STUCTURAL CONCEPTS AND SYSTEMS FOR ARCHITECTS

1.1 Science and Technology 1 There is a fundamental dierence between science and and technology. Engineering or technology is the making of things that did not previously exist, whereas science is the discovering of things that have long existed. Technological results are forms that exist only because people want to make them, whereas scientic results are informations of what exists independently of human intentions. Technology deals with the articial, science with the natural. (Billington 1985) 1.2 Structural Engineering 2 Structural engineers are responsible for the detailed analysis and design of: Architectural structures: Buildings, houses, factories. They must work in close cooperation with an architect who will ultimately be responsible for the design. Civil Infrastructures: Bridges, dams, pipelines, oshore structures. They work with transportation, hydraulic, nuclear and other engineers. For those structures they play the leading role. Aerospace, Mechanical, Naval structures: aeroplanes, spacecrafts, cars, ships, submarines to en sure the structural safety of those important structures. 1.3 Structures and their Surroundings 3 Structural design is aected by various environmental constraints: 1. Major movements: For example, elevator shafts are usually shear walls good at resisting lateral load (wind, earthquake). 2. Sound and structure interact:  A dome roof will concentrate the sound  A dish roof will diuse the sound

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In order to invent a structure and to give it act proportions, one must follow both the intu- itive and the mathematical paths.

ex Pier Luigi Nervi

Victor Saouma Structural Concepts and Systems for Architects

2.1 Introduction: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{12.2 Vertical Loads: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{12.2.1 Dead Load : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{22.2.2 Live Loads : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{2

E 2-1 Live Load Reduction : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{42.2.3 Snow: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{52.3 Lateral Loads : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{52.3.1 Wind : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{5

E 2-2 Wind Load : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{92.3.2 Earthquakes: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{11

E 2-3 Earthquake Load on a Frame : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{14

E 2-4 Earthquake Load on a Tall Building, (Schueller 1996) : : : : : : : : : : : : : : : :2{162.4 Other Loads: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{182.4.1 Hydrostatic and Earth : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{18

E 2-5 Hydrostatic Load : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{182.4.2 Thermal: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{19

E 2-6 Thermal Expansion/Stress (Schueller 1996) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{192.5 Other Important Considerations : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{202.5.1 Load Combinations: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{202.5.2 Load Placement : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{212.5.3 Load Transfer: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{212.5.4 Structural Response : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{212.5.5 Tributary Areas : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{25

Draft 0{2 CONTENTS

3.1 Steel : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 3{13.1.1 Structural Steel: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :3{13.1.2 Reinforcing Steel : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :3{53.2 Aluminum : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :3{63.3 Concrete: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :3{63.4 Masonry : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :3{73.5 Timber : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :3{73.6 Steel Section Properties : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :3{83.7 Joists : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :3{17

4.1 Materials, & Geometry: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :4{14.2 Loads : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :4{34.3 Reactions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :4{44.4 Internal Forces : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :4{64.5 Internal Stresses : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :4{8

5.1 Reactions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{15.1.1 Equilibrium : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{15.1.2 Equations of Conditions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{35.1.3 Static Determinacy: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{35.1.4 Geometric Instability: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{45.1.5 Examples : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{5

E 5-7 Simply Supported Beam : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{5

E 5-8 Three Span Beam : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{6

E 5-9 Three Hinged Gable Frame : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{75.2 Trusses : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{85.2.1 Assumptions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{85.2.2 Basic Relations : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{95.2.3 Determinacy and Stability: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{95.2.4 Method of Joints : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{10

E 5-10 Truss, Method of Joints : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{125.3 Shear & Moment Diagrams : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{145.3.1 Theory : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{145.3.1.1 Design Sign Conventions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{145.3.1.2 Load, Shear, Moment Relations : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{155.3.1.3 Moment Envelope : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{165.3.1.4 Examples : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{18

E 5-11 Simple Shear and Moment Diagram : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{18

E 5-12 Frame Shear and Moment Diagram: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{19

E 5-13 Frame Shear and Moment Diagram; Hydrostatic Load : : : : : : : : : : : : : : : :5{22

E 5-14 Shear Moment Diagrams for Frame: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{24

E 5-15 Shear Moment Diagrams for Inclined Frame : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{265.3.2 Formulaes : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{285.4 Flexure : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{375.4.1 Basic Kinematic Assumption; Curvature : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{375.4.2 Stress-Strain Relations: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{395.4.3 Internal Equilibrium; Section Properties : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{395.4.3.1 F

x= 0; Neutral Axis : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{39

Victor Saouma Structural Concepts and Systems for Architects

Draft CONTENTS 0{3

5.4.3.2 M= 0; Moment of Inertia : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{395.4.4 Beam Formula : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{40

E 5-16 Design Example : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{405.4.5 Approximate Analysis : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{42

E 5-17 Approximate Analysis of a Statically Indeterminate beam : : : : : : : : : : : : : :5{45

6.1 Theory: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 6{16.2 The Case Study: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 6{36.2.1 Geometry : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :6{36.2.2 Loads : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :6{36.2.3 Cable Forces : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :6{56.2.4 Reactions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :6{7

7.1 Before the Greeks: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{17.2 Greeks : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{17.3 Romans : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{37.4 The Medieval Period (477-1492): : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{47.5 The Renaissance : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{57.5.1 Leonardo da Vinci 1452-1519 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{67.5.2 Brunelleschi 1377-1446: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{67.5.3 Alberti 1404-1472 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{77.5.4 Palladio 1508-1580 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{87.5.5 Stevin : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{87.5.6 Galileo 1564-1642: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{107.6 Pre Modern Period, Seventeenth Century : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{127.6.1 Hooke, 1635-1703: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{127.6.2 Newton, 1642-1727 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{137.6.3 Bernoulli Family 1654-1782 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{147.6.4 Euler 1707-1783 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{157.7 The pre-Modern Period; Coulomb and Navier : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{167.8 The Modern Period (1857-Present) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{177.8.1 Structures/Mechanics : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{177.8.2 Eiel Tower : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{177.8.3 Sullivan 1856-1924 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{177.8.4 Roebling, 1806-1869 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{187.8.5 Maillart : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{187.8.6 Nervi, 1891-1979 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{187.8.7 Khan : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{197.8.8 et al : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{20

8.1 Geometry : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :8{18.2 Loads : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :8{18.3 Reactions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :8{38.4 Forces : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :8{38.5 Internal Stresses : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :8{6

Draft 0{4 CONTENTS

9.1 Safety Provisions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :9{19.2 Working Stress Method : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :9{29.3 Ultimate Strength Method: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :9{39.3.1 yProbabilistic Preliminaries: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :9{39.3.2 Discussion: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :9{59.4 Example : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :9{7

E 9-18 LRFD vs ASD : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :9{79.5 Design Guidelines: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :9{7

10.1 Nominal Strength: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :10{210.2 Failure Modes and Classi cation of Steel Beams: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :10{210.3 Compact Sections: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :10{410.3.1 Bending Capacity of Beams : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :10{410.3.2 Design of Compact Sections : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :10{610.4 Partially Compact Section : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :10{610.5 Slender Section : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :10{710.6 Examples : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :10{7

E 10-19Z for Rectangular Section : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :10{7

E 10-20Beam Design : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :10{8

11.1 Introduction: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :11{111.1.1 Notation: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :11{111.1.2 Modes of Failure : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :11{211.1.3 Analysis vs Design : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :11{211.1.4 Basic Relations and Assumptions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :11{311.1.5 ACI Code : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :11{311.2 Cracked Section, Ultimate Strength Design Method: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :11{411.2.1 Equivalent Stress Block : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :11{411.2.2 Balanced Steel Ratio : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :11{511.2.3 Analysis : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :11{611.2.4 Design : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :11{7

E 11-21Ultimate Strength Capacity : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :11{8

E 11-22Beam Design I : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :11{9

E 11-23Beam Design II : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :11{911.3 Continuous Beams : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :11{1011.4 ACI Code : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :11{10

12.1 Introduction: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :12{112.1.1 Materials : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :12{112.1.2 Prestressing Forces : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :12{412.1.3 Assumptions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :12{412.1.4 Tendon Con guration : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :12{412.1.5 Equivalent Load : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :12{412.1.6 Load Deformation : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :12{412.2 Flexural Stresses : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :12{5

E 12-24Prestressed Concrete I Beam : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :12{812.3 Case Study: Walnut Lane Bridge : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :12{10

Victor Saouma Structural Concepts and Systems for Architects

Draft CONTENTS 0{5

12.3.1 Cross-Section Properties: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :12{1012.3.2 Prestressing : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :12{1212.3.3 Loads : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :12{1312.3.4 Flexural Stresses : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :12{13

13.1 Theory: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :13{113.1.1 Uniform Horizontal Load : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :13{1

E 13-25Design of a Three Hinged Arch : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :13{313.2 Case Study: Salginatobel Bridge (Maillart) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :13{513.2.1 Geometry : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :13{513.2.2 Loads : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :13{813.2.3 Reactions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :13{813.2.4 Internal Forces : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :13{1113.2.5 Internal Stresses : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :13{1213.3 Structural Behavior of Deck-Stiened Arches : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :13{13

14.1 Introduction: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{114.1.1 Beam Column Connections : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{114.1.2 Behavior of Simple Frames : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{114.1.3 Eccentricity of Applied Loads : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{214.2 Buildings Structures : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{514.2.1 Wall Subsystems : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{514.2.1.1 Example: Concrete Shear Wall : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{514.2.1.2 Example: Trussed Shear Wall : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{714.2.2 Shaft Systems: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{814.2.2.1 Example: Tube Subsystem : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{914.2.3 Rigid Frames : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{1014.3 Approximate Analysis of Buildings : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{1014.3.1 Vertical Loads : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{1114.3.2 Horizontal Loads : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{1314.3.2.1 Portal Method : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{14

E 14-26Approximate Analysis of a Frame subjected to Vertical and Horizontal Loads : : :14{15

: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{2714.4.1 Short Wall : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{2714.4.2 Tall Wall : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{2814.4.3 Walls and Lintel : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{2814.4.4 Frames : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{2914.4.5 Trussed Frame : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{30

: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{3214.4.7 Eect of Bracing Trusses : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{34

1.1 Types of Forces in Structural Elements (1D): : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :1{41.2 Basic Aspects of Cable Systems : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :1{51.3 Basic Aspects of Arches : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :1{61.4 Types of Trusses : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :1{71.5 Variations in Post and Beams Con gurations : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :1{81.6 Dierent Beam Types : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :1{91.7 Basic Forms of Frames : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :1{101.8 Examples of Air Supported Structures : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :1{111.9 Basic Forms of Shells: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :1{122.1 Approximation of a Series of Closely Spaced Loads : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{22.2 Snow Map of the United States, ubc : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{52.3 Loads on Projected Dimensions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{62.4 Wind Map of the United States, (UBC 1995) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{72.5 Eect of Wind Load on Structures(Schueller 1996) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{82.6 Approximate Design Wind Pressure p for Ordinary Wind Force Resisting Building Struc-tures : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{102.7 Vibrations of a Building : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{122.8 Seismic Zones of the United States, (UBC 1995) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{132.9 Earth and Hydrostatic Loads on Structures : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{182.10 Load Placement to Maximize Moments: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{212.11 Load Transfer in R/C Buildings: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{222.12 Two Way Actions: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{232.13 Load Life of a Structure, (Lin and Stotesbury 1981) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{242.14 Concept of Tributary Areas for Structual Member Loading : : : : : : : : : : : : : : : : :2{253.1 Stress Strain Curves of Concrete and Steel : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :3{23.2 Standard Rolled Sections : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :3{23.3 Residual Stresses in Rolled Sections : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :3{43.4 Residual Stresses in Welded Sections : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :3{4

: : : : : :3{53.6 Concrete microcracking : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :3{73.7 W and C sections : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :3{83.8 prefabricated Steel Joists : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :3{174.1 Eiel Tower (Billington and Mark 1983) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :4{14.2 Eiel Tower Idealization, (Billington and Mark 1983) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :4{34.3 Eiel Tower, Dead Load Idealization; (Billington and Mark 1983) : : : : : : : : : : : : : :4{44.4 Eiel Tower, Wind Load Idealization; (Billington and Mark 1983): : : : : : : : : : : : : :4{54.5 Eiel Tower, Wind Loads, (Billington and Mark 1983) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :4{5

Draft 0{2 LIST OF FIGURES

4.6 Eiel Tower, Reactions; (Billington and Mark 1983) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 4{54.7 Eiel Tower, Internal Gravity Forces; (Billington and Mark 1983) : : : : : : : : : : : : : :4{64.8 Eiel Tower, Horizontal Reactions; (Billington and Mark 1983) : : : : : : : : : : : : : : :4{74.9 Eiel Tower, Internal Wind Forces; (Billington and Mark 1983) : : : : : : : : : : : : : : :4{85.1 Types of Supports : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{25.2 Inclined Roller Support : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{35.3 Examples of Static Determinate and Indeterminate Structures: : : : : : : : : : : : : : : :5{45.4 Geometric Instability Caused by Concurrent Reactions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{45.5 Bridge Truss : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{95.6 A Statically Indeterminate Truss : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{105.7 X and Y Components of Truss Forces : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{115.8 Sign Convention for Truss Element Forces : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{115.9 Shear and Moment Sign Conventions for Design: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{145.10 Sign Conventions for 3D Frame Elements : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{155.11 Free Body Diagram of an In nitesimal Beam Segment : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{155.12 Shear and Moment Forces at Dierent Sections of a Loaded Beam : : : : : : : : : : : : :5{175.13 Slope Relations Between Load Intensity and Shear, or Between Shear and Moment : : : :5{175.14 Deformation of a Beam un Pure Bending : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{385.15 Elastic Curve from the Moment Diagram : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{435.16 Approximate Analysis of Beams: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{446.1 Cable Structure Subjected top(x) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :6{16.2 Longitudinal and Plan Elevation of the George Washington Bridge : : : : : : : : : : : : :6{46.3 Truck Load : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :6{56.4 Dead and Live Loads: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :6{66.5 Location of Cable Reactions : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :6{76.6 Vertical Reactions in Columns Due to Central Span Load : : : : : : : : : : : : : : : : : :6{76.7 Cable Reactions in Side Span : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :6{86.8 Cable Stresses: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :6{96.9 Deck Idealization, Shear and Moment Diagrams : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :6{97.1 Hamurrabi's Code : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{27.2 Archimed : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{37.3 Pantheon : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{37.4 From Vitruvius Ten Books on Architecture, (Vitruvius 1960) : : : : : : : : : : : : : : : :7{47.5 Hagia Sophia : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{57.6 Florence's Cathedral Dome : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{77.7 Palladio's Villa Rotunda : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{97.8 Stevin : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{97.9 Galileo : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{107.10 Discourses Concerning Two New Sciences, Cover Page : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{117.11 \Galileo's Beam" : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{117.12 Experimental Set Up Used by Hooke : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{127.13 Isaac Newton : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{137.14 Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, Cover Page : : : : : : : : : : : : : : : : :7{147.15 Leonhard Euler : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{157.16 Coulomb: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{167.17 Nervi's Palazetto Dello Sport : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :7{198.1 Magazzini Generali; Overall Dimensions, (Billington and Mark 1983) 8{2

Draft LIST OF FIGURES 0{3

8.3 Magazzini Generali; Loads (Billington and Mark 1983) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :8{38.4 Magazzini Generali; Beam Reactions, (Billington and Mark 1983) : : : : : : : : : : : : : :8{38.5 Magazzini Generali; Shear and Moment Diagrams (Billington and Mark 1983): : : : : : : 8{48.6 Magazzini Generali; Internal Moment, (Billington and Mark 1983) : : : : : : : : : : : : : 8{48.7 Magazzini Generali; Similarities Between The Frame Shape and its Moment Diagram,

(Billington and Mark 1983) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 8{58.8 Magazzini Generali; Equilibrium of Forces at the Beam Support, (Billington and Mark

1983): : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 8{58.9 Magazzini Generali; Eect of Lateral Supports, (Billington and Mark 1983) : : : : : : : : 8{69.1 Load Life of a Structure : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 9{29.2 Frequency Distributions of LoadQand ResistanceR : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :9{49.3 De nition of Reliability Index : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :9{410.1 Lateral Bracing for Steel Beams: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :10{110.2 Failure of Steel beam; Plastic Hinges : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :10{310.3 Failure of Steel beam; Local Buckling : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :10{310.4 Failure of Steel beam; Lateral Torsional Buckling : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :10{410.5 Stress distribution at dierent stages of loading : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :10{410.6 Stress-strain diagram for most structural steels : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :10{510.7 Nominal Moments for Compact and Partially Compact Sections: : : : : : : : : : : : : : :10{711.1 Failure Modes for R/C Beams: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :11{211.2 Internal Equilibrium in a R/C Beam : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :11{311.3 Cracked Section, Limit State : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :11{411.4 Whitney Stress Block : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :11{511.5 Reinforcement in Continuous R/C Beams : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :11{1112.1 Pretensioned Prestressed Concrete Beam, (Nilson 1978) : : : : : : : : : : : : : : : : : : :12{212.2 Posttensioned Prestressed Concrete Beam, (Nilson 1978) : : : : : : : : : : : : : : : : : : :12{212.3 7 Wire Prestressing Tendon : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :12{312.4 Alternative Schemes for Prestressing a Rectangular Concrete Beam, (Nilson 1978) : : : :12{512.5 Determination of Equivalent Loads : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :12{6stressed Concrete Beam, (Nilson 1978) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :12{612.7 Flexural Stress Distribution for a Beam with Variable Eccentricity; Maximum Moment

Section and Support Section, (Nilson 1978) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :12{712.8 Walnut Lane Bridge, Plan View: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :12{1112.9 Walnut Lane Bridge, Cross Section : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :12{1213.1 Moment Resisting Forces in an Arch or Suspension System as Compared to a Beam, (Lin

and Stotesbury 1981): : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :13{213.2 Statics of a Three-Hinged Arch, (Lin and Stotesbury 1981) : : : : : : : : : : : : : : : : :13{213.3 Two Hinged Arch, (Lin and Stotesbury 1981) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :13{313.4 Arch Rib Stiened with Girder or Truss, (Lin and Stotesbury 1981) : : : : : : : : : : : :13{313.5 Salginatobel Bridge; Dimensions, (Billington and Mark 1983) : : : : : : : : : : : : : : : :13{513.6 Salginatobel Bridge; Idealization, (Billington and Mark 1983) : : : : : : : : : : : : : : : :13{613.7 Salginatobel Bridge; Hinges, (Billington and Mark 1983) : : : : : : : : : : : : : : : : : : :13{613.8 Salginatobel Bridge; Sections, (Billington and Mark 1983) : : : : : : : : : : : : : : : : : :13{713.9 Salginatobel Bridge; Dead Load, (Billington and Mark 1983) : : : : : : : : : : : : : : : :13{813.10Salginatobel Bridge; Truck Load, (Billington and Mark 1983) : : : : : : : : : : : : : : : :13{913.11Salginatobel Bridge; Total Vertical Load, (Billington and Mark 1983): : : : : : : : : : : :13{10

Victor Saouma Structural Concepts and Systems for Architects

Draft 0{4 LIST OF FIGURES

13.12Salginatobel Bridge; Reactions, (Billington and Mark 1983) : : : : : : : : : : : : : : : : :13{1013.13Salganitobel Bridge; Shear Diagrams, (Billington and Mark 1983): : : : : : : : : : : : : :13{1113.14Salginatobel Bridge; Live Load Moment Diagram, (Billington and Mark 1983): : : : : : :13{1213.15Structural Behavior of Stiened Arches, (Billington 1979) : : : : : : : : : : : : : : : : : :13{1414.1 Flexible, Rigid, and Semi-Flexible Joints : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{114.2 Deformation of Flexible and Rigid Frames Subjected to Vertical and Horizontal Loads,

(Lin and Stotesbury 1981) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{214.3 Deformation, Shear, Moment, and Axial Diagrams for Various Types of Portal Frames

Subjected to Vertical and Horizontal Loads : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{314.4 Axial and Flexural Stresses : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{414.5 Design of a Shear Wall Subsystem, (Lin and Stotesbury 1981) : : : : : : : : : : : : : : : :14{614.6 Trussed Shear Wall : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{814.7 Design Example of a Tubular Structure, (Lin and Stotesbury 1981) : : : : : : : : : : : : :14{914.8 A Basic Portal Frame, (Lin and Stotesbury 1981) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{1014.9 Approximate Analysis of Frames Subjected to Vertical Loads; Girder Moments : : : : : :14{1214.10Approximate Analysis of Frames Subjected to Vertical Loads; Column Axial Forces: : : :14{1214.11Approximate Analysis of Frames Subjected to Vertical Loads; Column Moments : : : : :14{1314.12Approximate Analysis of Frames Subjected to Lateral Loads; Column Shear : : : : : : : :14{1414.13***Approximate Analysis of Frames Subjected to Lateral Loads; Girder Moment : : : : :14{1514.14Approximate Analysis of Frames Subjected to Lateral Loads; Column Axial Force : : : :14{1514.15Example; Approximate Analysis of a Building : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{1614.16Approximate Analysis of a Building; Moments Due to Vertical Loads : : : : : : : : : : : :14{1714.17Approximate Analysis of a Building; Shears Due to Vertical Loads : : : : : : : : : : : : :14{1814.18Approximate Analysis for Vertical Loads; Spread-Sheet Format : : : : : : : : : : : : : : :14{2014.19Approximate Analysis for Vertical Loads; Equations in Spread-Sheet : : : : : : : : : : : :14{2114.20Approximate Analysis of a Building; Moments Due to Lateral Loads : : : : : : : : : : : :14{2314.21Portal Method; Spread-Sheet Format : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{2414.22Portal Method; Equations in Spread-Sheet : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{2514.23Shear Deformation in a Short Building, (Lin and Stotesbury 1981) : : : : : : : : : : : : :14{2814.24Flexural Deformation in a Tall Building, (Lin and Stotesbury 1981) : : : : : : : : : : : :14{28Stotesbury 1981) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{2914.26Portal Method to Estimate Lateral Deformation in Frames, (Lin and Stotesbury 1981) : :14{30

: :14{31

: : :14{3114.29Axial Elongation and Shortening of a Truss Frame, (Lin and Stotesbury 1981) : : : : : :14{31

: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14{3214.31Frame Rigidly Connected to Shaft, (Lin and Stotesbury 1981) : : : : : : : : : : : : : : : :14{3414.32Eect of Exterior Column Bracing in Buildings, (Lin and Stotesbury 1981) : : : : : : : :14{35

1.1 Structural Engineering Coverage for Architects and Engineers : : : : : : : : : : : : : : : :1{121.2 tab:secae: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :1{122.1 Unit Weight of Materials: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{22.2 Weights of Building Materials : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{32.3 Average Gross Dead Load in Buildings : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 2{32.4 Minimum Uniformly Distributed Live Loads, (UBC 1995) : : : : : : : : : : : : : : : : : : 2{42.5 Wind Velocity Variation above Ground: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 2{72.6 C

e Coecients for Wind Load, (UBC 1995) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 2{82.7 Wind Pressure CoecientsC

q, (UBC 1995) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 2{82.8 Importance Factors for Wind and Earthquake Load, (UBC 1995) : : : : : : : : : : : : : : 2{92.9 Approximate Design Wind Pressurepfor Ordinary Wind Force Resisting Building Struc-

tures : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{102.10 Z Factors for Dierent Seismic Zones, ubc : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{122.11 S Site Coecients for Earthquake Loading, (UBC 1995) : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{132.12 Partial List of R

W for Various Structure Systems, (UBC 1995) : : : : : : : : : : : : : : :2{152.13 Coecients of Thermal Expansion : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :2{193.1 Properties of Major Structural Steels : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :3{33.2 Properties of Reinforcing Bars: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :3{53.3 Joist Series Characteristics : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :3{173.4 Joist Properties : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :3{195.1 Equations of Equilibrium : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{35.2 Static Determinacy and Stability of Trusses : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{105.3 Section Properties : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :5{419.1 Allowable Stresses for Steel and Concrete : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :9{39.2 Selected values for Steel and Concrete Structures : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :9{59.3 Strength Reduction Factors,  : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :9{69.4 Approximate Structural Span-Depth Ratios for Horizontal Subsystems and Components

(Lin and Stotesbury 1981) : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :9{814.1 Columns Combined Approximate Vertical and Horizontal Loads : : : : : : : : : : : : : :14{2614.2 Girders Combined Approximate Vertical and Horizontal Loads : : : : : : : : : : : : : : :14{27

Draft0{2 LIST OF TABLES

INTRODUCTION

1 \There is a fundamental dierence between science and and technology Engineering or technology isthe making of things that did not previously exist, whereas science is the discovering of things that havelong existed Technological results are forms that exist only because people want to make them, whereasscienti c results are informations of what exists independently of human intentions Technology dealswith the arti cial, science with the natural." (Billington 1985)

2 Structural engineers are responsible for the detailed analysis and design of:

Architectural structures: Buildings, houses, factories They must work in close cooperation with anarchitect who will ultimately be responsible for the design

Civil Infrastructures: Bridges, dams, pipelines, oshore structures They work with transportation,hydraulic, nuclear and other engineers For those structures they play the leading role

Aerospace, Mechanical, Naval structures: aeroplanes, spacecrafts, cars, ships, submarines to sure the structural safety of those important structures

3 Structural design is aected by various environmental constraints:

1 Major movements: For example, elevator shafts are usually shear walls good at resisting lateralload (wind, earthquake)

2 Sound and structure interact:

 Adomeroof will concentrate the sound

 Adishroof will diuse the sound

3 Natural light:



Draft 1{2 INTRODUCTION

 A Folded plate will provide adequate lighting (analysis more complex)

 A bearing and shear wall building may not have enough openings for daylight

 A Frame design will allow more light in (analysis more complex)

5 Net clearance between columns (unobstructed surface) will dictate type of framing

4 Architecture must be the product of acreativecollaboration of architects and engineers

5 Architect stress the overall, rather than elemental approach to design In the design process, theyconceptualize a space-form scheme as a total system They aregeneralists

6 The engineer, partly due to his/her education think in reverse, starting with details and withoutsucient regards for the overall picture (S)he is apragmatistwho \knows everything about nothing"

7 Thus there is a conceptualgapbetween architects and engineers at all levels of design

8 Engineer's education is more specialized and in depth than the architect's However, engineer must

be kept aware of overall architectural objective

9 In the last resort, it is the architect who is the leader of the construction team, and the engineers arehis/her servant

10 A possible compromise might be anArchitectural Engineer

11 Architectural design is hierarchical:

Schematic: conceptual overall space-form feasibility of basic schematic options Collaboration is mostlybetween the owner and the architect

Preliminary: Establish basic physical properties of major subsystems and key components to provedesign feasibility Some collaboration with engineers is necessary

Final design: nal in-depth design re ... yLin, T.Y and Stotesbury, S.D., Structural Concepts and Systems for Architects and neers, John Wiley, 1981

Engi-11 yMainstone, R., Developments in Structural Form, Allen... such as its mode shapes and periods of vibration and itsdamping characteristics

3 Mass of the building

Victor Saouma Structural Concepts and Systems for Architects< /h3>