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ASCE 7-16 Ejemplo de cálculo de carga de viento para edificio en forma de L

Un ejemplo de ASCE 7-16 cálculos de carga de viento (procedimiento direccional) para un edificio en forma de L

En este articulo, un ejemplo de cálculo de la presión de la carga del viento para un edificio en forma de L en Córdoba, Se mostrará Tennessee. Este cálculo estará de acuerdo con ASCE 7-16 cálculos de carga de viento (procedimiento direccional).

Para este estudio de caso, los datos de estructura son los siguientes:

ejemplo-cálculo-carga-viento-captura de pantalla-2
Figura 1. Ubicación del sitio (de Google Maps).
Figura 2. Estructura de planta en forma de L.
Figura 3. Planifique las dimensiones de la estructura utilizando la función Líneas de cuadrícula del plan estructural 3D
Ubicación Córdoba, Memphis, Tennesse
Elevación + 110.0m
Ocupación Diverso – Estructura de la planta
Terreno Tierras de cultivo planas
Dimensiones 28metros (12m ancho) x 24m (8m ancho) en plan
Altura del alero de 5 metros
Altura de ápice a elev. 8 metros
Inclinación del techo:
1:2 para marco principal (26.57°)
3:4 para extensión (36.87°)
Con apertura
Mesa 1. Datos de construcción necesarios para nuestro cálculo del viento.

Un cálculo similar para una construcción de techo a dos aguas usando ASCE 7-10 (unidades imperiales) se hace referencia en este ejemplo y se puede acceder mediante este enlace. La fórmula para determinar la presión del viento de diseño son:

Para edificios cerrados y parcialmente cerrados.:

\(p = qG{C}_ _{Precios} -{q}_ _{yo}({GC}_ _{Pi})\) (1)

Para edificios abiertos:

\(p = q{GRAMO}_ _{F}{C}_ _{Precios} -{q}({GC}_ _{Pi})\) (2)

Dónde:

\(GRAMO) = factor de efecto de ráfaga
\({C}_ _{Precios}\) = coeficiente de presión externa
\(({GC}_ _{Pi})\)= coeficiente de presión interna
\(q ) = presión de velocidad, en pa, dado por la fórmula:

\(q = 0.613{K}_ _{con}{K}_ _{zt}{K}_ _{re}V ^ 2 ) (3)

\(q ) = \({q}_ _{h}\) para paredes de sotavento, paredes laterales, y techos,evaluado a la altura media del techo, \(h )
\(q ) = \({q}_ _{con}\) para muros de barlovento, evaluado en altura, \(desde)
\({q}_ _{yo}\) = \({q}_ _{h}\) para presión interna negativa, \((-{GC}_ _{Pi})\) evaluación y \({q}_ _{con}\) para evaluación de presión interna positiva \((+{GC}_ _{Pi})\) de edificios parcialmente cerrados, pero puede tomarse como \({q}_ _{h}\) por valor conservador.
\({K}_ _{con}\) = coeficiente de presión de velocidad
\({K}_ _{zt}\)= factor topográfico
\({K}_ _{re}\)= factor de direccionalidad del viento
\(V ) = velocidad básica del viento en m / s

Categoría de riesgo

Lo primero para determinar las presiones del viento de diseño es clasificar la categoría de riesgo de la estructura., que se basa en el uso u ocupación de la estructura. Dado que este ejemplo es una estructura de planta, la estructura se clasifica como Categoría de riesgo IV. Ver Mesa 1.5-1 de ASCE 7-16 para más información sobre clasificación de categorías de riesgo.

Velocidad básica del viento, \(V )

En ASCE 7-16, los datos de velocidad del viento se pueden obtener de Cifras 26.5-1 a 26.5-2. Desde Figura 26.5-1A, Córdoba, Memphis, Tennessee está cerca del punto rojo que se muestra en la Figura 3 abajo, y posteriormente, la velocidad básica del viento, \(V ), es 52 em. Tenga en cuenta que los valores deben interpolarse entre contornos de viento conocidos.

Figura 3. Velocidad del viento básica para la Categoría de riesgo IV de ASCE 7-16 Figura 26.5-1D.

SkyCiv puede automatizar los cálculos de la velocidad del viento usando solo unos pocos parámetros. Pruebe nuestro Herramienta de viento libre SkyCiv.

Categoría de exposición

Ver Sección de 26.7 de ASCE 7-16 detalla el procedimiento para determinar la categoría de exposición.

Dependiendo de la dirección del viento seleccionada, La exposición de la estructura se determinará a partir del sector del viento a 45 °.. La exposición a adoptar debe ser la que produzca la mayor carga de viento desde dicha dirección.. La descripción de cada clasificación de exposición se detalla en la Sección 26.7.2 y 26.7.3 de ASCE 7-16.

Para nuestro ejemplo, ya que la ubicación de la estructura está en tierras de cultivo en Córdoba, Memphis, Tennesse, sin edificios más altos que 30 pie, por lo tanto, el área se clasifica como Exposición C. Una herramienta útil para determinar la categoría de exposición es ver su sitio potencial a través de una imagen satelital (Google Maps por ejemplo).

Factor de direccionalidad del viento, \({K}_ _{re}\)

Los factores de direccionalidad del viento., \({K}_ _{re}\), para nuestra estructura son ambos iguales a 0.85 dado que el edificio es el principal sistema resistente a la fuerza del viento y también tiene componentes y revestimientos unidos a la estructura. Esto se muestra en Mesa 26.6-1 de ASCE 7-16.

Factor topográfico, \({K}_ _{zt}\)

Dado que la ubicación de la estructura es en una tierra de cultivo plana, podemos suponer que el factor topográfico, \({K}_ _{zt}\), es 1.0. De otra manera, el factor se puede resolver usando Figura 26.8-1 de ASCE 7-16. Para determinar si se requieren cálculos adicionales del factor topográfico, ver Sección de 26.8.1, si su sitio no cumple con todas las condiciones enumeradas, entonces el factor topográfico se puede tomar como 1.0.

Nota: Los factores de topografía se pueden calcular automáticamente usando Software de diseño de viento SkyCiv. Para obtener más información sobre el cálculo del factor topográfico, Mira esto artículo.

Factor de elevación del suelo, \({K}_ _{mi}\)

El factor de elevación del suelo, \({K}_ _{mi}\), se introduce en ASCE 7-16 considerar la variación en la densidad del aire basada en la elevación del suelo sobre el nivel medio del mar. Este factor se puede calcular usando:

\( {K}_ _{mi} = {mi}^{-0.000119{con}_ _{gramo}}\) (4)

Dónde:
\({con}_ _{gramo}\) es la elevación del suelo sobre el nivel medio del mar en metros

Por lo tanto, para este estudio de caso, ya que la elevación del suelo es de + 110,0 m, \({K}_ _{mi}\) es igual a 0.987.

Velocidad Coeficiente de presión, \({K}_ _{con}\)

El coeficiente de presión de velocidad, \({K}_ _{con}\), se puede calcular usando la tabla 26.10-1 de ASCE 7-16. Este parámetro depende de la altura sobre el nivel del suelo del punto donde se considera la presión del viento, y la categoría de exposición. Además, los valores mostrados en la tabla se basan en la siguiente fórmula:

por 4.6 metros < \({con}\) < \({con}_ _{gramo}\): \({K}_ _{con} = 2.01(con/{con}_ _{gramo})^{2/una}\) (5)
por \({con}\) < 4.6 metros: \({K}_ _{con} = 2.01(4.6/{con}_ _{gramo})^{2/una}\) (6)

Dónde:

Exposición una \({con}_ _{gramo}\)(metros)
Exposición B 7.0 365.76
Exposición C 9.5 274.32
Exposición D 11.5 213.36
Mesa 2. Constantes de exposición del terreno de la tabla 26.11-1 de ASCE 7-16.

Generalmente, coeficientes de presión de velocidad a la altura media del techo, \({K}_ _{h}\), y en cada nivel de piso, \({K}_ _{día}\), son los valores que necesitaríamos para resolver las presiones del viento de diseño. Para este ejemplo, dado que la presión del viento en el lado de barlovento es de naturaleza parabólica, Podemos simplificar esta carga asumiendo que se aplica una presión uniforme en las paredes entre los niveles del piso.. Podemos simplificar la presión de barlovento y dividirla en 2 niveles, a la altura del alero (+5.0metros), y a la altura media del techo (+6.5metros). Además, una = 9.5 y \({con}_ _{gramo}\) es igual a 274.32 metros ya que la ubicación de la estructura se clasifica como Exposición C.

Elevación (metros) \( {K}_ _{con} \)
5 (altura del alero) 0.865
6.5 (altura media del techo) 0.914
Mesa 3. Los valores calculados del coeficiente de presión de velocidad para cada altura de elevación.

Presión de velocidad, \( q \)

De la ecuación (3), podemos resolver la presión de velocidad, \( q \) en pa, en cada elevación que se considera.

Elevación, metros \( {K}_ _{con} \) \( {K}_ _{zt} \) \( {K}_ _{re} \) \( {K}_ _{mi} \) \( V \), em \( q \), Bien
5 (altura del alero) 0.865 1.0 0.85 0.987 52 1202.87
6.5 (altura media del techo) 0.914 1.0 0.85 0.987 52 \( {q}_ _{h} \) = 1271.01

Factor de efecto de ráfaga, \( GRAMO \)

El factor de efecto de ráfaga, \( GRAMO \), se establece en 0.85 ya que la estructura se supone rígida (Sección de 26.11 de ASCE 7-16).

Clasificación del recinto y coeficiente de presión interna, \( ({GC}_ _{Pi}) \)

Se asume que la estructura de la planta tiene aberturas que satisfacen la definición de un edificio parcialmente cerrado en Sección de 26.2 de ASCE 7-16. Así, el coeficiente de presión interna, \( ({GC}_ _{Pi}) \), será +0.55 y -0.55 Residencia en Mesa 26.13-1 de ASCE 7-16. Por lo tanto:

\(+{Precios}_ _{yo} = {q}_ _{yo}(+GRAMO{C}_ _{Pi}) \) = (1271.01)(+0.55) = 699.06 Bien
\(-{Precios}_ _{yo} = {q}_ _{yo}(-GRAMO{C}_ _{Pi}) \) = (1271.01)(-0.55) = -699.06 Bien

 

Coeficiente de presión externa, \({C}_ _{Precios}\)

Para edificios cerrados y parcialmente cerrados., el coeficiente de presión externa, \({C}_ _{Precios}\), se calcula utilizando la información proporcionada en Figura 27.4-1 mediante Figura 27.4-3. Para un edificio parcialmente cerrado con techo a dos aguas, usar Figura 27.4-1. Los coeficientes de presión externa para las paredes y el techo se calculan por separado utilizando los parámetros de construcción L, B y h, que se definen en la Nota 7 de Figura 27.4-1.

Para este ejemplo, ya que la estructura es asimétrica, se considerarán cuatro direcciones del viento: dos (2) para dirección del viento paralela al lado de 24 m, y dos (2) para dirección del viento paralela al lado de 28 m.

Para dirección del viento paralela al lado de 24 m

Así, necesitamos calcular el L / B y h / L:

Altura media del techo, h = 6.5 metros
Longitud del edificio, L = 24 metros
Ancho de construcción, B = 28 metros
L / B = 0.857
h / L = 0.271
h / B = 0.232

Coeficientes de presión de pared, \({C}_ _{Precios}\), y presión externa, \({Precios}_ _{mi}\)

.Para paredes, los coeficientes de presión externa se calculan a partir de la Figura 27.3-1 de ASCE 7-16 dónde \({q}_ _{h}\) = 1271.011 Bien y \( GRAMO \) = 0.85.

Superficie h, metros Coeficientes de presión de pared, \({C}_ _{Precios}\) \({Precios}_ _{mi}\), Bien
Muro de barlovento 5.0 0.8 817.953
6.5 0.8 864.288
Muro de sotavento 6.5 -0.5 -540.180
Paredes laterales 6.5 -0.7 -756.252

Coeficientes de presión del techo, \({C}_ _{Precios}\), y presión externa, \({Precios}_ _{mi}\)

Para techo, los coeficientes de presión externa se calculan a partir de la Figura 27.3-1 de ASCE 7-16 dónde \({q}_ _{h}\) = 1271.011 Bien. Tenga en cuenta que para esta dirección del viento, presiones del techo de barlovento y sotavento (superficies del techo 1 y 2) se calculan usando θ = 36,87 ° y θ = 0 ° para superficies de techo 3 y 4.

Superficie Ubicación Coeficientes de presión del techo, \({C}_ _{Precios}\) \({Precios}_ _{mi}\), Bien
Techo de barlovento 0.4 432.144
Techo de sotavento -0.6 -648.216
Paralelo al viento (a lo largo de la cresta) 0 ah desde el borde -0.9
-0.18
-972.324
-194.465
ha 2 h desde el borde -0.5
-0.18
-540.180
-194.465
> 2h desde el borde -0.3
-0.18
-324.108
-194.465

Por lo tanto, combinatorio \({Precios}_ _{mi}\) y \({Precios}_ _{yo}\), se pueden obtener las presiones de diseño correspondientes:

Tipo Superficie Elevación / Ubicación, metros \({Precios}_ _{mi}\), Bien \({Precios}_ _{mi}\) – +\({Precios}_ _{yo}\), Bien \({Precios}_ _{mi}\) – -\({Precios}_ _{yo}\), Bien
Paredes Muro de barlovento 5.0 817.953 118.897 1517.009
6.5 864.288 165.231 1563.344
Muro de sotavento -540.180 -1239.236 158.876
Paredes laterales -756.252 -1455.308 -57.196
Techo Barlovento 432.144 -266.912 1131.200
Sotavento -648.216 -1347.272 50.840
Departamento (a lo largo de la cresta) 0 a h -972.324
-194.465
-1671.380
-893.521
-273.267
504.592
ha 2 h -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
Figura 4. Presiones de pared correspondientes para la dirección del viento paralela a 24 m de longitud.
Figura 5. Presiones de techo correspondientes para la dirección del viento paralela a 24 m de longitud.
Figura 6. Presiones de pared correspondientes para la dirección del viento paralela a 24 m de longitud (direccion opuesta)
Figura 7. Presiones de techo correspondientes para la dirección del viento paralela a 24 m de longitud (direccion opuesta).

Para dirección del viento paralela al lado de 28 m

Así, necesitamos calcular el L / B y h / L:

Altura media del techo, h = 6.5 metros
Longitud del edificio, L = 28 metros
Ancho de construcción, B = 24 metros
L / B = 0.857
h / L = 0.232
h / B = 0.271

Coeficientes de presión de pared, \({C}_ _{Precios}\), y presión externa, \({Precios}_ _{mi}\)

.Para presión de pared de diseño, los coeficientes de presión externa se calculan a partir de la Figura 27.3-1 de ASCE 7-16 dónde \({q}_ _{h}\) = 1271.011 Bien y \( GRAMO \) = 0.85.

Superficie h, metros Coeficientes de presión de pared, \({C}_ _{Precios}\) \({Precios}_ _{mi}\), Bien
Muro de barlovento 5.0 0.8 817.953
6.5 0.8 864.288
Muro de sotavento 6.5 -0.467 -504.528
Paredes laterales 6.5 -0.7 -756.252

Coeficientes de presión del techo, \({C}_ _{Precios}\), y presión externa, \({Precios}_ _{mi}\)

Para techo, los coeficientes de presión externa se calculan a partir de la Figura 27.3-1 de ASCE 7-16 dónde \({q}_ _{h}\) = 1271.011 Bien. Tenga en cuenta que para esta dirección del viento, presiones del techo de barlovento y sotavento (superficies del techo 3 y 4) se calculan usando θ = 26,57 ° y θ = 0 ° para superficies de techo 1 y 2.

Superficie Ubicación Coeficientes de presión del techo, \({C}_ _{Precios}\) \({Precios}_ _{mi}\), Bien
Techo de barlovento -0.2
0.3
-216.072
324.108
Techo de sotavento -0.6 -648.216
Paralelo al viento (a lo largo de la cresta) 0 ah desde el borde -0.9
-0.18
-972.324
-194.465
ha 2 h desde el borde -0.5
-0.18
-540.180
-194.465
> 2h desde el borde -0.3
-0.18
-324.108
-194.465

Por lo tanto, combinatorio \({Precios}_ _{mi}\) y \({Precios}_ _{yo}\), se pueden obtener las presiones de diseño correspondientes:

Tipo Superficie Elevación / Ubicación, metros \({Precios}_ _{mi}\), Bien \({Precios}_ _{mi}\) – +\({Precios}_ _{yo}\), Bien \({Precios}_ _{mi}\) – -\({Precios}_ _{yo}\), Bien
Paredes Muro de barlovento 5.0 817.953 118.897 1517.009
6.5 864.288 165.231 1563.344
Muro de sotavento -504.528 -1203.584 194.528
Paredes laterales -756.252 -1455.308 -57.196
Techo Barlovento -216.072
324.108
-915.128
-374.948
482.984
1023.164
Sotavento -648.216 -1347.272 50.840
Departamento (a lo largo de la cresta) 0 a h -972.324
-194.465
-1671.380
-893.521
-273.267
504.592
ha 2 h -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
Figura 8. Presiones de pared correspondientes para la dirección del viento paralela a 28 m de longitud.
Figura 9. Presión del techo correspondiente para la dirección del viento paralela al lado de 28 m.
Figura 10. Presiones de pared correspondientes para la dirección del viento paralela a 28 m de longitud (direccion opuesta).
Figura 11. Presión del techo correspondiente para la dirección del viento paralela al lado de 28 m (direccion opuesta).
Patrick Aylsworth García Ingeniero estructural, Desarrollo de Producto
Patrick Aylsworth García
Ingeniero estructural, Desarrollo de Producto
Maestría en Ingeniería Civil
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Referencias:

  • Coulbourne, W. L., & Stafford, T. mi. (2020, abril). Cargas de viento: Guía de las disposiciones de carga de viento de ASCE 7-16. Sociedad Americana de Ingenieros Civiles.
  • Sociedad Americana de Ingenieros Civiles. (2017, junio). Cargas mínimas de diseño y criterios asociados para edificios y otras estructuras.. Sociedad Americana de Ingenieros Civiles.

 

 

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