Τεκμηρίωση SkyCiv

Ο οδηγός σας για το λογισμικό SkyCiv - μαθήματα, οδηγοί και τεχνικά άρθρα

TechNotes

  1. Σπίτι
  2. TechNotes
  3. Φόρτωση
  4. ASCE 7-16 Παράδειγμα υπολογισμού φορτίου ανέμου για κτίριο σχήματος L

ASCE 7-16 Παράδειγμα υπολογισμού φορτίου ανέμου για κτίριο σχήματος L

An example of ASCE 7-16 υπολογισμοί φορτίου ανέμου (directional procedure) for an L-shaped building

Σε αυτό το άρθρο, an example wind load pressure calculation for an L-shaped building in Cordova, Tennessee will be shown. This calculation will be in accordance with ASCE 7-16 υπολογισμοί φορτίου ανέμου (directional procedure).

Για αυτή τη μελέτη περίπτωσης, τα δεδομένα δομής είναι τα εξής:

παράδειγμα-άνεμος-φορτίο-υπολογισμός-στιγμιότυπο-2
Φιγούρα 1. Τοποθεσία ιστότοπου (από τους Χάρτες Google).
Φιγούρα 2. L-shaped plant structure.
Φιγούρα 3. Plan dimensions of the structure using the Structural 3D Plan Gridlines function
Τοποθεσία Κόρδοβα, Μέμφις, Τενεσί
Elevation +110.0m
Χωρητικότητα Διάφορα – Δομή του φυτού
Εδαφος Επίπεδη χωράφια
Διαστάσεις 28Μ (12m width) x 24m (8m width) in plan
Ύψος μαρκίζας 5 Μ
Το ύψος της κορυφής στο ύψος. 8 Μ
Κλίση οροφής:
1:2 for main frame (26.57°)
3:4 for extension (36.87°)
Με άνοιγμα
Τραπέζι 1. Απαιτούνται στοιχεία οικοδόμησης για τον υπολογισμό του ανέμου μας.

A similar calculation for a gable roof construction using ASCE 7-10 (imperial units) is referenced in this example and can be accessed using this Σύνδεσμος. Ο τύπος για τον προσδιορισμό της πίεσης του ανέμου είναι:

Για κλειστά και μερικώς κλειστά κτίρια:

\(p = qG{ντο}_{Π} -{ε}_{Εγώ}({GC}_{πι})\) (1)

Για ανοιχτά κτίρια:

\(p = q{σολ}_{φά}{ντο}_{Π} -{ε}({GC}_{πι})\) (2)

Οπου:

\([object Window]) = συντελεστής ριπής
\({ντο}_{Π}\) αριθμομηχανή φορτίου ανέμου
\(({GC}_{πι})\)= συντελεστής εσωτερικής πίεσης
\(q\) = πίεση ταχύτητας, στο Pa, δίνεται από τον τύπο:

\(q = 0.613{κ}_{με}{κ}_{zt}{κ}_{ρε}[object Window]) (3)

\(q\) = \({ε}_{η}\) για τείχη, πλευρικά τοιχώματα, και στέγες,αξιολογείται στο μέσο ύψος στέγης, \(ω )
\(q\) = \({ε}_{με}\) για εμπρός τοίχους, αξιολογείται στο ύψος, \(z)
\({ε}_{Εγώ}\) = \({ε}_{η}\) για αρνητική εσωτερική πίεση, \((-{GC}_{πι})\) αξιολόγηση και \({ε}_{με}\) για θετική αξιολόγηση εσωτερικής πίεσης \((+{GC}_{πι})\) of partially enclosed buildings but can be taken as \({ε}_{η}\) για συντηρητική αξία.
\({κ}_{με}\) = συντελεστής πίεσης ταχύτητας
\({κ}_{zt}\)= τοπογραφικός παράγοντας
\({κ}_{ρε}\)= συντελεστής κατεύθυνσης ανέμου
\(V\) = basic wind speed in m/s

Κατηγορία κινδύνου

The first thing in determining the design wind pressures is to classify the risk category of the structure, which is based on the use or occupancy of the structure. Since this example is a plant structure, η δομή ταξινομείται ως Κατηγορία κινδύνου IV. Βλέπω Τραπέζι 1.5-1 του ASCE 7-16 για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με την ταξινόμηση κατηγοριών κινδύνου.

Βασική ταχύτητα ανέμου, \(V\)

In ASCE 7-16, the wind speed data can be obtained from Φιγούρες 26.5-1 προς το 26.5-2. Από Figure 26.5-1A, Κόρδοβα, Μέμφις, Tennessee is near the red dot shown in Figure 3 παρακάτω, και στη συνέχεια, ο basic wind speed, \(V\), είναι 52 Κυρία. Take note that the values should be interpolated between known wind contours.

Φιγούρα 3. Basic wind speed for Risk Category IV from ASCE 7-16 Figure 26.5-1D.

SkyCiv can automate the wind speed calculations using just a few parameters. Δοκιμάστε μας Εργαλείο ανέμου SkyCiv Free.

Κατηγορία έκθεσης

Βλέπω Ενότητα 26.7 του ASCE 7-16 περιγράφει λεπτομερώς τη διαδικασία καθορισμού της κατηγορίας έκθεσης.

Ανάλογα με την επιλεγμένη κατεύθυνση ανέμου, η έκθεση της δομής καθορίζεται από τον ανοδικό τομέα 45 °. Η έκθεση που πρέπει να υιοθετηθεί πρέπει να είναι αυτή που θα αποφέρει το υψηλότερο φορτίο ανέμου από την εν λόγω κατεύθυνση. Η περιγραφή κάθε ταξινόμησης έκθεσης αναλύεται στην Ενότητα 26.7.2 και 26.7.3 του ASCE 7-16.

Για το παράδειγμά μας, δεδομένου ότι η θέση της δομής είναι σε μια καλλιεργήσιμη γη στην Κόρδοβα, Μέμφις, Τενεσί, χωρίς κτίρια ψηλότερα από 30 πόδια, ως εκ τούτου η περιοχή ταξινομείται ως Έκθεση Γ. Ένα χρήσιμο εργαλείο για τον προσδιορισμό της κατηγορίας έκθεσης είναι η προβολή του δυνητικού ιστότοπού σας μέσω δορυφορικής εικόνας (Οι Χάρτες Google για παράδειγμα).

Παράγοντας κατεύθυνσης ανέμου, \({κ}_{ρε}\)

Οι παράγοντες κατεύθυνσης του ανέμου, \({κ}_{ρε}\), γιατί η δομή μας είναι και τα δύο 0.85 δεδομένου ότι το κτίριο είναι το κύριο σύστημα αντοχής στην αιολική δύναμη και έχει επίσης εξαρτήματα και επένδυση προσαρτημένα στη δομή. This is shown in Τραπέζι 26.6-1 του ASCE 7-16.

Τοπογραφικός παράγοντας, \({κ}_{zt}\)

Δεδομένου ότι η θέση της δομής είναι σε μια επίπεδη χωράφια, μπορούμε να υποθέσουμε ότι ο τοπογραφικός παράγοντας, \({κ}_{zt}\), είναι 1.0. Σε διαφορετική περίπτωση, the factor can be solved using Φιγούρα 26.8-1 του ASCE 7-16. Για να προσδιορίσετε εάν απαιτούνται περαιτέρω υπολογισμοί του τοπογραφικού παράγοντα, βλέπω Ενότητα 26.8.1, εάν ο ιστότοπός σας δεν πληροί όλες τις προϋποθέσεις που αναφέρονται, τότε ο τοπογραφικός παράγοντας μπορεί να ληφθεί ως 1.0.

Σημείωση: Οι παράγοντες τοπογραφίας μπορούν να υπολογιστούν αυτόματα χρησιμοποιώντας Λογισμικό SkyCiv Wind Design. For more information on calculation of topography factor, check this article.

Συντελεστής υψομέτρου εδάφους, \({κ}_{μι}\)

Ο συντελεστής ανύψωσης εδάφους, \({κ}_{μι}\), is introduced in ASCE 7-16 to consider the variation in the air density based on ground elevation above mean sea level. This factor can be calculated using:

\( {κ}_{μι} = {μι}^{-0.000119{με}_{σολ}}\) (4)

Οπου:
\({με}_{σολ}\) is the ground elevation above mean sea level in meters

Ως εκ τούτου, for this case study, since the ground elevation is +110.0m, \({κ}_{μι}\) είναι ίσο με 0.987.

Συντελεστής πίεσης ταχύτητας, \({κ}_{με}\)

Ο συντελεστής πίεσης ταχύτητας, \({κ}_{με}\), μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον Πίνακα 26.10-1 του ASCE 7-16. Αυτή η παράμετρος εξαρτάται από το ύψος πάνω από το επίπεδο του εδάφους του σημείου όπου λαμβάνεται υπόψη η πίεση του ανέμου, και την κατηγορία έκθεσης. Εξάλλου, Οι τιμές που εμφανίζονται στον πίνακα βασίζονται στον ακόλουθο τύπο:

Για 4.6 Μ < \({με}\) < \({με}_{σολ}\): \({κ}_{με} = 2.01(με/{με}_{σολ})^{2/α}\) (5)
Για \({με}\) < 4.6 Μ: \({κ}_{με} = 2.01(4.6/{με}_{σολ})^{2/α}\) (6)

Οπου:

Εκθεση α \({με}_{σολ}\)(Μ)
Έκθεση Β 7.0 365.76
Έκθεση Γ 9.5 274.32
Έκθεση Δ 11.5 213.36
Τραπέζι 2. Terrain Exposure Constants from Table 26.11-1 του ASCE 7-16.

Συνήθως, συντελεστές πίεσης ταχύτητας στο μέσο ύψος στέγης, \({κ}_{η}\), και σε κάθε επίπεδο ορόφου, \({κ}_{ημέρα}\), είναι οι τιμές που θα χρειαζόμασταν για να λύσουμε τις πιέσεις ανέμου σχεδιασμού. Για αυτό το παράδειγμα, δεδομένου ότι η πίεση του ανέμου στην εμπρόσθια πλευρά είναι παραβολικής φύσης, μπορούμε να απλοποιήσουμε αυτό το φορτίο υποθέτοντας ότι εφαρμόζεται ομοιόμορφη πίεση στους τοίχους μεταξύ των επιπέδων δαπέδου. We can simplify the windward pressure and divide it into 2 επίπεδα, at the eave height (+5.0Μ), and at the mean roof height (+6.5Μ). Εξάλλου, α = 9.5 και \({με}_{σολ}\) είναι ίσο με 274.32 Μ since the location of the structure is classified as Exposure C.

Ανύψωση (Μ) \( {κ}_{με} \)
5 (eave height) 0.865
6.5 (mean roof height) 0.914
Τραπέζι 3. The calculated values of velocity pressure coefficient for each elevation height.

Πίεση ταχύτητας, \( ε \)

Από την εξίσωση (3), μπορούμε να λύσουμε για την πίεση ταχύτητας, \( ε \) στο Pa, σε κάθε ύψος που εξετάζεται.

Ανύψωση, Μ \( {κ}_{με} \) \( {κ}_{zt} \) \( {κ}_{ρε} \) \( {κ}_{μι} \) \( Β \), Κυρία \( ε \), Καλά
5 (eave height) 0.865 1.0 0.85 0.987 52 1202.87
6.5 (mean roof height) 0.914 1.0 0.85 0.987 52 \( {ε}_{η} \) = 1271.01

Συντελεστής επίδρασης ριπών, \( σολ \)

Ο παράγοντας της ριπής, \( σολ \), Έχει οριστεί 0.85 καθώς η δομή θεωρείται άκαμπτη (Ενότητα 26.11 του ASCE 7-16).

Ταξινόμηση περιβλήματος και συντελεστής εσωτερικής πίεσης, \( ({GC}_{πι}) \)

The plant structure is assumed to have openings that satisfy the definition of a partially enclosed building σε Ενότητα 26.2 του ASCE 7-16. Ετσι, ο εσωτερικός συντελεστής πίεσης, \( ({GC}_{πι}) \), θα είναι +0.55 και -0.55 βασισμένο στο Τραπέζι 26.13-1 του ASCE 7-16. Επομένως:

\(+{Π}_{Εγώ} = {ε}_{Εγώ}(+σολ{ντο}_{πι}) \) = (1271.01)(+0.55) = 699.06 Καλά
\(-{Π}_{Εγώ} = {ε}_{Εγώ}(-σολ{ντο}_{πι}) \) = (1271.01)(-0.55) = -699.06 Καλά

 

Συντελεστής εξωτερικής πίεσης, \({ντο}_{Π}\)

Για κλειστά και μερικώς κλειστά κτίρια, ο συντελεστής εξωτερικής πίεσης, \({ντο}_{Π}\), is calculated using the information provided in Φιγούρα 27.4-1 διά μέσου Φιγούρα 27.4-3. Για ένα μερικώς κλειστό κτίριο με αέτωμα οροφή, χρήση Φιγούρα 27.4-1. Οι συντελεστές εξωτερικής πίεσης για τους τοίχους και την οροφή υπολογίζονται ξεχωριστά χρησιμοποιώντας τις παραμέτρους κτιρίου L, Β και ω, που ορίζονται στη Σημείωση 7 του Φιγούρα 27.4-1.

Για αυτό το παράδειγμα, since the structure is asymmetric, four wind directions will be considered: δύο (2) for wind direction parallel to 24m side, and two (2) for wind direction parallel to 28m side.

For Wind Direction parallel to 24m side

Ετσι, we need to calculate the L/B and h/L:

Μέσο ύψος στέγης, h = 6.5 Μ
Μήκος κτιρίου, L = 24 Μ
Πλάτος κτιρίου, Β = 28 Μ
Λ / Β = 0.857
h / L = 0.271
h / B = 0.232

Wall Pressure Coefficients, \({ντο}_{Π}\), and External Pressure, \({Π}_{μι}\)

.For walls, the external pressure coefficients are calculated from Figure 27.3-1 του ASCE 7-16 όπου \({ε}_{η}\) = 1271.011 Καλά και \( σολ \) = 0.85.

Επιφάνεια η, Μ Wall Pressure Coefficients, \({ντο}_{Π}\) \({Π}_{μι}\), Καλά
Άνεμος τοίχος 5.0 0.8 817.953
6.5 0.8 864.288
Leeward τοίχο 6.5 -0.5 -540.180
τις αντίστοιχες πιέσεις σχεδιασμού 6.5 -0.7 -756.252

Roof Pressure Coefficients, \({ντο}_{Π}\), and External Pressure, \({Π}_{μι}\)

For roof, the external pressure coefficients are calculated from Figure 27.3-1 του ASCE 7-16 όπου \({ε}_{η}\) = 1271.011 Καλά. Σημειώστε ότι για αυτήν την κατεύθυνση ανέμου, Σημειώστε ότι για αυτήν την κατεύθυνση ανέμου (Σημειώστε ότι για αυτήν την κατεύθυνση ανέμου 1 και 2) Σημειώστε ότι για αυτήν την κατεύθυνση ανέμου θ = 36.87° και θ = 0° Σημειώστε ότι για αυτήν την κατεύθυνση ανέμου 3 και 4.

Επιφάνεια Τοποθεσία Roof Pressure Coefficients, \({ντο}_{Π}\) \({Π}_{μι}\), Καλά
Windward roof 0.4 432.144
Σημειώστε ότι για αυτήν την κατεύθυνση ανέμου -0.6 -648.216
Σημειώστε ότι για αυτήν την κατεύθυνση ανέμου (Σημειώστε ότι για αυτήν την κατεύθυνση ανέμου) 0 to h from edge -0.9
-0.18
-972.324
-194.465
h to 2h from edge -0.5
-0.18
-540.180
-194.465
> 2h from edge -0.3
-0.18
-324.108
-194.465

Επομένως, Η αλλαγή του θα απαιτούσε να μεταβείτε στην ενότητα μοντέλου \({Π}_{μι}\) και \({Π}_{Εγώ}\), ⠯ Zovirax Cream Online Χωρίς συνταγή:

Τύπος Επιφάνεια Elevation/Location, Μ \({Π}_{μι}\), Καλά \({Π}_{μι}\) – +\({Π}_{Εγώ}\), Καλά \({Π}_{μι}\) – -\({Π}_{Εγώ}\), Καλά
Τείχη Άνεμος τοίχος 5.0 817.953 118.897 1517.009
6.5 864.288 165.231 1563.344
Leeward τοίχο -540.180 -1239.236 158.876
τις αντίστοιχες πιέσεις σχεδιασμού -756.252 -1455.308 -57.196
Στέγη Προς τον άνεμο 432.144 -266.912 1131.200
Υπήνεμος -648.216 -1347.272 50.840
Διαμέρισμα (τις αντίστοιχες πιέσεις σχεδιασμού) 0 έως h -972.324
-194.465
-1671.380
-893.521
-273.267
504.592
ω έως 2 ώρες -540.180
-194.465
-1239.236
-893.521
158.876
504.592
> 2η -324.108
-194.465
-1023.164
-893.521
374.948
504.592
Φιγούρα 4. Corresponding wall pressures for wind direction parallel to 24m length.
Φιγούρα 5. Corresponding roof pressures for wind direction parallel to 24m length.
Φιγούρα 6. Corresponding wall pressures for wind direction parallel to 24m length (opposite direction)
Φιγούρα 7. Corresponding roof pressures for wind direction parallel to 24m length (opposite direction).

For Wind Direction parallel to 28m side

Ετσι, we need to calculate the L/B and h/L:

Μέσο ύψος στέγης, h = 6.5 Μ
Μήκος κτιρίου, L = 28 Μ
Πλάτος κτιρίου, Β = 24 Μ
Λ / Β = 0.857
h / L = 0.232
h / B = 0.271

Wall Pressure Coefficients, \({ντο}_{Π}\), and External Pressure, \({Π}_{μι}\)

.For design wall pressure, the external pressure coefficients are calculated from Figure 27.3-1 του ASCE 7-16 όπου \({ε}_{η}\) = 1271.011 Καλά και \( σολ \) = 0.85.

Επιφάνεια η, Μ Wall Pressure Coefficients, \({ντο}_{Π}\) \({Π}_{μι}\), Καλά
Άνεμος τοίχος 5.0 0.8 817.953
6.5 0.8 864.288
Leeward τοίχο 6.5 -0.467 -504.528
τις αντίστοιχες πιέσεις σχεδιασμού 6.5 -0.7 -756.252

Roof Pressure Coefficients, \({ντο}_{Π}\), and External Pressure, \({Π}_{μι}\)

For roof, the external pressure coefficients are calculated from Figure 27.3-1 του ASCE 7-16 όπου \({ε}_{η}\) = 1271.011 Καλά. Σημειώστε ότι για αυτήν την κατεύθυνση ανέμου, Σημειώστε ότι για αυτήν την κατεύθυνση ανέμου (Σημειώστε ότι για αυτήν την κατεύθυνση ανέμου 3 και 4) Σημειώστε ότι για αυτήν την κατεύθυνση ανέμου θ =26.57° και θ = 0° Σημειώστε ότι για αυτήν την κατεύθυνση ανέμου 1 και 2.

Επιφάνεια Τοποθεσία Roof Pressure Coefficients, \({ντο}_{Π}\) \({Π}_{μι}\), Καλά
Windward roof -0.2
0.3
-216.072
324.108
Σημειώστε ότι για αυτήν την κατεύθυνση ανέμου -0.6 -648.216
Σημειώστε ότι για αυτήν την κατεύθυνση ανέμου (Σημειώστε ότι για αυτήν την κατεύθυνση ανέμου) 0 to h from edge -0.9
-0.18
-972.324
-194.465
h to 2h from edge -0.5
-0.18
-540.180
-194.465
> 2h from edge -0.3
-0.18
-324.108
-194.465

Επομένως, Η αλλαγή του θα απαιτούσε να μεταβείτε στην ενότητα μοντέλου \({Π}_{μι}\) και \({Π}_{Εγώ}\), ⠯ Zovirax Cream Online Χωρίς συνταγή:

Τύπος Επιφάνεια Elevation/Location, Μ \({Π}_{μι}\), Καλά \({Π}_{μι}\) – +\({Π}_{Εγώ}\), Καλά \({Π}_{μι}\) – -\({Π}_{Εγώ}\), Καλά
Τείχη Άνεμος τοίχος 5.0 817.953 118.897 1517.009
6.5 864.288 165.231 1563.344
Leeward τοίχο -504.528 -1203.584 194.528
τις αντίστοιχες πιέσεις σχεδιασμού -756.252 -1455.308 -57.196
Στέγη Προς τον άνεμο -216.072
324.108
-915.128
-374.948
482.984
1023.164
Υπήνεμος -648.216 -1347.272 50.840
Διαμέρισμα (τις αντίστοιχες πιέσεις σχεδιασμού) 0 έως h -972.324
-194.465
-1671.380
-893.521
-273.267
504.592
ω έως 2 ώρες -540.180
-194.465
-1239.236
-893.521
158.876
504.592
> 2η -324.108
-194.465
-1023.164
-893.521
374.948
504.592
Φιγούρα 8. Corresponding wall pressures for wind direction parallel to 28m length.
Φιγούρα 9. Corresponding roof pressure for wind direction parallel to 28m side.
Φιγούρα 10. Corresponding wall pressures for wind direction parallel to 28m length (opposite direction).
Φιγούρα 11. Corresponding roof pressure for wind direction parallel to 28m side (opposite direction).
Patrick Aylsworth Garcia Δομικός Μηχανικός, Ανάπτυξη προϊόντων
Πάτρικ Άιλγουορθ Γκαρσία
Δομικός μηχανικός, Ανάπτυξη προϊόντων
MS Πολιτικών Μηχανικών
LinkedIn

 

βιβλιογραφικές αναφορές:

  • Κούλμπουρν, Δ. ΜΕΓΑΛΟ., & Stafford, Τ. μι. (2020, Απρίλιος). Φορτία ανέμου: Οδηγός για τις διατάξεις φόρτωσης ανέμου της ASCE 7-16. Αμερικανική Εταιρεία Πολιτικών Μηχανικών.
  • Αμερικανική Εταιρεία Πολιτικών Μηχανικών. (2017, Ιούνιος). Ελάχιστα φορτία σχεδιασμού και συναφή κριτήρια για κτίρια και άλλες κατασκευές. Αμερικανική Εταιρεία Πολιτικών Μηχανικών.

 

 

Σας βοήθησε αυτό το άρθρο?
Ναί Οχι

Πώς μπορούμε να βοηθήσουμε?

Μεταβείτε στην κορυφή