+ All Categories
Home > Documents > UNREINFORCED MASONRY EXAMPLES · Type N masonry cement 12 ft vertical span (simple support) Design...

UNREINFORCED MASONRY EXAMPLES · Type N masonry cement 12 ft vertical span (simple support) Design...

Date post: 31-Jul-2020
Category:
Upload: others
View: 0 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
13
1 UNREINFORCED MASONRY EXAMPLES © 2013 by International Masonry Institute All rights reserved. This program is intended as a preliminary design tool for design professionals who are experienced and competent in masonry design. This program is not intended to replace sound engineering knowledge, experience, and judgment. Users of this program must determine the validity of the results. The International Masonry Institute assumes no responsibility for the use or application of this program.
Transcript
Page 1: UNREINFORCED MASONRY EXAMPLES · Type N masonry cement 12 ft vertical span (simple support) Design load is a horizontal load of 50 lb/ft at a height of 3’‐6” from the floor

1  

UNREINFORCED MASONRY EXAMPLES 

 

© 2013 by International Masonry Institute 

All rights reserved. 

This program is intended as a preliminary design tool for design professionals who are experienced and competent 

in masonry design. This program is not intended to replace sound engineering knowledge, experience, and 

judgment. Users of this program must determine the validity of the results. The International Masonry Institute 

assumes no responsibility for the use or application of this program. 

 

   

Page 2: UNREINFORCED MASONRY EXAMPLES · Type N masonry cement 12 ft vertical span (simple support) Design load is a horizontal load of 50 lb/ft at a height of 3’‐6” from the floor

2  

EXAMPLE A:   

Given:   

8 inch medium weight hollow CMU 

Type N masonry cement 

12 ft vertical span (simple support) 

Design load is 5 psf out‐of‐plane 

Seismic Design Category A 

Use the 2012 IBC  Required:  Determine if the wall is adequate.  Solution:   Load Combination A (0.6D + wL) will control. The maximum moment will occur at mid‐height of the wall. 

 

ftlbftftpsfhw

M L /908

125

8

22

 

The axial force (wall weight is 36 psf) is: 

  ftlbft

psfh

wP wall /6.1292

12366.0

26.0   

Calculate the flexural tension stress. 

 

psiftin

ftlbft

ftin

ftlb

S

M

A

P

nn

01.9/0.81

/9012

/0.30

/6.1291232

   

The allowable stress, Ft, is 12 psi, so the wall is adequate.  If the 2009 IBC had been used, the allowable flexural tension stress is 9 psi, so the wall would not be adequate.  Many designers would say that 9.01 psi is close enough to 9 psi that the wall would be OK.  The program rounds to the nearest 0.1 psi, so 9.01 psi would round to 9.0 psi, and the program would indicate the wall is adequate.  If Type S masonry cement were used, the allowable flexural tension stress would be 15 psi, and the wall would be adequate.  The reaction at the top of the wall, Rtop, is: 

ftlb

ftpsfhwR L

top /302

125

2  

A sufficient anchorage would need to be provided at the top of the wall to carry this out‐of‐plane reaction force.    

Page 3: UNREINFORCED MASONRY EXAMPLES · Type N masonry cement 12 ft vertical span (simple support) Design load is a horizontal load of 50 lb/ft at a height of 3’‐6” from the floor

3  

EXAMPLE B:   

Given:   

8 inch medium weight hollow CMU 

Type N masonry cement 

12 ft vertical span (simple support) 

Design load is a horizontal load of 50 lb/ft at a height of 3’‐6” from the floor 

Seismic Design Category A 

Use the 2012 IBC  Required:  Determine if the wall is adequate.  Solution:   Load Combination D (0.6D + HL) will control. The maximum moment will occur at the location of the horizontal load. 

  ftlbftftftft

ftftlbhh

h

hHM L

LL /0.1245.312

12

5.3/50  

The axial force (wall weight is 36 psf) is: 

  ftlbftftpsfhhwP Lwall /6.1835.312366.06.0   

Calculate the flexural tension stress. 

 

psiftin

ftlbft

ftin

ftlb

S

M

A

P

nn

2.12/0.81

/12412

/0.30

/6.1831232

 

The allowable stress, Ft, is 12 psi, so the wall is not adequate.   Using a Type S masonry cement would increase the allowable stress to 20 psi, and the wall would be OK.  The 50 lb/ft at 3’‐6” above the floor is a typical handrail load.  The IBC and ASCE 7 are unclear as to whether a handrail load should be combined with a 5 psf out‐of‐plane load.  Our interpretation is that the 5 psf out‐of‐plane load is a minimum load, and that it does not need to be combined with the handrail load.      

The reaction at the top of the wall, Rtop, is: 

ftlb

ft

ftftlb

h

hHR LL

top /6.1412

5.3/50  

This force is smaller than the 30 lb/ft anchorage force from a 5 psf uniform lateral load (see Example A).  A sufficient anchorage would need to be provided at the top of the wall to carry 30 lb/ft.    

Page 4: UNREINFORCED MASONRY EXAMPLES · Type N masonry cement 12 ft vertical span (simple support) Design load is a horizontal load of 50 lb/ft at a height of 3’‐6” from the floor

4  

EXAMPLE C:   

Given:   

8 inch medium weight hollow CMU 

Type N masonry cement 

12 ft vertical span (simple support) 

Design load is a vertical load of 40 lb/ft at an eccentricity of 4 inches outside the wall 

Seismic Design Category A 

Use the 2012 IBC  Required:  Determine if the wall is adequate.  Solution:   Load Combination B (0.6D + PL) and C (D + PL) will be checked. The maximum moment will be Pe. 

  ftlbftin

ftin

inftlbPeM /0.26

12

14

2

625.7/40

 

The eccentric load is assumed to occur at the top of the wall; hence the wall weight is 0.  The axial force will just be the applied vertical load. Calculate the flexural tension stress. 

 

psiftin

ftlbft

ftin

ftlb

S

M

A

P

nn

5.2/0.81

/2612

/0.30

/401232

 

The allowable stress, Ft, is 12 psi, so the wall is not adequate.   Although tension almost always controls with unreinforced masonry, the unity equation will be checked for completeness.  The value of r is 3.21 in., making h/r = 144in/3.21in. = 44.8 

  psiftin

ftlb

A

Pf

na 3.1

0.30

/402

 

  psiin

inpsi

r

hfF m

a 8.302.21.3

.1441401

4

13501401

4

22

 

psi

ftin

ftlbft

S

Mf

nb 8.3

0.81

/2612123

 

psipsif

F mb 450

3

1350

3

 

0.1013.0450

8.3

8.302

3.1

psi

psi

psi

psi

F

f

F

f

b

b

a

a    OK 

 The TMS 402 Code also requires that when using allowable stress design the following equations be checked: 

  ePP 41  

3

2

2

577.01

r

e

h

IEP m

e

 

Page 5: UNREINFORCED MASONRY EXAMPLES · Type N masonry cement 12 ft vertical span (simple support) Design load is a horizontal load of 50 lb/ft at a height of 3’‐6” from the floor

5  

For this wall,  / =3.21in.  With e = 7.81in., 1‐0.577e/r = ‐0.405.  Thus, the wall does not meet this 

code requirement.   However, given the relatively light load, many designers would accept the wall as adequate.    The eccentric vertical load is typical of a large monitor that is attached to the wall.  The IBC and ASCE 7 are unclear as to whether this load should be combined with a 5 psf out‐of‐plane load.  Our interpretation is that the 5 psf out‐of‐plane load is a minimum load, and that it does not need to be combined with the handrail load.  The 5 psf out‐of‐plane load should also be checked (see Example A), and would control in this case.        

Page 6: UNREINFORCED MASONRY EXAMPLES · Type N masonry cement 12 ft vertical span (simple support) Design load is a horizontal load of 50 lb/ft at a height of 3’‐6” from the floor

6  

EXAMPLE D:   

Given:   

8 inch medium weight hollow CMU 

Type N masonry cement 

12 ft horizontal span (simple support) 

Design load is 5 psf out‐of‐plane 

Seismic Design Category A 

Use the 2012 IBC  Required:  Determine if the wall is adequate.  Solution:   Load Combination A (0.6D + wL) will control. The maximum moment will occur at mid‐length of the wall (h is used for length). 

 

ftlbftftpsfhw

M L /908

125

8

22

 

There is no axial force on the wall. Calculate the flexural tension stress. 

 

psiftin

ftlbft

S

M

n

3.13/0.81

/9012123

   

The allowable stress, Ft, is 25 psi, so the wall is adequate.    By trial and error changing of the wall length, it can be determined that the maximum horizontal span for this wall is 16 ft for a 5 psf out‐of‐plane load.      

Page 7: UNREINFORCED MASONRY EXAMPLES · Type N masonry cement 12 ft vertical span (simple support) Design load is a horizontal load of 50 lb/ft at a height of 3’‐6” from the floor

7  

EXAMPLE E:   

Given:   

8 inch medium weight hollow CMU 

Type N masonry cement 

5 ft high cantilever 

Design load is 5 psf out‐of‐plane 

Seismic Design Category A 

Use the 2012 IBC  Required:  Determine if the wall is adequate.  Solution:   Load Combination A (0.6D + wL) will control. The maximum moment will occur at the base of the wall. 

 

ftlbftftpsfhw

M L /5.622

55

2

22

 

The axial force (wall weight is 36 psf) is: 

  ftlbftpsfhwP wall /1085366.06.0   

Calculate the flexural tension stress. 

 

psiftin

ftlbft

ftin

ftlb

S

M

A

P

nn

66.5/0.81

/5.6212

/0.30

/1081232

   

The allowable stress, Ft, is 12 psi, so the wall is adequate.    

Page 8: UNREINFORCED MASONRY EXAMPLES · Type N masonry cement 12 ft vertical span (simple support) Design load is a horizontal load of 50 lb/ft at a height of 3’‐6” from the floor

8  

EXAMPLE F:   

Given:   

8 inch medium weight hollow CMU 

Type N Portland cement lime mortar 

12 ft vertical span (simple support) 

Minimum design load is 5 psf out‐of‐plane 

SDS = 0.5;  Seismic Design Category C 

Use the 2012 IBC  Required:  Determine if the wall is adequate.  Solution:   Check Load Combination G (0.6D + 0.7E).  Wall weight is 36 psf, and R = 1.5 for unreinforced masonry. 

The seismic load is 

psfpsf

I

R

WSw

p

p

pDSE 4.14

0.1

5.1

365.02.12.1

 

Since 0.7(14.4psf) = 10.1 psf, seismic will control. The maximum moment will occur at mid‐height of the wall. 

 

ftlbftftpsfhw

M E /1818

124.147.0

8

7.0 22

 

The axial force is: 

  ftlbft

psfh

wSP wallDS /5.1142

12365.02.07.06.0

22.07.06.0   

Calculate the flexural tension stress. 

 

psiftin

ftlbft

ftin

ftlb

S

M

A

P

nn

1.23/0.81

/18112

/0.30

/5.1141232

   

The allowable stress, Ft, is 25 psi, so the wall is adequate.   Partition walls in SDC are required to have prescriptive seismic reinforcement in either the horizontal OR vertical direction in accordance with the following: 

(a) Horizontal reinforcement — Two longitudinal wires of W1.7 (9 gage) bed joint reinforcement 

spaced not more than 16 in. on center, or No. 4 bars spaced not more than 48 in. on center.  Horizontal 

reinforcement needs to be provided within 16 in. of the top and bottom of the wall.   

(b) Vertical reinforcement —No. 4 bars spaced not more than 120 in. on center. Vertical 

reinforcement needs to be provided within 16 in. of the ends of the wall. 

It is recommended that W1.7 (9 gage) bed joint reinforcement at 16 in. (every other course) be provided to meet the prescriptive seismic requirements.  Due to the permitted one‐third stress increase in the 2009 IBC (2008 MSJC), the allowable flexural tension stress would be the same, and this wall would be adequate using the 2009 IBC.  The reaction at the top of wall, Rt, is: 

Page 9: UNREINFORCED MASONRY EXAMPLES · Type N masonry cement 12 ft vertical span (simple support) Design load is a horizontal load of 50 lb/ft at a height of 3’‐6” from the floor

9  

ftlbft

psfh

wR Et /5.602

124.147.0

27.0  

Sufficient anchors need to be provided at the top of wall to carry this force.  If this partition wall were part of an egress stairway, the importance factor would be 1.5, which increases the seismic load, wE, to 21.6 psf, the moment to 272 ft‐lb/ft, and the flexural tensile stress to 36.5 psi.  Unreinforced, ungrouted masonry will no longer work, even with Type S Portland cement lime mortar.     

Page 10: UNREINFORCED MASONRY EXAMPLES · Type N masonry cement 12 ft vertical span (simple support) Design load is a horizontal load of 50 lb/ft at a height of 3’‐6” from the floor

 

VERIFICAT The followunder varThe maximAll of the the result CASE A: mh = 12 ft HL = 40 lb/hL = 10 ft PL = 100 lbe = 6 in wE = 14.4 

Rb

7.0

7.0

Is Rb < 0.7

Yes, 53.5l

hx0

Maximum

RM

5

max

 

TION OF STRU

wing examplerious loading mum momenother load cots are compar

maximum mom

/ft 

b/ft 

psf 

p

hwE

2

4.147.05

2

7.05

75*0.7wEhL?   

b/ft < 75.6 lb

w

R

E

b

7.075.0m moment occ

ftlb

xhRb

12/5.53

0

UCTURAL AN

es are verificaconditions.  Tnt and the locombinations ared to a mom

ment occurs 

ftpsf

h

hhH LL

4012

wE7.075.0/ft.   Case A c

ft7.0

12

curs at 4.92 f

ftft

hwE

92.42

2

7.075.0

 

NALYSIS 

tion of the stThe loads are ation of the mare subsets o

ment diagram.

below HL. 

ft

ftftlb

h

ePL

12

12/0

hLE 075.0controls. 

p

ftlb

4.147.075

/5.53

ft below top o

xh

17.075.0

2

10 

tructural analnot necessarmaximum mof this.  For ea 

ft 1010

psf4.147.0

fpsf

92.4

of wall, or 7.0

fpsf

2

124.4

ysis of the simrily representoment are cheach of the fou

ft

fftlb

12

5.0/00

ft .7510

ft  

08 ft up from t

ftft 92.4 2

mply supporttative of typicecked for Loaur cases of Loa

lb

ft5.53

ftlb /6  

the bottom o

lbft189

 

ted vertical wcal partition load Combinatioad Combinati

ftb /

 

of the wall. 

ftb /

 

all oads.  on L.  ion L, 

Page 11: UNREINFORCED MASONRY EXAMPLES · Type N masonry cement 12 ft vertical span (simple support) Design load is a horizontal load of 50 lb/ft at a height of 3’‐6” from the floor

 

CASE B: mh = 12 ft HL = 40 lb/hL = 5 ft PL = 100 lbe = 6 in wE = 14.4 

Rb

7.0

7.0

Is 0.75*0.

7.075.0

w7.075.0Yes, 37.8l

hhx Maximum

RM

6

max

maximum mom

/ft 

b/ft 

psf 

p

hwE

2

4.147.05

2

7.05

7wEhL ≤ Rb < 0

hw LE 75.0Hhw LLE

b/ft ≤  66.0lb

fthL 512 m moment occ

fftlb

hR Lb

5/0.66

075.0

ment occurs a

ftpsf

h

hhH LL

4012

0.75(0.7wEhL+

p4.147.05

17.075.0/ft < 67.8 lb/f

ftft 7  

curs at 7 ft be

ft

hw LE

7.075.0

2

7.0 2

at HL. 

ft

ftftlb

h

ePL

12

12/0

+HL)?    

ftpsf 375 ftpsf 54.14

ft.   Case B co

elow top of w

psf

2

54.147

11 

ft 1005

ftlb /8.7  

ftlbt /40ontrols. 

wall, or 5 ft up

f

ft235

2

ft

ftftlb

12

5.0/0

ftlb /8.67

p from the bo

ftlbft /

 

lb /0.66

ft  

ottom of the w

 

ft/

 

wall. 

 

Page 12: UNREINFORCED MASONRY EXAMPLES · Type N masonry cement 12 ft vertical span (simple support) Design load is a horizontal load of 50 lb/ft at a height of 3’‐6” from the floor

 

CASE C: mh = 12 ft HL = 40 lb/hL = 3 ft PL = 100 lbe = 6 in wE = 14.4 

Rb

7.0

7.0

Is 0.75(0.7

w7.075.0

w7.075.0Yes, 52.7l

Rhx

0

Maximum 

ft

lb

RM

201

0.71

max

maximum mom

/ft 

b/ft 

psf 

p

hwE

2

4.147.05

2

7.05

7wEhL+HL) <Rb

Hhw LLE Hhw LE

b/ft ≤  71.0lb

w

HR

E

Lb

7.075.0

75.0

m moment occ

ftlb

ftft

xhRb

/

612/

0

ment occurs a

ftpsf

h

hhH LL

4012

b ≤ 0.75(0.7w

17.075.0 147.075.0

/ft < 120.7lb/

ft71

12

curs at 6.58 f

ft

wE

75.058.

2

7.075.0

above HL, but

ft

ftftlb

h

ePL

12

12/0

wEh+HL)?    

ftpsf 34.14

ftpsf 124.4/ft.   Case C co

ftlb

17.075.0

.0/0.1

ft below top o

ps

Hxh

L

4.147.05

2

2

12 

t below top.

ft 1003

ftlbt /40 ftlbt /40ontrols. 

psf

ftlb

4.14

/4075

of wall, or 5.4

ftsf

hxh LL

2

.612

ft

ftftlb

12

5.0/0

ftlb /7.52 flb /7.120

ft58.6  

42 ft up from t

l

ft40

58 2

lb /0.71

ft  

ft  

the bottom o

ftftlb 12/

 

ft/

 

of the wall. 

fft 358.6 ft

 

 

Page 13: UNREINFORCED MASONRY EXAMPLES · Type N masonry cement 12 ft vertical span (simple support) Design load is a horizontal load of 50 lb/ft at a height of 3’‐6” from the floor

 

 CASE D: mh = 12 ft HL = 20 lb/hL = 3 ft PL = 200 lbe = 48 in wE = 14.4 

Rb

7.0

7.0

Is Rb > 0.7

w7.075.0Yes, 106.6Maximum 

M 0max  

maximum mo

/ft 

b/ft 

psf 

p

hwE

2

4.147.05

2

7.05

75(0.7wEh+HL)

Hhw LE 6lb/ft > 105.7m moment occ

Pe 7.075.0

ment occurs 

ftpsf

h

hhH LL

2012

)?    

147.075.07lb/ft.   Case Dcurs at top of

ftlb /20075

at top. 

ft

ftftlb

h

ePL

12

12/0

ftpsf 124.4D controls.   xf wall. 

fft 6004

13 

ft 2003

ftlbt /20x = 0 

ftlbft /  

ft

ftftlb

12

4/0

flb /7.105

lb /6.106

ft  

 

ft

 


Recommended