Download Steel Structures 5th Edition Solutions Manual PDF

TitleSteel Structures 5th Edition Solutions Manual
File Size1.6 MB
Total Pages131
Table of Contents
                            99126-Salmon_ISM_CH03
98860-Salmon_ISM_CH06
98861-Salmon_ISM_CH07
98862-Salmon_ISM_CH08
98982-Salmon_ISM_CH09_PR
	09_02
	09_03
	09_04
	09_06
	09_07
	09_08
	09_13
98983-Salmon_ISM_CH12_PR
                        
Document Text Contents
Page 1

����

����

����

����

�������� �
��������� �
��������� �
��������� �
�����

� ���� ���
��
�� ���� ���
��
�� ���� ���
��
�� ���� ���
��
�����


���������������� ��������������������� ��������������������� ��������������������� ���������



��������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������

�!"�����"��� �!"�����"��� �!"�����"��� �!"�����"�������





















#$%����&'"��"�����(��'���))�&"�*���"������������)��*���"��"���+�*��&��)��������
��������������,-,#�-�"��"����.�������������"�����������"�����'���"�&��"�$������������������
"�����"�����"������������$�������!���/�0�
#1��"��������/*0�
234�5�����26��"���$�

��)"���7�
�����1�,�-�,�#�-8�
��9�1$:-��;���$8�(�9�%$63���$�

���&'"��"����!!�)"������"������
�$�< ����"�������"�����!�.����'�������=��.��
"������')"����)��!!�)���"�������"����"������������)���*��)��&'"���'������;$�#$2$4$�
���"����)���>�'���"���&��)"�)�����9�6$?2�!�������������""�)��������������$�


��9��
��9�6$?2/1$:-0�9�2$:6��;���$�









/�0
#1��"���$�
����

@�������������������)"���7�

�"���9��"� +�
��9�6$:6/#101$:-�9�442�=�&�� ���"����A�

��)"'�������!!�)"������"���)"���7�

�"���9��"� '�
��96$32/2?02$:6�9�423�=�&��

�)"���������7�������'�9�%$4��B�%$1��9�%$4��B�%$1/#�0�9�1$6��

��������������������������'�9%$-��

�����)��������������9��"����1�9�442�1�9�#3$2�=�&��

�����)���������������9#��9�#/#3$20�9�%%4�=�&��

��"��������)����������9���B���9�#3$2�B%%4�9�%26�=�&��


/*0
234�5�����26��"���$�
����

@�������������������)"���7�

�"����9��"� +�
��9�6$:6/2601$:-�9�#%4�=�&��

��)"'�������!!�)"������"���)"���7�

�"���9��"� '�
��9�6$32/1202$:6�9�4??�=�&�� ���"����A�

�)"����������7�������'�9%$4�B�%$1���9��$4��B�%$1/#�0�9�1$6��

���������������������������'�9%$-���

�����)��������������9��"����1�9�4??�1�9�-3$:�=�&��

�����)���������������9�#��9�#/-3$:0�9�%--�=�&��

��"��������)�����������9���B���9�-3$:B�%--�9�%:4�=�&��

© 2010 Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, NJ. All rights reserved. This publication is protected by Copyright and written permission should be obtained from
the publisher prior to any prohibited reproduction, storage in a retrieval system, or transmission in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying,
recording, or likewise. For information regarding permission(s), write to: Rights and Permissions Department, Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, NJ 07458.

Page 2

#$4����&'"��"�����(��'���))�
��������������1,-,#�-�"��"����)����)"���������*�"������$�����-
�����������!�3�?C��$C�����*��"������"���1
*��"�$�
��'�������"�����>�����"��"�����*��"��&��"�)�&
"�����"�����"������������$�������!���/�0�
#1��"��������/*0�
234�5�����26��"���

��)"���7�
�����1�,

���&'"��"����!!�)"������"������
���"��*�"��������!���������>�"������')"����)��!!�)���"�
"�=��������9�%$6$�������"������


��9�
��D�#������

����9�
��D�#/����������B

����������������������������������



/�0
#1��"���>�
���
@�������������������)"���7
�"���9��"� +�

��)"'�������!!�)"������"���)"���

�"���9��"� '�

�)"���������7������
������������������������
�����)��������������9�
�����)���������������

��"��������)��������


/*0
234�5�����26��"���>�
���
@�������������������)"���7�

��)"'�������!!�)"������"���)"���7

�"���9��"� '�

�)"���������7������
��� ���������������������
�����)��������������9�

�����)���������������9�#

��"��������)�������

#$4����&'"��"�����(��'���))�&"�*���"������������)�������"��"���+�*��&��)��������
#�-�"��"����)����)"���������*�"������$�����-C��$�����)��"��������������
�����*��"������"���1C��$�����)��"���������'*��������������!�3�?

*��"�$�
��'�������"�����>�����"��"�����*��"��&��"�)�&�"�����)���+����"�������$������������������
"�����"�����"������������$�������!���/�0�
#1��"��������/*0�
234�5�����26��"���

,�-�,�#�-8�
��9�1$:-��;���$8�(�9�%$63���$�

���&'"��"����!!�)"������"������
�$�< ����"����""�)����"��!������)���+����*��"��
���"��*�"��������!���������>�"������')"����)��!!�)���"�������"����"������������)���*��

%$6$�������"������
�����

#/����������B


��
0"�9�1$:-�C�#/6$:#32�B�



��
06$32�9�-$1:��;���$

����������������������������������
��9��
��9�%$66/-$1:0�9�-$1:��;���$�

����������
����� ��'��>�E'�'��������
>�&%


#1��"���>�
����
@�������������������)"���7�

��9�6$:6/#101$:-�9�442�=�&��
��)"'�������!!�)"������"���)"����

��9�6$32/2?0-$1:�9�46-�=�&��������������������������
�)"���������7�������'�9�%$4��B�%$1��9�%$4��B�%$1/#�
�������������������������'��9�%$-��
�����)��������������9��"����1�9�46-�1�9�#-�=�&��
�����)����������������9#��9�#/#-0�9�%64�=�&��
��"��������)����������9���B���9�#-�B%64�9�%#1�=�&��


234�5�����26��"���>�
����

@�������������������)"���7��"���9��"� +�
��9�6$:6/2601$:-�9�#%4�=�&�

��)"'�������!!�)"������"���)"���7�

��9�6$32/120-$1:�9�44:�=�&�� ����������������
�)"���������7�������'�9�%$4��B�%$1��9�%$4��B�%$1/#�

����������������������'�9�%$-��
�����)��������������9��"����1�9�44:�1�9�#?$%�=�&��

�����)���������������9�#��9�#/#?$%0�9�%%-�=�&��
��"��������)���������9���B���9�#?$%�B�%%-�9�%24�=�&�

��+�*��&��)��������
��$�����)��"��������������

��$�����)��"���������'*��������������!�3�?C��$C�����
�"�����)���+����"�������$������������������

"�����"�����"������������$�������!���/�0�
#1��"��������/*0�
234�5�����26��"����



< ����"����""�)����"��!������)���+����*��"��
����"����"������������)���*��

06$32�9�-$1:��;���$�





����
����� ��'��>�E'�'��������
>�&%C-1�



6$32/2?0-$1:�9�46-�=�&�����������������������������"����A�
�0�9�1$6��



6$:6/2601$:-�9�#%4�=�&��

�������������������"����A�
�0�9�1$6���

9�#?$%�B�%%-�9�%24�=�&��

#$#����&'"��"�����(��'���))�&"�*��������)�������������
#1��"����&��"��"�������
���*���%�-C��$(�%4���$�����������������*������!�������&��������"��"�������)"�����!��������$�

��������42F ���������������32F ����������>�����3�?


���C�-�!���)����)"����������"�

���&'"��"����!!�)"������"������

����"����"������������9�%$6$�������"������


��9�
��D�������

����9�
��D�/����������B

����������������������������������














#1��"���>�
����

�"���9��"� +�
��)"'�������!!�)"������"���)"���
�"���9��"� '�
�)"���������7������

������������������������
�����)��������������9�
�����)���������������
��"��������)��������

�!�"����.�������&��)��&��"��'�����
���

� �(�
��9�6$?2

��)"'�������!!�)"������"���)"���7�

�"���9��"� '�

�"����"������"����)��"�������*+�+�������������������)"���$�

��"��������)�������

#$#����&'"��"�����(��'���))�&"�*��������)�������������
#1��"����&��"��"�������
��$(�%4���$�����������������*������!�������&��������"��"�������)"�����!��������$�

��������42F ���������������32F ����������>�����3�?C��$������*��"������'���$

!���)����)"����������"�$�����
����D�#$#�!����!!�)"������"�����$

���&'"��"����!!�)"������"������
�$��������')"����)��!!�)���"�
����"����"������������9�%$6$�������"������
�����

/����������B


��
0"�9�6$42/%40�C�%/6$:#32�B�



��
06$42�9�4$32��;���$

����������������������������������
��9��
��9�%$66/4$320�9�4$32��;���$�




��9�6$:6/#10/#$660�9�:3$4�=�&�������������"����A
��)"'�������!!�)"������"���)"����


��9�6$32/2?04$32�9�%46�=�&����������������������������
�)"���������7�������'�9�%$4��B�%$1��9�%$4��B�%$1/#�
�������������������������'�9%$-��
�����)��������������9��"����1�9�:3$4�1�9�%1$4�=�&��
�����)����������������9#��9�#/%1$40�9�-?$1�=�&��
��"��������)����������9���B���9�%1$4�B-?$1�9�1-$?�=�&�

��.�������&��)��&��"��'�����
���C�-$%>��

9�6$?2
��9�6$?2/#$660�9�4$22��;���>����"�����!���


)"'���
��9�4$32��;���$�

��)"'�������!!�)"������"���)"���7��


��9�6$32/2?04$22�9�%%%�=�&���

�"����"������"����)��"�������*+�+�������������������)"���$��

��"��������)���������9��B���9�%1$4�B�-?$1�9�1-$?�=�&�

#$#����&'"��"�����(��'���))�&"�*��������)�������������
#1��"����&��"��"�������
��$(�%4���$�����������������*������!�������&��������"��"�������)"�����!��������$�����

�"������'���$�

!����!!�)"������"�����$�

���')"����)��!!�)���"���

06$42�9�4$32��;���$�



���"����A�

6$32/2?04$32�9�%46�=�&�����������������������������

�0�9�1$6��

%1$4�B-?$1�9�1-$?�=�&��

60�9�4$22��;���>����"�����!���
��A�

%1$4�B�-?$1�9�1-$?�=�&��

© 2010 Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, NJ. All rights reserved. This publication is protected by Copyright and written permission should be obtained from
the publisher prior to any prohibited reproduction, storage in a retrieval system, or transmission in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying,
recording, or likewise. For information regarding permission(s), write to: Rights and Permissions Department, Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, NJ 07458.

Page 65

9.3. Select the lightest W section as a beam. Assume only flexure must be considered;
i.e., omit treating shear and deflection. The dead load given is in addition to the weight
of the beam.

Case 8: dead load is 0.3 kips/ft, live load is 0.9 kips/ft, span is 35 ft, the beam has lateral
support at the ends and midspan, and Fy = 50 ksi.

Use LRFD Design Method

(a) Obtain factored loads:

wu = 1.2(0.3 + beam wt) + 1.6(0.9) ≈ 1.8 kips/ft

Mu =
wuL

2

8
=

1.8(35)2

8
= 276 ft-kips (without beam)

(b) Determine the Cb factor, AISC-F1.

The beam has lateral support at the ends and midspan. The loading is uniform and
symmetric, so the worst loading will occur on a segment containing the midpoint of the
beam. Use the segment from 0 ft to 17.5 ft with Lb = 17.5 ft. For doubly symmetric
members, Rm = 1.0.

Cb =
12.5Mmax

2.5Mmax + 3MA + 4MB + 3MC
Rm ≤ 3.0

Mmax = max moment in the unbraced segment = M

MA = moment at 1/4 pt of the unbraced segment = 0.438M

MB = moment at 1/2 pt of the unbraced segment = 0.8M

MC = moment at 3/4 pt of the unbraced segment = 0.938M

Cb =
12.5M

2.5M + 3(0.438M) + 4(0.8M) + 3(0.938M)
(1.0) = 1.30

(c) Since the unbraced length is fairly long, select a beam using Table 3-10 Available
Moment vs. Unbraced Length, AISC Manual, pp. 3-96 to 3-131 with Lb = 17.5 ft.

Required φbMn =
Mu
Cb

=
276

1.30
= 212 ft-kips

Select: W21×48, φbMn = 221 ft-kips

(d) Correct the moment for the selected beam weight.

Mu = 276 +
1.2(beam wt)L2

8
= 276 +

1.2(48/1000)(35)2

8
= 284 ft-kips

© 2010 Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, NJ. All rights reserved. This publication is protected by Copyright and written permission should be obtained from
the publisher prior to any prohibited reproduction, storage in a retrieval system, or transmission in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying,
recording, or likewise. For information regarding permission(s), write to: Rights and Permissions Department, Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, NJ 07458.

Page 66

(e) Compute the design moment strength using the beam properties from the AISC
Manual Table 1-1, pp. 1-18 and 1-19.
[

h

tw
= 53.6

]



[

λp = 3.76



E

Fy
= 90.6

]

;

[

λp = 0.38



E

Fy
= 9.15

]

<

[

bf
2tf

= 9.47

]



[

λp = 1.0



E

Fy
= 24.1

]

The web is compact and the flange is noncompact so use AISC-F3.

For the limit state of lateral torsional buckling, AISC-F3.1 uses AISC-F2.2:

From Table 3-2 in the AISC Manual p. 3-17, Lp = 5.86 ft and Lr = 16.6 ft.

[Lr = 16.6 ft] < [Lb = 17.5 ft] elastic lateral torsional buckling applies, AISC-F2.1(c).

Mn = FcrSx = Sx
Cbπ

2E

(Lb/rts)
2



1 + 0.078
Jc

Sxho

(

Lb
rts

)2

= (93)
(1.30)π2(29000)

(12(17.5)/2.05)2



1 + 0.078
(0.803)(1)

(93)(20.2)

(

12(17.5)

2.05

)2

= 319 ft-kips

For the limit state of compression flange local buckling, AISC-F3.2:

Mn = Mp −
(

Mp − 0.7FySx
)

(

λ − λpf
λrf − λpf

)

= 446 −

(

446 −
0.7(50)(93)

12

)(

9.47 − 9.15

24.1 − 9.15

)

= 442 ft-kips

Elastic lateral torsional buckling controls! Calculate the design moment strength.

φbMn = (0.9)(319) = 287 ft-kips

The W21×48 beam is sufficient. To verify it is the lightest beam use Table 1-1 of the
AISC Manual, and examine the first beam in each group lighter than 48 lb/ft with a large
enough Zx. The following table shows the moment corrected for the beam weight.

Section Mu φbMn
bf
2tf

h

tw
OKAY?

ft-kips ft-kips

W21×48 284 287‡ 9.47∗ 53.6 OK
W21×44 284 168‡ 7.22 53.6 NG
W18×46 284 185‡ 5.01 44.6 NG
W16×45 284 227‡ 6.23 41.1 NG
W14×48 284 275† 6.75 33.6 NG
† Inelastic lateral torsional buckling controls
‡ Elastic lateral torsional buckling controls

© 2010 Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, NJ. All rights reserved. This publication is protected by Copyright and written permission should be obtained from
the publisher prior to any prohibited reproduction, storage in a retrieval system, or transmission in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying,
recording, or likewise. For information regarding permission(s), write to: Rights and Permissions Department, Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, NJ 07458.

Page 130

12.4. Investigate the adequacy of the given section of the accompanying figure. No joint
translation can occur and external lateral support is provided at the ends only.

Use LRFD Design Method

(a) Obtain the factored loads.

MaDL = McDL = 2.90 ft-kips

MaLL = McLL = 3.80 ft-kips
MbDL = 2.00 ft-kips

MbLL = 2.50 ft-kips

Mnta = 1.2(2.9) + 1.6(3.8) = 9.56 ft-kips

Mntb = 1.2(2) + 1.6(2.5) = 6.4 ft-kips

Pu = 1.2(14) + 1.6(50) = 96.8 kips

(b) Column action:

Largest
KL

r
=

(KL)y
ry

=
1.0(15)12

1.62
= 111

φcFcr = 18.2 ksi

φcPn = φcFcrAg = 18.2(8.25) = 151 kips

Pu
φcPn

=
96.8

151
= 0.643 > 0.2 Use AISC Formula (H1-1a)

(c) Beam Action. Neither lateral torsional buckling nor web local buckling are limit states
for weak axis bending. Check flange local buckling.

[

bf
2tf

= 7.0

]

<

[

λp = 0.38



E

Fy
= 9.15

]

; section is compact.

φbMn = φbMp = φbFyZy = 0.9(50)(10.1)
1

12
= 37.9 ft-kips

(d) Moment magnification. Obtain the slenderness ratio for the axis of bending. The beam
is bending about the weak axis.

Axis of bending
KL

r
=

(

KL

r

)

y
= 111

Pe1 =
π2EI

(KL)2
=

π2(29, 000)(21.7)

[(1.0)(15)(12)]2
= 191 kips

Cm = 1 − 0.4

(

Pu
Pe1

)

= 1 − 0.4

(

96.8

191

)

= 0.798

B1 =
Cm

1 − Pu/Pe1
=

0.798

1 − 96.8/191
= 1.615

(e) Check AISC Formula (H1-1a), omitting the x-axis bending term.

© 2010 Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, NJ. All rights reserved. This publication is protected by Copyright and written permission should be obtained from
the publisher prior to any prohibited reproduction, storage in a retrieval system, or transmission in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying,
recording, or likewise. For information regarding permission(s), write to: Rights and Permissions Department, Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, NJ 07458.

Page 131

Pu
φcPn

+
8

9

(

Muy
φbMny

)

=
96.8

191
+

8

9

(

1.615(9.56)

37.9

)

= 0.643 + 0.362 = 1.005 > 1.0 No good!

Section has insufficient strength for the given loading.

© 2010 Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, NJ. All rights reserved. This publication is protected by Copyright and written permission should be obtained from
the publisher prior to any prohibited reproduction, storage in a retrieval system, or transmission in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying,
recording, or likewise. For information regarding permission(s), write to: Rights and Permissions Department, Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, NJ 07458.

Similer Documents