เอกสารประกอบการสัมมนาวิชาการ ความก้าวหน้าของงานโครงสร้าง

การเสริมก าลังด้วย BRB

Bare Frame -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 Drift % Force (kN) BRB-RC Frame -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 Drift (%) Force (kN)

Combined RC-BRB System Khampanit et al. 2014

Example

THANK YOU FOR YOUR ATTENTION Q&A

เอกสารประกอบบรรยาย นวัตกรรมของโปรแกรมออกแบบจุดต่อ โครงสร้างเหล็กและคอนกรีต โดย นายชโนดม รัตนโชติเมธา ผู้จัดการ การตลาดเชิงวิศวกรรม บริษัท ฮิลติ (ไทยแลนด์) จำกัด โครงการอบรม ความก้าวหน้าของงานโครงสร้าง วันพฤหัสบดีที ่ 24 พฤศจิกายน 2565 เวลา 08.30-16.30 น. ชั้น 6 ณ อาคาร วสท. (ซอยรามค าแหง 39 วัดเทพลีลา) จัดโดย วิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทย ในพระบรมราชูปถัมภ์ ร่วมกับ บริษัท ฮิลติ (ไทยแลนด์) จ ากัด

1 FINITE ELEMENT METHOD AND CLOUD-BASED STEELTO-CONCRETE CONNECTION DESIGN Structural Evolution Academy Conference November 24, 2022 Thailand Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 2 AGENDA 1.0 Introduction 2.0 Post-installed anchor design in the light of EIT 011008-21 3.0 From anchor design to baseplate connection design 4.0 CBFEM steel-to-concrete connection design with PROFIS Engineering 5.0 Live demo

2 EVERYDAY, EVERY PROJECT DEALS WITH FASTENERS Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 3 Structural components • Part of the main structural frame resisting actions • Modelled in the analysis for the relevant design situation according to the design code. • Connected to concrete with a baseplate Non-structural components • Architectural, mechanical, electrical, plumbing, machinery (Services), curtain wall systems • NOT part of the main structural frame but connected to it Anchors connect various steel components to concrete DIFFERENT ANCHOR TECHNOLOGIES ARE COMMONLY USED TO CONNECT THE TWO MATERIALS Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 4 Project requirements dictate which system to use Headed fastener Anchor channel Mechanical fastener Chemical fastener Cast-in place Anchor Post-installed Anchor Steel-to-Concrete Connection

3 Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 5 Design and construction philosophy • Achieve structural integrity • Contribute to a safer, more resilient built environment for all. Designer & Consultant’s needs • Peace of mind – compliance • Easy and fast design (design it once) • Save costs for the client • Installed as designed Contractor’s needs • Speed – no delays • Optimize material • No rework • Easy to install • Documentation AS WITH ALL STRUCTURAL DESIGN, SEVERAL DESIGNS NEEDS MUST BE MET, AND CHALLENGES OVERCOME EVEN THOUGH IT IS A SMALL DETAIL, DESIGNING ANCHORS COMPLIANTLY CONTRIBUTES TO STRUCTURAL INTEGRITY Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 6 Damage can be avoided with compliant design & installation • 35 tons panel that collapsed onto the crane during erection • Collapse of suspended concrete ceiling, a vehicle was partially crushed, killing a passenger Source: Construction Industry Program Incident Report: Precast Panels Collapses onto a Crane, WorkSafe Victoria, Ref. No. 02:015, 29 November 2002. NTSB (2007) Highway Accident Report, “Ceiling collapse in the Interstate 90 Connector Tunnel, Boston, Massachusetts, July 10, 2006”

4 POST-INSTALLED ANCHOR DESIGN IN THE LIGHT OF EIT 011008-21 Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 7 Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 8 EIT011008-21 & ACI 318 PROVIDE A CLEAR FRAMEWORK FOR QUALIFICATION AND DESIGN OF POST-INSTALLED ANCHORS ACI 355.4-11 Qualification of Post-Installed Adhesive Anchors in Concrete and Commentary ACI 355.2-07 Qualification of Post-Installed Mechanical Anchors in Concrete and Commentary AC193 Design parameter AC308 What do I need to test? How to test the anchor? How to test the anchor? What do I need to test?

5 TO DESIGN, AN ICC-ESR APPROVAL IS REQUIRED AFTER A SUCCESSFUL TEST ASSESMENT FROM AN ACCREDITED 3 RD PARTY LAB Post-installed anchors must be qualified for use with EIT011008-21 / ACI 318 provisions according to: ▪ ACI 355.2 and ICC-ES AC193 (mechanical anchor systems) ▪ ACI 355.4 and ICC-ES AC308 (adhesive anchor systems) ICC Product approval certificate Testing and assessment standard Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 9 Merge with previous TO DETERMINE STRENGTH, ICC-ESR APPROVAL IS USED IN CONJUNCTION WITH DESIGN PARAMETERS FROM EIT / ACI 10 Tension Strength Checks Shear Strength Checks Concrete Breakout Concrete Pullout Bond Strength Side face blowout Concrete Breakout Concrete pry out Steel Failure Steel Failure Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022

6 THE ANCHOR DESIGN PHILOSOPHY IN EIT011008-21AS WELL AS ACI 318 FOLLOWS LFRD PRINCIPLES Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 11 Load Partial safety factor for action γF Load and Resistance Factor Design Design action Design resistance (divided by partial safety factor) Mean ultimate Resistance FRu,m Characteristic value of action FSk Sd ≤ Rd Characteristic resistance FRk (5% fractile) Rd Sd 1 2 Resistance Closer margin between design action & design resistance = optimised design Keep, and use EIT terminol ogy FROM ANCHOR DESIGN TO BASEPLATE CONNECTION DESIGN Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 12

7 THE BASEPLATE IS CENTRAL IN TRANSFERRING LOADS FROM THE NEW ELEMENT TO THE CONCRETE Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 13 • Base plate is the interface of the steel structure to the foundation. • Completes the load path. • Distributes the load to the foundation. • Conforms to the same shape as the concrete below it. • base plate takes the load from the column (welds) and distributes it to the anchor bolts. • Behaves as a beam in 2D. Designed per strength in flexure. • Thickness of plate is key in determining adequacy in load transfer. Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 14 • No deformation on the plate • Resistance provided by the base plate isn't considered • Uses Linear-Elastic Stress/Strain Model • Relevant mechanical properties for design are fastener cross-section () and fastener modulus of elasticity () • Stiffness of the concrete is characterized by its modulus of elasticity A RIGID BASEPLATE UNDERPINS ALL ASSUMPTIONS OF CAST-IN & POST-INSTALLED ANCHOR DESIGN

8 MANY PARAMETERS INFLUENCE A BASEPLATE’S RIGIDITY – CHANGING SMALL PARAMETERS CAN HAVE A HUGE IMPACT Baseplate Thickness Anchor Type Profile Size Anchor Size Baseplate Size Stiffeners Anchor position Rigid Baseplate Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 15 WHAT HAPPENS IF YOUR BASEPLATE IS NOT RIGID? Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 16 • different load distribution between anchors and reduced lever arm which can lead to significant additional tension on the anchors • Non-rigid base plates tend to show more deflection than rigid base plates. Engineers need to consider this for designs that are governed by a deflection criteria.

9 Hand Calculations Design Guides 17 DIFFERENT ANALYSIS TECHNIQUES ARE AVAILABLE, DEPENDING ON TIME & COMPLEXITY CONSTRAINTS Custom Spreadsheets Finite Element Analysis Level of Detail Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 Rigid behavior of baseplates: Load distribution is simplified and based on the assumption that the baseplate does not deform. Real behavior of plates: All components geometry and mechanical properties influence the load distribution: • Profile (& stiffeners) • Weld • Plate • Anchors • Concrete HOWEVER, SIMPLIFIED METHODS MIGHT NOT BE ABLE TO MODEL THE REALISTIC BEAHAVIOR Bending 0MPa fcd Rigid Non-rigid Prying forces Higher anchor force Concrete stress under the plate Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 18

10 PROFIS ENGINEERING SOFTWARE AND CBFEM BASEPLATE CONNECTION DESIGN Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 19 Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 PROFIS ENGINEERING IS ONE PLATFORM FOR ALL POSTINSTALLED CONNECTIONS Steel to concrete Concrete to concrete NEW! From Feb 2023 Baseplate Optimization Handrail System Pre/Post Installed Anchor Design Post-installed rebar Concrete Overlay e-Learning 20

11 THE ONLINE VERSION ENABLES SEAMLESS ACCESS, GIVING YOU FULL CONTROL OVER YOUR DESIGNS Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 21 Benefits for accessibility: • Cloud based platform – no installation process • Access on any device • Always up to date with regular background updates. Benefits for productivity: • Faster computation process • Create common folders to grant multiple users access to shared projects and end-to-end collab. PROFIS ENGINEERING COMES EQUIPPED WITH THE NEW EIT 011008-21 DESIGN METHOD FOR ANCHORS (2023) ACI 355.4 Adhesive anchor test standard ACI 355.2 Mechanical anchor test standard Chapter 21 – Anchoring to Concrete Design • ACI 355.2 • ACI 355.4 EIT 011008-21 Code (Thailand) ICC-ES Evaluation Report AC308 ICC-ES Acceptance Criteria for adhesive anchors AC193 ICC-ES Acceptance Criteria for mechanical anchors International Code Council Evaluation Service (or 3rd Party Evaluation Agency) ICC-ESR indicates Product compliance Requirement for compliance 1. Design methods: 2. Design parameters: Hilti PROFIS Engineering Design efficiency, compliance, transparency 3. Design software: Calculation reports Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 22

12 Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 23 “State of the art on Anchor Design” Anchor Design with various design standards ex. ACI318 with up-to-date ICC approvals “Integrate in user workflow” Integrate with user-relevant software of Structural Design (SAP 2000, ETABs), Drawing Software such as AutoCAD and integrated with BIM (Tekla, Revit) “Beyond anchor design: Joint Structural Analysis” ✓Rigidity check ✓Baseplate ✓Welds ✓Stiffeners ✓Anchors …AND THE ABILITY TO USE CBFEM TO MODEL AND DESIGN THE ENTIRE CONNECTION Standard Version: EIT011008-21 Design method Premium Version: EIT011008-21 Design method, full-baseplate design CBFEM Analysis and integration with other FEM Software CBFEM ALLOWS FOR A MORE REALISTIC LOAD DISTRIBUTION …for all profile shapes …considering the flexibility of the baseplate …considering the impact of stiffeners on the baseplate …covering all anchor arrangements … verified solution, studies have been published in cooperation with universities Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 24 References: Wald F., et. al., BENCHMARK CASES FOR ADVANCED DESIGN OF STRUCTURAL STEEL CONNECTIONS, Hilti Advance base plate technical background, Finite element validation from Uni Munich

13 HOW DOES IT WORK? Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 177 models the base plate using CBFEM – Component Based Finite Element Method and a non-linear analysPROFIS Engineering is. The components – Column section, stiffeners, welds, plate, anchors and concrete – are modeled as below. Ideal mesh size is automatically determined by PROFIS Engineering, the mesh is refined near the node and the designer may change the mesh size Concrete modeled with compression spring Steel defined with shell elements Anchor modeled with tension spring Modeling of supports Finite element mesh PROFIS ENGINEERING ALSO INTEGRATES WITH KEY DESIGN ANALYSIS SOFTWARE TO ENHANCE PRODUCTIVITY Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 26 Design full connection with PROFIS Engineering Suite Import load combinations directly Export geometry and anchor directly Structural engineering SW BIM/CAD SW Import load combinations via Excel Export geometry and anchor via BIM/CAD export All other BIM/CAD ✓ Baseplate ✓ Welds ✓ Stiffeners ✓ Anchors ✓ Baseplate ✓ Welds ✓ Stiffeners ✓ Anchors Other structural software

14 Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 27 LIVE DEMONSTRATION Presentation title | Month 202x 28

15 Presentation title | Month 202x 29 Presentation title | Month 202x 30

16 Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 31 THANK YOU Finite Element Method and cloud-based steel-to-concrete | Thailand | November 24, 2022 32 ชโนดม รตันโชติเมธา(โน่) ผจู้ดัการการตลาดเชิงวิศวกรรม Engineering Marketing Manager Hilti (Thailand) Ltd. Head Office 1858/107–108 Interlink Tower Bangna 24th Fl.Debaratna road I Bangna Tai I Bangna I Bangkok I Thailand 10260 T +662 099 5300 | F +662 099 5399 M +6691 545 1202 E [email protected]

เอกสารประกอบบรรยาย แนวทางการออกแบบและเสริมกำลัง โครงสร้างอาคารขนาดใหญ่หลังเกิดเพลิงไหม้ และกรณีศึกษาอื่นๆ โดย ดร.การุญ จันทรางศุ บริษัท เค.ซี.เอส. แอนด์ แอสโซซิเอทส์ จำกัด คณะกรรมการควบคุมอาคาร กรมโยธาธิการและผังเมือง โครงการอบรม ความก้าวหน้าของงานโครงสร้าง วันพฤหัสบดีที ่ 24 พฤศจิกายน 2565 เวลา 08.30-16.30 น. ชั้น 6 ณ อาคาร วสท. (ซอยรามค าแหง 39 วัดเทพลีลา) จัดโดย วิศวกรรมสถานแห่งประเทศไทย ในพระบรมราชูปถัมภ์ ร่วมกับ บริษัท ฮิลติ (ไทยแลนด์) จ ากัด

KCS KCS แนวทางการออกแบบและเสริมโครงสรางอาคาร ขนาดใหญหลังเกิดเพลิงไหมและกรณีศึกษาอื่นๆ ดร.การุญ จันทรางศุ K.C.S. & ASSOCIATES Co., Ltd.

หัวขอการบรรยาย KCS ภาคที่ 1 ก. ความรูเบื้องตนเกี่ยวกับอัคคีภัยในอาคาร ข. ลําดับขั้นตอนการออกแบบและเสริมโครงสรางอาคารหลังเกิดเพลิงไหม ค. ตัวอยางการปรับปรุงโครงสรางอาคารหลังเกิดเพลิงไหม ภาคที่ 2 แนวทางการออกแบบและเสริมโครงสร้างอาคารขนาดใหญ่หลังเกิดเพลิงไหม้ แนวทางการออกแบบและเสริมโครงสร้างอาคารขนาดใหญ่ กรณีศึกษาอื่นๆ ก. การออกแบบและเสริมโครงสรางรองรับการตัดเสาเพื่อปรับเปลี่ยนการใชงานอาคาร ข. การออกแบบและเสริมโครงสรางเพื่อรักษาเสถียรภาพของอาคาร ค. การออกแบบและเสริมโครงสรางเพื่อตานทานแรงแผนดินไหว

KCS ก. ความรูเบื้องตนเกี่ยวกับอัคคีภัยในอาคาร FIRE TEMPERATURES 1. The growth period 2. The fully developed period, and 3. The decay period ภาคที่ 1 แนวทางการออกแบบและเสริมโครงสรางอาคารขนาดใหญหลังเกิดเพลิงไหม

STANDARD FIRE CURVE KCS

MATERIAL PROPERTIES OF STEEL UNDER FIRE KCS STRENGTH PROPERTY

MODULUS PROPERTY KCS

MATERIAL PROPERTIES OF CONCRETE UNDER FIRE KCS STRENGTH PROPERTY

MODULUS PROPERTY KCS

KCS THERMAL EXPANSION OF STEEL AND CONCRETE UNDER FIRE

KCS FIRE ENDURANCE PROPERTIES OF CONCRETE SLAB UNDER FIRE

KCS ข.ลําดับขั้นตอนการการออกแบบและเสริมโครงสรางอาคารหลังเกิดเพลิงไหม • VISUAL INSPECTION to determine severity and safety of damaged structure for further investigation. • STRUCTURAL INTEGRITY EVALUATION - Structural Damage Mapping - Measurement of structural deformation - Testing of material properties • STRUCTURAL ANALYSIS to determine the remaining strength of structure or structural system as a whole • STRENGTH EVALUATION OF STRUCTURE to set course of action - Repair - Strengthen - Rebuild ภาคที่ 1

KCS RETROFITING MEASURE OR RECTIFICATION OF DAMAGED STRUCTURE STRUCTURAL STRENGTHENING PROCESS Strengthening of structural components ◦ Slab - Carbon fiber reinforced polymer sheet - Steel joists with reinforcing mesh ◦ Beam - Steel plate strengthening - Carbon fiber reinforced polymer sheet - Additional steel beams ◦ Column - Steel jacketing - Reinforced concrete enclosure STRENGTH VERIFICATION OF STRUCTURE ◦ Full-scale load test

KCS ค. ตัวอยางการปรับปรุงโครงสรางอาคารหลังเกิดเพลิงไหม • กรณีศึกษาที่1 ไฟไหมที่ชั้น 9 ในอาคารสูงที่อยูระหวางการตกแตงภายใน ภาคที่ 1

KCS

KCS

KCS

การซอมแซมพื้นอาคารหลังเกิดเพลิงไหม KCS

KCS VISUAL OBSERVATION WITH FULL PICTORIAL DISCRIPTION กรณีศึกษาที่ 2 ไฟไหม้ใหญ่ในอาคารพาณิชย์ขนาดใหญ่

KCS

รายการตรวจสอบสภาพความเสียหายของอาคาร KCS

ตัวอยางผลการสํารวจแสดงความเสียหายของโครงสรางเสา KCS เกณฑระดับความเสียหาย

ตัวอยางผลการสํารวจความลึกของผลกระทบจากเพลิงไหม (BY ULTRASONIC TEST) KCS