Ein Beispiel für ASCE 7-16 Windlastberechnungen (Richtungsverfahren) für ein L-förmiges Gebäude
In diesem Artikel, Ein Beispiel für die Berechnung des Windlastdrucks für ein L-förmiges Gebäude in Cordova, Tennessee wird gezeigt. Diese Berechnung entspricht ASCE 7-16 Windlastberechnungen (Richtungsverfahren).
Für diese Fallstudie, Die Strukturdaten sind wie folgt:
| Ort | Cordova, Memphis, Tennessee Höhe + 110,0 m |
| Belegung | Verschiedenes – Anlagenstruktur |
| Terrain | Flaches Ackerland |
| Maße | 28m (12m Breite) x 24 m (8m Breite) Im Plan Traufhöhe von 5 m Scheitelhöhe in der Höhe. 8 m Dachneigung: 1:2 für Hauptrahmen (26.57°) 3:4 zur Erweiterung (36.87°) Mit Öffnung |
Eine ähnliche Berechnung für eine Satteldachkonstruktion mit ASCE 7-10 (imperiale Einheiten) wird in diesem Beispiel referenziert und kann damit aufgerufen werden link. Die Formel zur Bestimmung des Auslegungswinddrucks lautet:
Für geschlossene und teilweise geschlossene Gebäude:
\(p = qG{C.}_{p} -{q}_{ich}({GC}_{Pi})\) (1)
Für offene Gebäude:
\(p = q{G}_{f}{C.}_{p} -{q}({GC}_{Pi})\) (2)
Wo:
\(G) = Böeneffektfaktor
\({C.}_{p}\) = externer Druckkoeffizient
\(({GC}_{Pi})\)= Innendruckkoeffizient
\(q ) = Geschwindigkeitsdruck, in Pa, gegeben durch die Formel:
\(q = 0.613{K.}_{mit}{K.}_{zt}{K.}_{d}V ^ 2 ) (3)
\(q ) = \({q}_{h}\) für Lee Wände, Seitenwände, und Dächer,bewertet bei mittlerer Dachhöhe, \(h )
\(q ) = \({q}_{mit}\) für Luvwände, in der Höhe ausgewertet, \([object Window])
\({q}_{ich}\) = \({q}_{h}\) für negativen Innendruck, \((-{GC}_{Pi})\) Bewertung und \({q}_{mit}\) zur positiven Innendruckbewertung \((+{GC}_{Pi})\) von teilweise geschlossenen Gebäuden kann aber als genommen werden \({q}_{h}\) für konservativen Wert.
\({K.}_{mit}\) = Geschwindigkeitsdruckkoeffizient
\({K.}_{zt}\)= topographischer Faktor
\({K.}_{d}\)= Windrichtungsfaktor
\(V ) = Grundwindgeschwindigkeit in m / s
Risikokategorie
Bei der Bestimmung des Auslegungswinddrucks muss zunächst die Risikokategorie der Struktur klassifiziert werden, welches auf der Nutzung oder Belegung der Struktur basiert. Da dieses Beispiel eine Anlagenstruktur ist, Die Struktur ist klassifiziert als Risikokategorie IV. Sehen Tabelle 1.5-1 von ASCE 7-16 Weitere Informationen zur Klassifizierung von Risikokategorien.
Grundlegende Windgeschwindigkeit, \(V )
In ASCE 7-16, Die Windgeschwindigkeitsdaten können von erhalten werden Zahlen 26.5-1 zu 26.5-2. Von Abbildung 26.5-1A, Cordova, Memphis, Tennessee befindet sich in der Nähe des in Abbildung gezeigten roten Punkts 3 unten, und folglich, bleibt die Grundwindgeschwindigkeit, \(V ), ist 52 Frau. Beachten Sie, dass die Werte zwischen bekannten Windkonturen interpoliert werden sollten.
SkyCiv kann die Windgeschwindigkeitsberechnungen mit nur wenigen Parametern automatisieren. Probier unser SkyCiv Free Wind Tool.
Belichtungskategorie
Sehen Sektion 26.7 von ASCE 7-16 Einzelheiten zum Verfahren zur Bestimmung der Expositionskategorie.
Abhängig von der gewählten Windrichtung, Die Exposition der Struktur ist aus dem 45 ° -Aufwindbereich zu bestimmen. Die zu übernehmende Exposition sollte diejenige sein, die die höchste Windlast aus dieser Richtung ergibt. Die Beschreibung jeder Expositionsklassifizierung finden Sie im Abschnitt 26.7.2 sowie 26.7.3 von ASCE 7-16.
Für unser Beispiel, da der Standort der Struktur in einem Ackerland in Cordova ist, Memphis, Tennessee, ohne Gebäude höher als 30 ft, Daher wird das Gebiet als klassifiziert Belichtung C.. Ein hilfreiches Tool zur Bestimmung der Belichtungskategorie besteht darin, Ihren potenziellen Standort über ein Satellitenbild anzuzeigen (Google Maps zum Beispiel).
Windrichtungsfaktor, \({K.}_{d}\)
Die Windrichtungsfaktoren, \({K.}_{d}\), denn unsere Struktur ist beide gleich 0.85 da das Gebäude das Hauptwindkraft-Widerstandssystem ist und auch Komponenten und Verkleidungen an der Struktur angebracht sind. Dies wird in gezeigt Tabelle 26.6-1 von ASCE 7-16.
Topographischer Faktor, \({K.}_{zt}\)
Da der Standort der Struktur in einem flachen Ackerland liegt, wir können davon ausgehen, dass der topografische Faktor, \({K.}_{zt}\), ist 1.0. Andernfalls, Der Faktor kann mit gelöst werden Abbildung 26.8-1 von ASCE 7-16. Um festzustellen, ob weitere Berechnungen des topografischen Faktors erforderlich sind, sehen Sektion 26.8.1, wenn Ihre Website nicht alle aufgeführten Bedingungen erfüllt, dann kann der topografische Faktor als angenommen werden 1.0.
Hinweis: Topographiefaktoren können automatisch mit berechnet werden SkyCiv Wind Design Software. Weitere Informationen zur Berechnung des Topografiefaktors, Überprüfen Sie dies Artikel.
Bodenhöhenfaktor, \({K.}_{e}\)
Der Bodenhöhenfaktor, \({K.}_{e}\), wird in ASCE eingeführt 7-16 die Variation der Luftdichte basierend auf der Bodenhöhe über dem mittleren Meeresspiegel zu berücksichtigen. Dieser Faktor kann mit berechnet werden:
\( {K.}_{e} = {e}^{-0.000119{mit}_{G}}\) (4)
Wo:
\({mit}_{G}\) ist die Bodenhöhe über dem mittleren Meeresspiegel in Metern
Daher, für diese Fallstudie, da die Bodenhöhe + 110,0 m beträgt, \({K.}_{e}\) entspricht 0.987.
Geschwindigkeitsdruckkoeffizient, \({K.}_{mit}\)
Der Geschwindigkeitsdruckkoeffizient, \({K.}_{mit}\), kann mit Tabelle berechnet werden 26.10-1 von ASCE 7-16. Dieser Parameter hängt von der Höhe über dem Boden des Punktes ab, an dem der Winddruck berücksichtigt wird, und die Expositionskategorie. Außerdem, Die in der Tabelle angegebenen Werte basieren auf der folgenden Formel:
Zum 4.6 m < \({mit}\) < \({mit}_{G}\): \({K.}_{mit} = 2.01(mit/{mit}_{G})^{2/ein}\) (5)
Zum \({mit}\) < 4.6 m: \({K.}_{mit} = 2.01(4.6/{mit}_{G})^{2/ein}\) (6)
Wo:
| Exposition | ein | \({mit}_{G}\)(m) |
| Belichtung B. | 7.0 | 365.76 |
| Belichtung C. | 9.5 | 274.32 |
| Belichtung D. | 11.5 | 213.36 |
Üblicherweise, Geschwindigkeitsdruckkoeffizienten bei mittlerer Dachhöhe, \({K.}_{h}\), und auf jeder Etage, \({K.}_{Tag}\), sind die Werte, die wir benötigen würden, um die Auslegungswinddrücke zu lösen. Für dieses Beispiel, da der Winddruck auf der Luvseite parabolischer Natur ist, Wir können diese Belastung vereinfachen, indem wir davon ausgehen, dass zwischen den Bodenebenen ein gleichmäßiger Druck auf die Wände ausgeübt wird. Wir können den Druck gegen den Wind vereinfachen und ihn aufteilen 2 Ebenen, auf der Traufhöhe (+5.0m), und auf der mittleren Dachhöhe (+6.5m). Außerdem, ein = 9.5 sowie \({mit}_{G}\) entspricht 274.32 m da der Ort der Struktur als Exposition C klassifiziert ist.
| Elevation (m) | \( {K.}_{mit} \) |
| 5 (Traufhöhe) | 0.865 |
| 6.5 (mittlere Dachhöhe) | 0.914 |
Geschwindigkeitsdruck, \( q \)
Aus der Gleichung (3), wir können nach dem Geschwindigkeitsdruck lösen, \( q \) in Pa, bei jeder betrachteten Höhe.
| Elevation, m | \( {K.}_{mit} \) | \( {K.}_{zt} \) | \( {K.}_{d} \) | \( {K.}_{e} \) | \( V \), Frau | \( q \), Gut |
| 5 (Traufhöhe) | 0.865 | 1.0 | 0.85 | 0.987 | 52 | 1202.87 |
| 6.5 (mittlere Dachhöhe) | 0.914 | 1.0 | 0.85 | 0.987 | 52 | \( {q}_{h} \) = 1271.01 |
Böeneffektfaktor, \( G \)
Der Böeneffektfaktor, \( G \), ist eingestellt auf 0.85 da die Struktur als starr angenommen wird (Sektion 26.11 von ASCE 7-16).
Gehäuseklassifizierung und Innendruckkoeffizient, \( ({GC}_{Pi}) \)
Es wird angenommen, dass die Anlagenstruktur Öffnungen aufweist, die der Definition von a entsprechen teilweise geschlossenes Gebäude im Sektion 26.2 von ASCE 7-16. So, der Innendruckkoeffizient, \( ({GC}_{Pi}) \), muss +0.55 sowie -0.55 basierend auf Tabelle 26.13-1 von ASCE 7-16. Deshalb:
\(+{p}_{ich} = {q}_{ich}(+G{C.}_{Pi}) \) = (1271.01)(+0.55) = 699.06 Gut
\(-{p}_{ich} = {q}_{ich}(-G{C.}_{Pi}) \) = (1271.01)(-0.55) = -699.06 Gut
Externer Druckkoeffizient, \({C.}_{p}\)
Für geschlossene und teilweise geschlossene Gebäude, der externe Druckkoeffizient, \({C.}_{p}\), wird anhand der Angaben in berechnet Abbildung 27.4-1 durch Abbildung 27.4-3. Für ein teilweise geschlossenes Gebäude mit Satteldach, benutzen Abbildung 27.4-1. Die Außendruckkoeffizienten für Wände und Dach werden anhand der Gebäudeparameter L separat berechnet, B und h, die in Anmerkung definiert sind 7 von Abbildung 27.4-1.
Für dieses Beispiel, da die Struktur asymmetrisch ist, Es werden vier Windrichtungen berücksichtigt: zwei (2) für Windrichtung parallel zur 24m Seite, und zwei (2) für Windrichtung parallel zur 28m Seite.
Für Windrichtung parallel zur 24m Seite
So, wir müssen das L / B und h / L berechnen:
Mittlere Dachhöhe, h = 6.5 m
Gebäudelänge, L = 24 m
Gebäudebreite, B = 28 m
L / B = 0.857
h / L = 0.271
h / B = 0.232
Wanddruckkoeffizienten, \({C.}_{p}\), und äußerer Druck, \({p}_{e}\)
.Für Wände, Die Außendruckkoeffizienten werden aus Abbildung berechnet 27.3-1 von ASCE 7-16 wo \({q}_{h}\) = 1271.011 Gut sowie \( G \) = 0.85.
| Oberfläche | h, m | Wanddruckkoeffizienten, \({C.}_{p}\) | \({p}_{e}\), Gut |
| Luvwand | 5.0 | 0.8 | 817.953 |
| 6.5 | 0.8 | 864.288 | |
| Leeward Wand | 6.5 | -0.5 | -540.180 |
| Seitenwände | 6.5 | -0.7 | -756.252 |
Dachdruckkoeffizienten, \({C.}_{p}\), und äußerer Druck, \({p}_{e}\)
Für Dach, Die Außendruckkoeffizienten werden aus Abbildung berechnet 27.3-1 von ASCE 7-16 wo \({q}_{h}\) = 1271.011 Gut. Beachten Sie dies für diese Windrichtung, Wind- und Lee-Dachdrücke (Dachflächen 1 sowie 2) werden mit berechnet θ = 36,87 ° sowie θ = 0 ° für Dachflächen 3 sowie 4.
| Oberfläche | Ort | Dachdruckkoeffizienten, \({C.}_{p}\) | \({p}_{e}\), Gut |
| Luvdach | – | 0.4 | 432.144 |
| Lee Dach | – | -0.6 | -648.216 |
| Parallel zum Wind (entlang des Kamms) | 0 bis h vom Rand | -0.9 -0.18 |
-972.324 -194.465 |
| h bis 2h von der Kante | -0.5 -0.18 |
-540.180 -194.465 |
|
| > 2h vom Rand | -0.3 -0.18 |
-324.108 -194.465 |
Deshalb, kombinieren \({p}_{e}\) sowie \({p}_{ich}\), die entsprechenden Auslegungsdrücke können erhalten werden:
| Art | Oberfläche | Höhe / Lage, m | \({p}_{e}\), Gut | \({p}_{e}\) – +\({p}_{ich}\), Gut | \({p}_{e}\) – -\({p}_{ich}\), Gut |
| Wände | Luvwand | 5.0 | 817.953 | 118.897 | 1517.009 |
| 6.5 | 864.288 | 165.231 | 1563.344 | ||
| Leeward Wand | – | -540.180 | -1239.236 | 158.876 | |
| Seitenwände | – | -756.252 | -1455.308 | -57.196 | |
| Dach | Luv | – | 432.144 | -266.912 | 1131.200 |
| Lee | – | -648.216 | -1347.272 | 50.840 | |
| Eben (entlang des Kamms) | 0 zu h | -972.324 -194.465 |
-1671.380 -893.521 |
-273.267 504.592 |
|
| h bis 2h | -540.180 -194.465 |
-1239.236 -893.521 |
158.876 504.592 |
||
| > 2h | -324.108 -194.465 |
-1023.164 -893.521 |
374.948 504.592 |
Für Windrichtung parallel zur 28m Seite
So, wir müssen das L / B und h / L berechnen:
Mittlere Dachhöhe, h = 6.5 m
Gebäudelänge, L = 28 m
Gebäudebreite, B = 24 m
L / B = 0.857
h / L = 0.232
h / B = 0.271
Wanddruckkoeffizienten, \({C.}_{p}\), und äußerer Druck, \({p}_{e}\)
.Für Design Wanddruck, Die Außendruckkoeffizienten werden aus Abbildung berechnet 27.3-1 von ASCE 7-16 wo \({q}_{h}\) = 1271.011 Gut sowie \( G \) = 0.85.
| Oberfläche | h, m | Wanddruckkoeffizienten, \({C.}_{p}\) | \({p}_{e}\), Gut |
| Luvwand | 5.0 | 0.8 | 817.953 |
| 6.5 | 0.8 | 864.288 | |
| Leeward Wand | 6.5 | -0.467 | -504.528 |
| Seitenwände | 6.5 | -0.7 | -756.252 |
Dachdruckkoeffizienten, \({C.}_{p}\), und äußerer Druck, \({p}_{e}\)
Für Dach, Die Außendruckkoeffizienten werden aus Abbildung berechnet 27.3-1 von ASCE 7-16 wo \({q}_{h}\) = 1271.011 Gut. Beachten Sie dies für diese Windrichtung, Wind- und Lee-Dachdrücke (Dachflächen 3 sowie 4) werden mit berechnet θ = 26,57 ° sowie θ = 0 ° für Dachflächen 1 sowie 2.
| Oberfläche | Ort | Dachdruckkoeffizienten, \({C.}_{p}\) | \({p}_{e}\), Gut |
| Luvdach | – | -0.2 0.3 |
-216.072 324.108 |
| Lee Dach | – | -0.6 | -648.216 |
| Parallel zum Wind (entlang des Kamms) | 0 bis h vom Rand | -0.9 -0.18 |
-972.324 -194.465 |
| h bis 2h von der Kante | -0.5 -0.18 |
-540.180 -194.465 |
|
| > 2h vom Rand | -0.3 -0.18 |
-324.108 -194.465 |
Deshalb, kombinieren \({p}_{e}\) sowie \({p}_{ich}\), die entsprechenden Auslegungsdrücke können erhalten werden:
| Art | Oberfläche | Höhe / Lage, m | \({p}_{e}\), Gut | \({p}_{e}\) – +\({p}_{ich}\), Gut | \({p}_{e}\) – -\({p}_{ich}\), Gut |
| Wände | Luvwand | 5.0 | 817.953 | 118.897 | 1517.009 |
| 6.5 | 864.288 | 165.231 | 1563.344 | ||
| Leeward Wand | – | -504.528 | -1203.584 | 194.528 | |
| Seitenwände | – | -756.252 | -1455.308 | -57.196 | |
| Dach | Luv | – | -216.072 324.108 |
-915.128 -374.948 |
482.984 1023.164 |
| Lee | – | -648.216 | -1347.272 | 50.840 | |
| Eben (entlang des Kamms) | 0 zu h | -972.324 -194.465 |
-1671.380 -893.521 |
-273.267 504.592 |
|
| h bis 2h | -540.180 -194.465 |
-1239.236 -893.521 |
158.876 504.592 |
||
| > 2h | -324.108 -194.465 |
-1023.164 -893.521 |
374.948 504.592 |
Statiker, Produktentwicklung
MS Bauingenieurwesen
Verweise:
- Coulbourne, W.. L. L., & Stafford, T.. E.. (2020, April). Windlasten: Leitfaden zu den Windlastbestimmungen von ASCE 7-16. Amerikanische Gesellschaft der Bauingenieure.
- Amerikanische Gesellschaft der Bauingenieure. (2017, Juni). Minimale Auslegungslasten und zugehörige Kriterien für Gebäude und andere Strukturen. Amerikanische Gesellschaft der Bauingenieure.
