W W W W

V Kg Ton

= × = × + +

= × = 

6.2 Gravity Load 

6.2.1 Dead Load 

Total Dead Load includes of steel Structure weight, thin steel plate with 2mm thickness and projectors with 150 kg weight.    

6.2.2 Live Load 

The Live Load include of hand rail and access path of billboard. This load assumed 50 Kg/m. 

Page 7: Calculation Note(Rev0)

     

7 Billboard Design and Analysis Calculation Note                 

7. Load Combination : 7.1. Load Combination Using Allowable Stress Design.  

This  load combination used  for checking  foundation stability and Designing steel structure.     

1.4

0.91.4

0.75 ( or 1.4

DeadDead Live Snow

EarthquakeDead Wind

EarthquakeDead

EarthquakeDead Live Wind

+ +

+ +

±

⎡ ⎤+ +⎢ ⎥⎣ ⎦

 

 7.2. Load Combination using strength Design. 

 

1.41.2 1.6 0.51.2 1.6 0.81.2 1.3 0.51.20.9 ( or 1.3 )

DeadDead Live SnowDead Snow WindDead Wind Live SnowDead Earthquake LiveDead Earthquake Wind

+ ++ ++ + ++ ++

 

 

   

Page 8: Calculation Note(Rev0)

     

8 Billboard Design and Analysis Calculation Note                 

8. Stability Check 

 

Stability must be checked in two separate cases, first in wind case and second in Earthquake  case. This  Structure has  light weight and wide  surface,  so  the wind case will be critical. (The Overturning and Resisting moment calculated at “A” point) 

 

2 2

Total Dead Load Foundation Weight + Structure Weight + Projector weightFoundation Weight = (2 tan(22.5)) (2 5.5 tan 22.5) 0.6 2.4 36.08

Total Dead Load 36.08 5.55 0.15 41.78Overturning

f f cD h Ton

Ton

γ

=

× × = × × × × =

= + + = Moment (Wind Case) = 35.47Ton.m

Overturning Moment (Earthquake Case) =7.28Ton.mResisting Moment = 114.9Ton.m

Resisting Moment 114.9Safe Factor (Wind Case) = = =3.24 3 Overturning Moment (Wind Case) 35.47

≥ Ok

Resisting Moment 114.9Safe Factor (Wind Case) = 15.79 3 OkOverturning Moment (Earthquake Case) 7.28

= = ≥

 

 

 

 

 

Page 9: Calculation Note(Rev0)

     

9 Billboard Design and Analysis Calculation Note                 

 

9. Design And Analysis of Billboard steel Structure  9.1. Modeling Software 

Sap  2000  version  11.0.0  is  used  for  Analyses  purpose  in  this project. 

9.2. Structural Geometry And Coding The Billboard board structure modeling in Sap 2000 Program.     

 

 

 

Page 10: Calculation Note(Rev0)

     

10 Billboard Design and Analysis Calculation Note                 

9.3. Loading on Structure  9.3.1. Dead Load   

Dead  Loads  are  including  steel  plate,  handrail,  access  path  and projector load. Dead Load Apply to structure as follow.   

 

 

Page 11: Calculation Note(Rev0)

     

11 Billboard Design and Analysis Calculation Note                 

9.3.2. Live Load  

Live Load is including the load of person who standing and walking on access path. Live Load Apply to structure as follow. 

 

9.3.3. Earthquake Load 

Calculated earthquake loads in each direction Applied to structure directly. Earthquake Load Apply to structure as follow. 

 

Page 12: Calculation Note(Rev0)

     

12 Billboard Design and Analysis Calculation Note                 

9.3.4. Wind Load 

Calculated Wind  load applied only  in one direction on Structure, and ignored other direction load. Wind Load Apply to structure as follow.  

 

   

Page 13: Calculation Note(Rev0)

     

13 Billboard Design and Analysis Calculation Note                 

9.4. Designing of Steel Structure  

Sap2000  program  Analysis  and  Designing  the  Steel  Structure.  After designing, Program Show this ratio for beams and column.  

 

 

 

 

 

Ratio of Beam  and  column must be under 1,  in whole of Beam  and  column Ratio  in  this  structure  under  1,  so  this  structure  Designing  safe  and commercial.  

   

Page 14: Calculation Note(Rev0)

     

14 Billboard Design and Analysis Calculation Note                 

10.  Design And Analysis of Billboard Foundation 10.1. General 

In  this  project  foundation  of  billboard  designed  as  octagonal  shape. Octagonal  foundation  is  commercial  than  square  foundation  and  has beautiful view.  

 

10.2. Foundation Designing procedure 

10.2.1. Sectional properties of foundation 

 

 Diameter of foundation is 5.5 meter 

Depth of foundation (foundation thickness) is 65 cm 

Reinforcement concrete cover is 10 cm   

Page 15: Calculation Note(Rev0)

     

15 Billboard Design and Analysis Calculation Note                 

( )2 2

4 4

2 tan 22.5 25.06 Foundation Area

0.0547 50.09 Foundation moment of inertia

25.06 0.6 24 360.86 Foundation weight

f f

m n f

f f f c

A D m

I I I D m

W A h KNγ

= =

= = = × =

= × × = × × =

 

 10.2.2. Service Load and Eccentricities Service load calculate in critical load combination 

MLoad Combination P(KN) M(KN.m) e(m)=P

417.86 354.7 0.84 0.154417.86

0.72 417.86 52.24 0.125 0.0230.9 0.72 376.07 52.24 0.139 0.025

0.33 417.86 117.05 0.281 0.051

f

eD

Dead WindDead

Dead EarthquakeDead Earthquake

Dead Wind

+− − −

+++

  

   

Page 16: Calculation Note(Rev0)

     

16 Billboard Design and Analysis Calculation Note                 

10.3. Base plate  and anchor bolt design  

2

5.735.47 .

7.7

( ) 3700

35.47 6.225.7

u

P TonM Ton mV Ton

KgF Anchorbolt cmMe mP

===

=

= = =

 

In  order  to  determined  base  plate  as  initial  assumption,  considering following dimension and anchor bolt.   

 

 

( )

3 21 2 3

1

2

3 2

3 2

0803 ( ) 3 (622 ) 17462 2

6 6 10 69.27( ) (32.5 622) 34002.9180

( ) 34002.91 40 32.5 2465211.062

1746 34002.91 2465211.06 0After Solving The Equation : 28.

s

x k x k x kHk e

nAk g eB

Hk k g

x x xx

+ + + =

= × − = × − =

× ×= + = × + =

= − × + = − × + = −

+ + − == 9cm

   

Calculating maximum stress between foundation and base plate. 

22 ( ) 2 5700 (622 32.5) 7461300 51.33

80 28.9 145355.44( ) 28.9 80 32.52 3 2 3

pP e g Kgf H x cmxB g

+ × × += = = =

⎛ ⎞+ − × × + −⎜ ⎟⎝ ⎠

 

 

2anchorboltusing 5 42 as Anchorbolt A 69.27

assumed Baseplate dimension 80cm 80cm 35.47 6225.7

801032.580

cm

Me cmPh cmngB cm

φ ⇒ =×

= = =

====

Page 17: Calculation Note(Rev0)

     

17 Billboard Design and Analysis Calculation Note                 

Anchor bolt tensile Force (T) 

28.9 80622 33723103 2 3 2 5700 53.6480 28.9 62.7832.52 3 2 3

x BeT P TonB xg

+ − + −= × = × = =

+ − + − 

Allowable compression stress 

/ /2

1

2 /2 2 2 2

2 2

0.35 0.7

5500.35 250 601.56 0.7 175 17580

51.33 175

p c c

p c p

p p

AF f fA

Kg Kg KgF f Fcm cm cmKg Kg f F Okcm cm

= ≤

= × × = ≥ = ⇒ =

≤ ⇒ ≤

Anchor Bolt Tensile stress  

2

2

53639 774.3669.27

7700 55.582 2 69.27

ts

vs

T Kgf cmAV Kgf cmA

= = =

= = =×  

2

2 2

p

0.43 1.8 0.33

0.43 4000 1.8 55.58 1609.71 0.33 1320 1320

774.36 1320

80 50 152

51.332 2 15 4.39 with using Stiffener t =3.5cm 2400

t u v u

t u t

t t t t

pp

v

F F f FKgF F F cm

Kg Kgf F f F Okcm cm

n m cm

ft n cm

F

= − ≤

= × − × = ≥ = ⇒ =

= ≤ = ⇒ ≤

−⎛ ⎞= = =⎜ ⎟⎝ ⎠

= = × × = ⇒ ⇒