Μια αναλυτική περιγραφή του τρόπου υπολογισμού των φορτίων χιονιού οροφής ανά ASCE 7-10
Η επίδραση των φορτίων χιονιού σε μια κατασκευή μπορεί να έχει τρομερές επιπτώσεις εάν δεν ληφθούν υπόψη κατά τη διάρκεια της περιόδου σχεδιασμού. Διαδικασίες και οδηγίες που καθορίζονται από την ASCE στην ASCE 7-10 δώστε την κατεύθυνση του κατασκευαστικού μηχανικού σχετικά με το ποια είναι αυτά τα φορτία ανάλογα με την τοποθεσία σας στις Ηνωμένες Πολιτείες, και πώς να τα εφαρμόσετε.
Όλες οι ενότητες και οι εικόνες που εμφανίζονται ή αναφέρονται από την ASCE 7-10.
SkyCiv Structural 3D (S3D) δίνει στους χρήστες τη δυνατότητα να φορτώνουν τις δομές τους εύκολα και αποτελεσματικά ώστε να πληρούν τις απαιτήσεις σχεδιασμού. Σε ΑΥΤΗΝ την ΕΝΟΤΗΤΑ, θα περιγράψουμε πώς να υπολογίσουμε τα φορτία χιονιού και να τα εφαρμόσουμε στη δομή σας, όπως καθοδηγείται από την ASCE 7-10.
Θα το χρησιμοποιησουμε Μάντισον, Ουισκόνσιν ως παράδειγμα για την τοποθεσία μας στις Ηνωμένες Πολιτείες για να βοηθήσουμε στη διαδικασία των υπολογισμών.
Προτού μπορέσουμε να εφαρμόσουμε τυχόν φορτία χιονιού στη δομή μας, πρέπει να γνωρίζουμε το φορτίο χιονιού εδάφους στην τοποθεσία μας, που μπορεί να βρεθεί χρησιμοποιώντας το Σχήμα 7.1 από την ASCE 7-10. Στην περίπτωσή μας, το φορτίο χιονιού εδάφους είναι 30 psf.
Φιγούρα 1: Τοποθεσία παραδείγματος έργου στο Μάντισον, Ουισκόνσιν στο σχήμα 7.1 στην ASCE 7-10
Σε ορισμένες ειδικές περιπτώσεις, Απαιτούνται συγκεκριμένες περιπτωσιολογικές μελέτες για τον προσδιορισμό των φορτίων χιονιού εδάφους και ως εκ τούτου δεν μπορούν να βρεθούν απευθείας στον παρεχόμενο χάρτη. Βλέπε Ενότητα 7.2 Για περισσότερες πληροφορίες.
Επίσης, μπορείτε να βρείτε απευθείας το φορτίο χιονιού εδάφους για την τοποθεσία σας μέσω διαδικτύου Κίνδυνοι ανά τοποθεσία εργαλείο, παρέχεται από την ATC.
Φορτία χιονιού επίπεδης οροφής, \({Π}_{φά}\)
Το φορτίο χιονιού που εφαρμόζεται στη δομή μας δεν είναι το φορτίο χιονιού εδάφους, αλλά στις περισσότερες περιπτώσεις, το φορτίο χιονιού επίπεδης οροφής. Άλλες εκτιμήσεις για κεκλιμένες στέγες βρίσκονται στο Κεφάλαιο 7 του ASCE 7-10. Στην περίπτωσή μας, ας υποθέσουμε ότι η δομή μας έχει επίπεδη οροφή (κλίση οροφής ≤ 5 °).
Το φορτίο χιονιού επίπεδης οροφής υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο 7.3-1:
\({Π}_{φά} = 0.7{ντο}_{μι}{ντο}_{τ}{Εγώ}_{μικρό}{Π}_{σολ}\)
Οπου:
\({ντο}_{μι}\) = Συντελεστής έκθεσης
\({ντο}_{τ}\) = Θερμικός παράγοντας
\({Εγώ}_{μικρό}\) = Συντελεστής Σημασίας
\({Π}_{σολ}\) = Φορτίο χιονιού εδάφους
Συντελεστής έκθεσης, \({ντο}_{μι}\)
Ο συντελεστής έκθεσης προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας τον Πίνακα 7-2 στην ASCE 7-10. Στην περίπτωσή μας, την κατηγορία έκθεσης / εδάφους για την πλειοψηφία του Μάντισον, Το Ουισκόνσιν είναι Κατηγορία Β; θα υποθέσουμε ότι η οροφή είναι μερικώς εκτεθειμένη. Επομένως, ο παράγοντας έκθεσής μας είναι 0.9.
Φιγούρα 2: Τραπέζι 7-2 από την ASCE 7-10 με το παράδειγμα παραδείγματος που επισημαίνεται
Συντελεστής θερμοκρασίας, \({ντο}_{τ}\)
Ο συντελεστής θερμοκρασίας προσδιορίζεται από τον Πίνακα 7-3 στην ASCE 7-10. Στις περισσότερες περιπτώσεις, ο συντελεστής θερμοκρασίας είναι ίσος με 1.0, που θα αναλάβουμε για την υπόθεσή μας. Μπορείτε να βρείτε άλλες περιπτώσεις παρακάτω:
Φιγούρα 3: Τραπέζι 7-3 από την ASCE 7-10 με το παράδειγμα παραδείγματος που επισημαίνεται
Παράγοντας σημασίας χιονιού, \({Εγώ}_{μικρό}\)
Ο παράγοντας σπουδαιότητας είναι κάτι που δεν είναι αποκλειστικό στους υπολογισμούς φορτίου χιονιού, Υπάρχουν επίσης παράγοντες πάγου και σεισμικής σημασίας. Για να βρείτε τον παράγοντα σπουδαιότητας χιονιού για τη δομή σας, βρείτε πρώτα την κατηγορία κινδύνου από τον πίνακα 1.5-1. Στην περίπτωσή μας, θα υποθέσουμε ότι η κατηγορία κινδύνου είναι κατηγορία κινδύνου II, η πιο κοινή. Επόμενο, μεταβείτε στο τραπέζι 1.5-2 για να βρείτε τον παράγοντα σπουδαιότητας. Για αυτήν την άσκηση, ο παράγοντας σημασίας χιονιού είναι 1.00.
Φιγούρα 4: Τραπέζι 1.5-2 από την ASCE 7-10 με το παράδειγμα παραδείγματος που επισημαίνεται
Χρησιμοποιώντας εξίσωση 7.3-1, μπορούμε τώρα να υπολογίσουμε το φορτίο χιονιού με επίπεδη οροφή για την τοποθεσία μας:
\({Π}_{φά} = 0.7{ντο}_{μι}{ντο}_{τ}{Εγώ}_{μικρό}{Π}_{σολ}\)
\({Π}_{φά} = 0.7*(1.0)*(1.0)*(1.0)*(30 lb / ft ^ 2)\)
\({Π}_{φά} = 21 lb / ft ^ 2 )
Στην περίπτωσή μας, αυτό είναι το ανέπαφο μας, ισορροπημένη σχεδιάστε φορτίο χιονιού που θα εφαρμοστεί στη δομή. Το ισορροπημένο φορτίο χιονιού εφαρμόζεται παντού όπου βρίσκεται η δομή της οροφής. Αυτό περιλαμβάνει προεξοχές και πολλαπλά επίπεδα οροφής.
Αν η οροφή της δομής μας επρόκειτο να γλιστρήσει, υπάρχουν πρόσθετες διατάξεις για να βρείτε το φορτίο χιονιού σχεδιασμού. Θα τα διερευνήσουμε παρακάτω:
Φορτία χιονιού με κεκλιμένη οροφή, \({Εγώ}_{μικρό}\)
Όταν η κλίση της οροφής είναι μεγαλύτερη από 5 °, η οροφή θεωρείται κεκλιμένη. Τα επικίνδυνα φορτία χιονιού οροφής θεωρείται ότι δρουν στην οριζόντια προβολή της επιφάνειας.
Το φορτίο χιονιού με κεκλιμένη οροφή υπολογίζεται χρησιμοποιώντας εξίσωση 7.4-1:
\({Π}_{μικρό} = {ντο}_{μικρό}{Π}_{φά}\)
Οπου:
\({ντο}_{μικρό}\) = Συντελεστής κλίσης οροφής
\({Π}_{φά}\) = Φορτίο χιονιού επίπεδης οροφής
Συντελεστής κλίσης οροφής, \({ντο}_{μικρό}\)
Ο παράγοντας κλίσης οροφής εξαρτάται από διάφορες ιδιότητες οροφής συμπεριλαμβανομένης της θερμοκρασίας, σχήμα και υλικό. Ο παράγοντας κλίσης οροφής μπορεί να προσδιοριστεί μέσω των τμημάτων 7.4.1 διά μέσου 7.4.4 του ASCE 7-10 και μπορεί να είναι γνωστό ως:
Συντελεστής θερμής οροφής
Παράγοντας κλίσης ψυχρής στέγης
Συντελεστής κλίσης οροφής για καμπύλες στέγες
Συντελεστής κλίσης οροφής για πολλαπλή διπλωμένη πλάκα, Πριόνι, και στέγες Vault Vault.
Φορτίο χιονιού επίπεδης οροφής, \({Π}_{φά}\)
Αυτό είναι το φορτίο χιονιού που υπολογίστηκε στην προηγούμενη ενότητα. Εάν η δομή σας έχει κεκλιμένη ή επίπεδη οροφή, πρέπει να υπολογίσετε το φορτίο χιονιού με επίπεδη οροφή.
Αφού λάβετε τον παράγοντα κλίσης οροφής από αυτές τις ενότητες στο ASCE 7-10, ο ισορροπημένη σχεδιασμός φορτίου χιονιού για την κεκλιμένη οροφή μπορεί εύκολα να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας εξίσωση 7.4-1. Το ισορροπημένο φορτίο χιονιού εφαρμόζεται παντού όπου βρίσκεται η δομή της οροφής. Αυτό περιλαμβάνει προεξοχές και πολλαπλά επίπεδα οροφής.
Μερικός, Μη ισορροπημένη και Drift Φόρτωση
Εκτός από το ισορροπημένο φορτίο χιονιού, Ισχύουν ορισμένα σενάρια φόρτωσης που πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη κατά το σχεδιασμό για φορτία χιονιού σε μια κατασκευή.
Είναι ευθύνη του δομικού μηχανικού να διασφαλίσει ότι όλες οι πιθανές περιπτώσεις φορτίου και συνδυασμοί που είναι δυνατοί για μια κατασκευή εφαρμόζονται και αναλύονται σωστά. Φροντίστε να διαβάσετε προσεκτικά τις τελευταίες ενότητες του Κεφαλαίου 7 – Ενότητες 7.5 – 7.12 – του ASCE 7-10 για να βρείτε τυχόν ισχύουσες προσθήκες φόρτωσης ή συνθήκες εκτός από την ισορροπημένη κατάσταση φόρτωσης χιονιού.
Μερική φόρτωση
Μερική φόρτωση πρέπει να εφαρμόζεται για συστήματα συνεχούς δέσμης σύμφωνα με την Ενότητα 7.5-1. Πρέπει να εφαρμοστούν τρεις ξεχωριστές περιπτώσεις, Αυτές οι περιπτώσεις απεικονίζονται στο Σχήμα 7-4. Σε ορισμένες περιπτώσεις, Τα μεγαλύτερα αποτελέσματα σε ένα μέλος βρίσκονται όταν εφαρμόζεται μόνο το μισό ισορροπημένο φορτίο χιονιού. Βλέπε Ενότητα 7.5 Για περισσότερες πληροφορίες.
Μη ισορροπημένα φορτία χιονιού
Λόγω της μεταβλητότητας των σχημάτων και της γεωμετρίας των στεγών, και την αλληλεπίδρασή τους με διαφορετικές κατευθύνσεις ανέμου, τα μη ισορροπημένα φορτία χιονιού μπορεί να διαφέρουν αρκετά. Υπάρχουν διαφορετικές μη ισορροπημένες διατάξεις φόρτωσης για στέγες ισχίου και αετωμάτων, καμπύλες στέγες, πριονωτες στέγες, και στέγες θόλων.
Αυτά τα μη ισορροπημένα φορτία χιονιού αναλύονται ξεχωριστά από την ισορροπημένη θήκη φορτίου χιονιού, και ως εκ τούτου, δεν είναι πρόσθετα. Βλέπε Ενότητα 7.6 Για περισσότερες πληροφορίες.
Νιφάδες χιονιού
Τα σχέδια οροφών συνήθως παρουσιάζουν πλήθος ανυψώσεων οροφής και σπάνια προσφέρουν ένα μόνο ύψος στέγης. Εξαιτίας αυτού, Υπάρχουν περιοχές στέγης υψηλότερες και χαμηλότερες μεταξύ τους και υπόκεινται σε κινήσεις χιονιού. Το χιόνι μπορεί είτε να φυσήξει από τη χαμηλή πλευρά της οροφής προς την υψηλή πλευρά, ή εκτοξεύεται από την υψηλότερη περιοχή της οροφής στην κάτω προβαλλόμενη πλευρά. Το ποσό του πρόσθετου φορτίου χιονιού, ή επιπλέον χρέωση, εξαρτάται από τη διαφορά ύψους των δύο παρακείμενων στεγών και τα μήκη της στέγης κάθετα προς την πτώση του ύψους. Βλέπε Ενότητα 7.7 και 7.8 Για περισσότερες πληροφορίες.
βιβλιογραφικές αναφορές:
- Ελάχιστα φορτία σχεδιασμού για κτίρια και άλλες κατασκευές. (2013). ΑΞΟΝΕΣ / ΕΞΙ 7-10. Αμερικανική Εταιρεία Πολιτικών Μηχανικών.
