Eurocode 2 - Manual for design of Reinforced Concrete Building Structures to EC2 (MAR2000).pdf - EUROCODE_EN - asior_1234

The Institution of Structural Engineers

The Institution of Civil Engineers

MARCH 2000

Manual for the design

of reinforced concrete

building structures to EC2

Published for the Institution of Structural Engineers

Constitution

D J Lee CBE BScTech DIC FEng FIStructE FICE Chairman, (until April 1995)

(previously G Maunsell & Partners)

R S Narayanan BE(Hons) MSc DIC FEng FIStructE Chairman, (from May 1995)

(S B Tietz & Partners)

ProfessorAW Beeby BSc(Eng) PhD CEng MIStructE MICE

(University of Leeds)

PG Cobb CEng MICE

(Sir Robert McAlpine & Sons Ltd)

R F D Povey CEng FIStructE

(Mitchell McFarlane & Partners)

S S Ray BSc CEng FICE

(Robert Benaim & Associates)

R T Whittle MACEng MICE

(Ove Arup & Partners)

K R Wilson MACEng MICE

(G Maunsell & Partners)

R J W Milne BSc, Secretary to the Task Grou p

(The Institution of Structural Engineers)

Editorial Panel

The final version was prepared by an Editorial Panel consisting of:

R S Narayanan, Chairman

K R Wilson

R J W Milne, Secretary

Published by SETO, 11 Upper Belgrave Street, London SW1X 8BH

ISBN 1 874266 52 2

The Institution of Structural Engineers and the members who served on the Committee which pro-

duced this report have endeavoured to ensure the accuracy of its contents. However, the guidance

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negligence or otherwise in relation to this report and its contents is accepted by the Institution, the

members of the Committee, its servants or agents.

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form or by any means without prior permission of the Institution of Structural Engineers, who may

be contacted at 11 Upper Belgrave Street, London SW1X 8BH.

IStructE EC2 (Concrete) Design Manual

Contents

Foreword

1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

1.1 Aims of the Manual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

1.2 Eurocode system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

1.3 Scope of the Manual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

1.4 Contents of the Manual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

2 General principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

2.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

2.2 Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

2.3 Robustness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

2.4 Movement joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

2.5 Fire resistance and durability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

3 Design principles – reinforced concrete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

3.1 Loading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

3.2 Limit states . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

3.2.1 Ultimate limit state . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

3.2.2 Serviceability limit states . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

3.3 Material and design stresses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

4 Initial design – reinforced concrete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

4.2 Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

4.3 Material properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

4.4 Structural form and framing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

4.5 Fire resistance and durability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

4.6 Stiffness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

4.7 Sizing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

4.7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

4.7.2 Loading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

4.7.3 Width of beams and ribs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

4.7.4 Sizes and reinforcement of columns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

4.7.5 Walls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

4.7.6 Shear in flat slabs at columns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23

4.7.7 Adequacy of chosen sections to accommodate the reinforcement . . . . . . . .23

4.7.7.1 Bending moments and shear forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23

4.7.7.2 Provision of reinforcement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24

4.8 The next steps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

4.9 Reinforcement estimates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

5 Final design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27

5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27

5.1.1 Checking of all information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27

5.1.2 Preparation of a list of design data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

5.1.3 Amendment of drawings as a basis for final calculations . . . . . . . . . . . . . .28

5.1.4 Final design calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

IStructE EC2 (Concrete) Design Manual

5.2 Slabs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

5.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

5.2.2 Fire resistance and durability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

5.2.2.1 Fire resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

5.2.2.2 Durability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30

5.2.3 Bending moments and shear forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

5.2.3.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

5.2.3.2 One-way spanning slabs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32

5.2.3.3 Two-way spanning slabs on linear supports . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32

5.2.3.4 Flat slabs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32

5.2.4 Section design – solid slabs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37

5.2.4.1 Bending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37

5.2.4.2 Shear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39

5.2.4.3 Openings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42

5.2.5 Span/effective depth ratios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42

5.2.6 Section design – ribbed and coffered slabs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42

5.2.6.1 Bending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42

5.2.6.2 Span/effective depth ratios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42

5.2.6.3 Shear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44

5.2.6.4 Beam strips in ribbed and coffered slabs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44

5.2.7 Notes on the use of precast floors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44

5.3 Structural frames . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45

5.3.1 Division into subframes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45

5.3.2 Elastic analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45

5.3.3 Redistribution of moments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45

5.3.4 Design shear forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46

5.4 Beams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46

5.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46

5.4.2 Fire resistance and durability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47

5.4.2.1 Fire resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47

5.4.2.2 Durability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48

5.4.3 Bending moments and shear forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48

5.4.4 Section design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49

5.4.4.1 Bending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49

5.4.4.2 Minimum and maximum amounts of reinforcement . . . . . . . . . . . .52

5.4.4.3 Shear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55

5.4.5 Span/effective depth ratios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57

5.5 Columns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57

5.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57

5.5.2 Slenderness, fire resistance and durability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58

5.5.2.1 Slenderness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58

5.5.2.2 Fire resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58

5.5.2.3 Durability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58

5.5.3 Axial loads and moments – non-slender columns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60

5.5.4 Axial loads and moments – slender columns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60

5.5.4.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60

5.5.4.2 Calculation of first-order moments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61

5.5.4.3 Calculation of the ultimate deflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62

5.5.5 Section design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64

5.5.6 Reinforcement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64

IStructE EC2 (Concrete) Design Manual

5.6 Walls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64

5.6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64

5.6.2 Slenderness, fire resistance and durability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66

5.6.2.1 Slenderness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66

5.6.2.2 Fire resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66

5.6.2.3 Durability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66

5.6.3 Axial load and moments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68

5.6.3.1 In-plane bending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68

5.6.3.2 Bending at right-angles to the walls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68

5.6.3.3 Slender walls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68

5.6.4 Section design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68

5.6.4.1 Walls not subject to significant bending at right-

angles to the wall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68

5.6.4.2 Intersecting walls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69

5.6.5 Reinforcement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69

5.6.6 Openings in shear and core walls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69

5.7 Staircases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70

5.7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70

5.7.2 Fire resistance, durability and concrete grades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70

5.7.3 Bending moments and shear forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70

5.7.4 Effective spans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70

5.7.4.1 Stairs spanning between beams or walls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70

5.7.4.2 Stairs spanning between landing slabs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70

5.7.4.3 Stair with open wells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71

5.7.5 Span/effective depth ratios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71

5.7.6 Section design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71

5.8 Design of non-suspended ground floor slabs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72

5.9 Guidance for the design of basement walls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72

5.9.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72

5.9.2 Bending moments and shear forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73

5.9.3 Section design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73

5.9.4 Foundation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73

5.9.5 Reinforcement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73

5.10 Foundations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73

5.10.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73

5.10.2 Durability and cover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74

5.10.3 Types of foundation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74

5.10.4 Plan area of foundations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74

5.10.5 Design of spread footings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75

5.10.5.1 Axially loaded unreinforced pad footings . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75

5.10.5.2 Axially loaded reinforced pad footings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75

5.10.5.3 Eccentrically loaded footings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76

5.10.6 Design of other footings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76

5.10.6.1 Strip footings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76

5.10.6.2 Combined footings and balanced footings . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76

5.10.7 Reinforcement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76

5.10.8 Design of rafts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77

5.10.9 Design of pile caps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77

5.10.10 Reinforcement in pile caps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78

5.11 Robustness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78

IStructE EC2 (Concrete) Design Manual

Eurocode 2 - Manual for design of Reinforced Concrete Building Structures to EC2 (MAR2000).pdf

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