Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2017.05a
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pp.56-57
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2017
In recent years, new construction methods have been required to reduce the construction cost and increase the available area in an environment where construction work is frequently performed in a narrow urban area like Korea. As a result of these studies, slim floor composite beam has been suggested. Slim floor composite beam can reduce required depth because web of steel beam is embedded in the slab, so it is effective to reduce floor height and increase the available area. The purpose of this study is the floor height reduction evaluation by comparing system consisting of reinforced concrete, steel, and slim floor using square-shape steel pipe. After doing structural design for a typical plan, checked effectiveness by comparing each design plan. It is proven that slim floor composite beam can reduce required depth effectively comparing required materials of other system.
Decks, interior beams, edge beams and girders are the parts of a steel floor system. If the deck is optimized without considering beam optimization, finding best result is simple. However, a deck with higher cost may increase the composite action of the beams and decrease the beam cost reducing the total cost. Also different number of floor divisions can improve the total floor cost. Increasing beam capacity by using castellated beams is other efficient method to save the costs. In this study, floor optimization is performed and these three issues are discussed. Floor division number and deck sections are some of the variables. Also for each beam, profile section of the beam, beam cutting depth, cutting angle, spacing between holes and number of filled holes at the ends of castellated beams are other variables. Constraints include the application of stress, stability, deflection and vibration limitations according to the load and resistance factor (LRFD) design. Objective function is the total cost of the floor consisting of the steel profile cost, cutting and welding cost, concrete cost, steel deck cost, shear stud cost and construction costs. Optimization is performed by enhanced colliding body optimization (ECBO), Results show that using castellated beams, selecting a deck with higher price and considering different number of floor divisions can decrease the total cost of the floor.
According to ACI 224.3R-95 (ACI, 2013), construction joints (cold joint) in the column are to be provided at the top of floor slab for column continuing to the next floor and underside of floor slab and beam. A recent study reveals that providing cold joint of the mentioned location significantly reduced the seismic performance of the frame structures. Since, the construction joints in multi-story frame structures normally provided at the top of the floor slabs and at soffit of the beam in the column. This study investigated the effect of construction joint at various location in the column of beam-column joint such as at the top of floor slab, soffit level of the beam, half the depth of beam below the soffit of the beam and at a full depth of the beam below the soffit of the beam. The study revealed that there is an improvement in seismic capacity of the specimens as the location of cold joint is placed away from the soffit of the beam for lower story column.
This paper reports experimental investigation on shear behavior of steel reinforced concrete (SRC) shallow floor beam, where the steel shape is embedded in concrete and the high strength bolts are used to transfer the shear force along the interface between the steel shape and concrete. Six specimens were conducted aiming to provide information on shear performance and explore the shear bearing capacity of SRC shallow floor beams. The effects of the height of concrete slab, the size and the type of the steel section on shear performance of beams were also analyzed in the test. Based on the strut-and-tie model, the shear strength of the SRC shallow floor beam was proposed. Experimental results showed that composite shallow floor beam exhibited satisfactory composite behavior and all of the specimen failed in shear failure. The shear bearing capacity increased with the increasing of height of concrete slab and the size of steel shape, and the bearing capacities of beam specimens with castellated steel shape was slightly lower than those of specimens with H-shaped steel section. Furthermore, the calculations for evaluating the shear bearing capacity of SRC shallow floor beam were verified to be reasonable.
In this paper, quasi-static tests were carried out on three prefabricated reinforced concrete column-steel beam (RCS) sub-assemblages with floor slabs and one comparison specimen without floor slab. The effects of axial compression and floor slab on the seismic performance were studied, and finite element simulations were conducted using ABAQUS. The results showed that the failure of prefabricated RCS sub-assemblages with floor occurred as a joint beam and column failure mode, while failure of sub-assemblages without floor occurred due to beam plastic hinge formation. Compared to the prefabricated RCS sub-assemblages without floor slab, the overall stiffness of the sub-assemblages with floor slab was between 19.2% and 45.4% higher, and the maximum load bearing capacity increased by 26.8%. However, the equivalent viscosity coefficient was essentially unchanged. When the axial compression ratio increased from 0.24 to 0.36, the hysteretic loops of the sub-assemblages with floor became fuller, and the load bearing capacity, ductility, and energy dissipation capacity increased by 12.1%, 12.9% and 8.9%, respectively. Also, the initial stiffness increased by 10.2%, but the stiffness degradation accelerated. The proportion of column drift caused by beam end plastic bending and column end bending changed from 35% and 46% to 47% and 36%, respectively. Comparative finite element analyses indicated that the numerical simulation outcomes agreed well with the experimental results.
The slim-floor solution provides an efficient alternative to the classic slab-over-beam configuration due to architectural and structural benefits. Two deficiencies can be identified in the current state-of-art: (i) the technique is limited to nonseismic applications and (ii) the lack of information on moment-resisting slim-floor beam-to-column joints. In the seismic design of framed structures, continuous beam-to-column joints are required for plastic hinges to form at the ends of the beams. The present paper proposes a slim-floor technical solution capable of expanding the current application of slim-floor joints to seismic-resistant composite construction. The proposed solution relies on a moment-resisting connection with a thick end-plate and large-diameter bolts, which are used to fulfill the required strength and stiffness characteristics of continuous connections, while maintaining a reduced height of the configuration. Considering the proposed novel solution and the variety of parameters that could affect the behavior of the joint, experimental and numerical validations are compulsory. Consequently, the current paper presents the experimental and numerical investigation of two slim-floor beam-to-column joint assemblies. The results are discussed in terms of moment-rotation curves, available rotational capacity and failure modes. The study focuses on developing reliable slim-floor beam joints that are applicable to steel building frame structures located in seismic regions.
Ramnavas, M.P.;Patel, K.A.;Chaudhary, Sandeep;Nagpal, A.K.
Structural Engineering and Mechanics
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v.64
no.4
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pp.437-447
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2017
Explicit expressions for rapid prediction of inelastic design quantities (considering cracking of concrete) from corresponding elastic quantities, are presented for multi-storey composite frames (with steel columns and steel-concrete composite beams) subjected to service load. These expressions have been developed from weights and biases of the trained neural networks considering concrete stress, relative stiffness of beams and columns including effects of cracking in the floors below and above. Large amount of data sets required for training of neural networks have been generated using an analytical-numerical procedure developed by the authors. The neural networks have been developed for moments and deflections, for first floor, intermediate floors (second floor to ante-penultimate floor), penultimate floor and topmost floor. In the case of moments, expressions have been proposed for exterior end of exterior beam, interior end of exterior beam and both interior ends of interior beams, for each type of floor with a total of twelve expressions. Similarly, in the case of deflections, expressions have been proposed for exterior beam and interior beam of each type of floor with a total of eight expressions. The proposed expressions have been verified by comparison of the results with those obtained from the analytical-numerical procedure. This methodology helps to obtain the inelastic design quantities from the elastic quantities with simple calculations and thus would be very useful in preliminary design.
The advantages of composite construction are now well understood in terms of structural economy, good performance in service, and ease of construction. However, these conventional composite construction systems have some problems in application to steel framed buildings due to their large depth. So, in this study we executed an experimental test with the "Slim Floor"system which could reduce the overall depth of composite beam. Slim Floor system is a method of steel frame multi-story building construction in which the structural depth of each floor is minimized by incorporating the steel floor beams within the depth of the concrete floor slab. Presented herein is an experimental study that focuses on the flexural behaviour of the partially connected slim floor system with asymmetric steel beams encased in composite concrete slabs. Eight full-scale specimens were constructed and tested in this study with different steel beam height, slab width, with or without shear connection and concrete topping thickness. Observations from experiments indicated that the degree of shear connection without additional shear connection was $0.53{\sim}0.95$ times that of the full shear connection due to inherent mechnical and chemical bond stress.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2011.11a
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pp.83-84
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2011
This study provides floor vibration analysis for a factory constructed by ES-beam using field measured acceleration data. The natural frequencies of the first two modes of floor are extracted from measured data. With this information, a system identification has been performed to produce a numerical model representing existing floor. The peak magnitudes of acceleration for one man walking heel drop load from experiment and numerical model are analyzed using ISO vibration criteria and AIJ vibration performance criteria. The results show that there is no problem in use of ES-beam.
Kim, Dong-Yeon;Rhim, Hong-Chul;Park, Sung-Woon;Kim, Do-Kyun;Lyum, Seung-Il;Park, Dae-Won
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2015.11a
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pp.189-190
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2015
Slim Floor construction method has to increase the available surface area thereby reducing the depth beams and slab. In addition, In this study compostie beam assembly of plates, square-shape steel pipe and deck plate. So workabiltiy is superior to the upper concrete possible without formwork. In the present study is strength test in progress in development slim floor composite beam used plate and perforated square shape steel pipe and obtained anlysis and conclustion of the experimental results.
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