En este artículo, Le explicaremos cómo determinar el terreno o las categorías de exposición en el lado contra el viento de la ubicación del sitio., que son esenciales para calcular las cargas de viento. Cubriremos los procedimientos específicos descritos en ASCE. 7, NBCC 2015, y AS / NZS 1170.2 para determinar las categorías de terreno y discutir cómo se aplican a cada código de referencia disponible en el Generador de carga SkyCiv.

ASCE 7-16/ASCE 7-22

Para ASCE 7, El procedimiento para determinar la categoría de exposición de la exposición contra el viento de la ubicación de un sitio se analiza en la Sección 26.7, dependiendo del terreno. En este artículo, para simplificar la referencia, Usaremos ASCE 7-16. Para cada dirección de la fuente del viento, debe analizarse desde dos sectores a barlovento que se extienden ±45°.

Figura 1. Sectores de terreno para cada dirección de fuente de viento..

Para cada sector, La categoría de rugosidad de la superficie debe verificarse según la siguiente definición basada en la Sección 26.7.2 de ASCE 7-16:

Tabla 1. Definición de rugosidad superficial basada en la sección 26.7.2 de ASCE 7-16.

De la definición de Rugosidad Superficial, podemos determinar la Categoría de Exposición del terreno delimitado por el sector de barlovento. La definición de cada categoría de exposición se establece en la sección 26.7.3 de ASCE 7-16 como sigue:

Tabla 2. Definición de categoría de exposición basada en la sección 26.7.3 de ASCE 7-16.

La mesa 2 se puede visualizar a través de las siguientes figuras basadas en la Figura C26.7-2:

Figura 2. Condiciones de rugosidad de la superficie contra el viento requeridas para la exposición B.

Figura 3. Condición de rugosidad de la superficie contra el viento requerida para la exposición D – caso 1.

Figura 4. Condición de rugosidad de la superficie contra el viento requerida para la exposición D – caso 2.

La categoría de exposición se determinará para cada dirección de la fuente del viento.. Usando una ubicación de sitio de ejemplo – “1200 S DuSable Lake Shore Dr, Chicago, IL 60605, Estados Unidos”, Analicemos esto para cada dirección..

Figura 4. Ubicación de muestra para el análisis de categoría de exposición.

Suponiendo que la altura media del techo de la estructura es 25 ft ( \( 20h = 500 ft \)), Usaremos el siguiente procedimiento para verificar la categoría de exposición para cada sector.:

Magnitudes de presión separadas para cargas de viento 1. Determine si la exposición D usando la figura 3:

Usando la figura 3 – donde la distancia \( D_{1} \) es 5000 ft (1524 m), Necesitamos verificar la exposición D., donde la rugosidad superficial D es dominante para el conjunto 5000 estiramiento de pies:

Figura 5. Distancia de compensación de 5000 pies desde la ubicación del sitio para verificar la exposición D usando la figura 3.

De la figura 5, ya podemos concluir que las direcciones de la fuente del viento norte, NACIDO, y E tener rugosidad superficial D para todo 5000 estiramiento de pies. Por lo tanto, estas direcciones de la fuente del viento son Exposición D.

Magnitudes de presión separadas para cargas de viento 2. Determine si la exposición D usando la figura 2

Usando la figura 4 – donde la distancia \( D_{1} \) es 5000 ft (1524 m) y distancia \( D_{2} \) es igual a 600 ft (183 m), Necesitamos verificar la exposición D.. De la figura 5, esto sólo se puede aplicar para la dirección de la fuente del viento desde el SE:

Figura 6. Distancia de compensación de 600 pies y adicional 5000 pies desde la ubicación del sitio para verificar la exposición D usando la figura 4.

Para la dirección de la fuente del viento SE, usando \( D_{2} = 600 ft \), podemos considerar que esta sección es Rugosidad Superficial B. sin embargo, por la distancia \( D_{1} = 5000 ft \), la sección no es 100% Rugosidad de la superficie D. Por lo tanto, SE no debe considerarse como exposición D.

Magnitudes de presión separadas para cargas de viento 3. Determine si la exposición B usando la figura 1

Usando la figura 3 – donde la distancia \( D_{1} \) es 1500 ft (457 m) ya que \( h < 30 ft \), Necesitamos verificar la exposición B..

Figura 7. Distancia de compensación de 1500 pies desde la ubicación del sitio para verificar la exposición B usando la figura 3.

De la figura 7, podemos determinar que para las direcciones de la fuente del viento NO, W, SO, y S se clasifican como Exposición B ya que la rugosidad de la superficie para cada sector de dirección es Rugosidad de la superficie B.

Magnitudes de presión separadas para cargas de viento 4. Si las condiciones 1 a 3 no son verdad, por lo tanto, el terreno es la exposición C.

Por lo tanto, para la dirección de la fuente del viento SE, está clasificado como Categoría de exposición C. En resumen, Las categorías de exposición para cada dirección de la fuente del viento se muestran en la Figura 8 a continuación.

Figura 8. Las categorías de exposición para cada dirección de la fuente del viento..

Estos datos se pueden utilizar para determinar cuál será la peor dirección de la fuente del viento como coeficientes de presión de velocidad. \( K_{z} \), Factor Topográfico \( K_{t} \), y factor de efecto ráfaga \( GRAMO \) utilizando cálculos detallados se ven afectados por la categoría de exposición.

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NBCC 2015/2020

Para NBCC 2015, El procedimiento para determinar la categoría de exposición de la exposición contra el viento de la ubicación de un sitio se analiza en la Sección 4.1.7.3(5), dependiendo del terreno. Para cada dirección de la fuente del viento, debe analizarse desde dos sectores a barlovento que se extienden ±45°.

 

Figura 9. Sectores de terreno para cada dirección de fuente de viento..

Para cada sector, La categoría del terreno debe verificarse según la siguiente definición basada en la Sección 4.1.7.3(5) de NBCC 2015:

Tabla 3. Definición de categorías de terreno tal como se definen en la Sección 4.1.7.3(5) de NBCC 2015.

Visualizando las opciones en la Tabla 3:

Figura 10. Definición de terreno accidentado según lo definido en la Sección 4.1.7.3(5) de NBCC 2015.

Figura 10. Definición de terreno abierto según lo definido en la Sección 4.1.7.3(5) de NBCC 2015.

Basado en la sección 4.1.7.3(5) de NBCC 2015, se permite interpolar el Factor de exposición \( C_{mi} \) en terreno intermedio. Si la distancia del terreno accidentado desde la ubicación de la estructura es mayor o igual a 1 km o 20 veces la altura de la estructura, lo que sea mayor, El terreno puede considerarse como Terreno accidentado, y si la distancia es menor que 50 m, se considera como Terreno abierto. De lo contrario, el factor de exposición \( C_{mi} \) según la sección 4.1.7.3(5) se calculará a partir de los valores límite. Esto se puede visualizar en la figura. 11 a continuación.

Figura 11. Definición de terreno intermedio según lo definido en la Sección 4.1.7.3(5) de NBCC 2015.

Para ilustrar mejor esto, usemos una ubicación de sitio de ejemplo – “657 Masters Rd SE, Calgary, AB T3M 2B6, Canadá,” asumiendo la altura de la estructura \( H \) es 25 m ( \( 20H = 500 m \)).

Figura 12. Ubicación de muestra para el análisis de categorías de terreno.

El primer paso es clasificar las categorías obvias de terreno accidentado y abierto para cada dirección de la fuente del viento.. Podemos dibujar 50 my un máximo de 1 kilómetros o \( 20 H \) radio desde la ubicación del sitio.

Figura 13. Distancia de compensación de 50 m y 1 km para determinar la categoría del terreno según la tabla 1 definiciones.

De la figura 13, podemos decir que las direcciones de la fuente del viento NACIDO, E, y SE se clasifican como Terreno abierto ya que la longitud del terreno accidentado para cada dirección es inferior a 50 m desde la ubicación del sitio. Además, para direcciones de fuentes de viento O y NO se puede clasificar como terreno accidentado ya que la longitud del terreno accidentado para estas direcciones es mayor que 1 km. Para la dirección de la fuente del viento norte, Podemos asumir de manera conservadora que el terreno abierto es dominante en esta dirección.. Por lo demás, S y SO, Podemos concluir que se trata de terreno intermedio y necesitaremos medir la distancia del terreno accidentado desde la ubicación del sitio..

Figura 14. Longitud aproximada del terreno accidentado medida desde la ubicación del sitio para la dirección de la fuente del viento SO igual a 574 m.

Figura 15. Longitud aproximada del terreno accidentado medida desde la ubicación del sitio para la dirección de la fuente del viento S igual a 249 m.

Del análisis anterior, Definitivamente, las direcciones de la fuente del viento con Open Terrain definitivamente producirán valores conservadores.. sin embargo, si todas las direcciones de la fuente del viento están clasificadas como Terreno Intermedio, El procedimiento anterior es cómo puede determinar la categoría de terreno adecuada para cada dirección..

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AS / NZS 1170.2 (2021)

Para AS / NZS 1170.2, Se aplica el mismo procedimiento con las referencias anteriores para determinar la categoría de terreno de la exposición contra el viento de la ubicación de un sitio.. Esto se analiza en la sección 4.2 de AS / NZS 1170.2 (2021). Para cada dirección de la fuente del viento, debe analizarse desde dos sectores a barlovento que se extienden ±45°. La definición de cada categoría de terreno se muestra a continuación según la Sección 4.2.1 de AS / NZS 1170.2 (2021):

Tabla 4. Definición de categorías de terreno tal como se definen en la Sección 4.2.1 de AS / NZS 1170.2 (2021).

Al determinar la categoría de terreno para una dirección, una distancia de retraso igual a \( 20 z \) desde la ubicación de la estructura se debe despreciar. Desde este punto, una distancia compensada (distancia promedio) de 500 m o \( 40 desde), lo que sea más grande, se utilizará como se muestra en la figura 16 a continuación. El \( z \) El valor es igual a la altura promedio del techo., \( h \), cuando es menor o igual que 25 m. Es posible que dentro de esta distancia promedio haya múltiples categorías de terreno., y como tal, Se utilizará la interpolación lineal para determinar la \( METRO_{z,gato} \) valores, dependiendo de la longitud de cada categoría de terreno, como se ilustra en la Figura 4.1 de AS / NZS 1170.2 (2021). En este artículo, Solo consideraremos una categoría de terreno homogénea dentro de la distancia promedio..

Figura 16. Ilustración de las distancias utilizadas para determinar la categoría de terreno según AS/NZS 1170.2 (2021).

Para ilustrar mejor esto, usemos una ubicación de sitio de ejemplo – Latitud: 32°43’46″Jerga: 151°31’47″E – suponiendo la altura media del techo \( h \) es 10 m ( dónde \( 20z = 20 h = 200 m \) y \( 40z = 400 m \)).

Figura 17. La ubicación del sitio con una distancia de retraso igual a 200 m y distancia promedio igual a 500 m para cada dirección de la fuente del viento.

Dado que solo debemos considerar la categoría del terreno como homogénea a lo largo de los 500 m o \( 40z \) distancia, ya podemos clasificar cada dirección de fuente de viento. Suponiendo los edificios en N, NE y E, son edificios que son 5 a 10 m de altura, Podemos clasificarlos en la categoría de terreno. 3 (TC3) como se muestra en la Tabla 4. Para direcciones de fuente de viento SE, S, SO, y W, ya que son llanuras de pasto sin obstrucciones, Podemos clasificarlos como categoría de terreno. 1 (TC1). Finalmente, para la dirección de la fuente del viento NO, podemos deducir que hay más de dos pero menos de 10 edificios por hectárea, con casas dispersas. Por lo tanto, Podemos clasificar esto como categoría de terreno. 2.5 (TC2.5).

Figura 18. Resumen de la clasificación de categorías de terreno para cada dirección de fuente de viento para nuestra ubicación de muestra.

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Usando el generador de carga SkyCiv

With SkyCiv Load Generator v6.6.0, we’ve introduced an algorithm to help detect the terrain and exposure for each wind source direction automatically for ASCE 7-16, ASCE 7-22, NSCP 2015, AS / NZS 1170.2, y AS 4055. This uses building datasets from the following sources:

• Overpass API (with height);
• Huellas de construcción de ML global de Microsoft (with height); y
• our trained AI model.

You just need to click the “Detect Building Data” button to generate the analysis. Once finished, it will show the detected Terrain Category for each wind source direction. Adicionalmente, using in AS/NZS 1170, it will also calculate the approximate Shielding Multiplier values based on the detected buildings.

Figura 19. Results for the “Detect Building Data” for the site location to automatically detect the terrain/exposure categories introduced to SkyCiv Load Generator.

This will also add the detected buildings in the map for reference.

Figura 20. The detected buildings in the site location used for analyzing the terrain/exposure categories for each wind source direction.

For locations that have missing building data, users can use the trained AI model to segment and detect the buildings in the site location.

Figura 21. The detected buildings in the site location using our trained AI model for locations that have missing building data using the Overpass/MS Global ML Building Footprints.

Once the results are generated from the AI model, there will be a table that will compare and show what value to be adopted based on those data sources:

 

Figura 22. Results from the generated terrain detection using all data sources. Users can edit this to override what data to adopt.

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Referencias:

• Cargas mínimas de diseño para edificios y otras estructuras. (2017). ASCE / SEI 7-16. Sociedad Americana de Ingenieros Civiles.
• Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá. (2015). Código Nacional de Construcción de Canadá, 2015. Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá.
• Estándares Australia (2021), Acciones de diseño estructural. Parte 2 Acciones de viento, Estándar australiano/neozelandés AS/NZS1170.2:2021, Estándares Australia, Sydney, Nueva Gales del Sur, Australia.
• mapas de Google