Un recorrido sobre cómo calcular las cargas de nieve en el techo según la ASCE 7-10
El efecto de las cargas de nieve en una estructura puede tener graves consecuencias si no se tiene en cuenta durante el período de diseño.. Procedimientos y pautas establecidos por ASCE en ASCE 7-10 dar instrucciones al ingeniero estructural sobre cuáles son estas cargas dependiendo de su ubicación en los Estados Unidos, y como aplicarlos.
Todas las secciones y figuras mostradas o referenciadas son de ASCE 7-10.
SkyCiv Structural 3D (S3D) brinda a los usuarios el poder de cargar sus estructuras de manera fácil y eficiente para cumplir con los requisitos de diseño. En esta sección, describiremos cómo calcular las cargas de nieve y aplicarlas a su estructura, según lo guiado por ASCE 7-10.
Usaremos Madison, Wisconsin como nuestra ubicación de ejemplo en los Estados Unidos para ayudar en el recorrido de los cálculos.
Antes de que podamos aplicar cualquier carga de nieve a nuestra estructura, Necesitamos saber la carga de nieve del suelo en nuestra ubicación., que se puede encontrar usando la Figura 7.1 de ASCE 7-10. En nuestro caso, la carga de nieve del suelo es 30 psf.
Figura 1: Ubicación del proyecto de ejemplo en Madison, Wisconsin en la figura 7.1 en ASCE 7-10
En algunos casos especiales, Se necesitan estudios de casos específicos del sitio para determinar las cargas de nieve en el suelo y, por lo tanto, no se pueden encontrar directamente en el mapa proporcionado.. Consulte la Sección 7.2 para más información.
también, puede encontrar directamente la carga de nieve en el suelo para su ubicación a través de Internet Peligros por ubicación herramienta, proporcionado por ATC.
Cargas de nieve para techo plano, \({pag}_ _{F}\)
La carga de nieve que se aplica a nuestra estructura no es la carga de nieve del suelo, pero en la mayoría de los casos, la carga de nieve del techo plano. Otras consideraciones para los techos inclinados se pueden encontrar a lo largo del capítulo 7 de ASCE 7-10. En nuestro caso, supongamos que nuestra estructura tiene un techo plano (pendiente del techo ≤ 5 °).
La carga de nieve del techo plano se calcula mediante la fórmula 7.3-1:
\({pag}_ _{F} = 0.7{C}_ _{mi}{C}_ _{t}{I}_ _{s}{pag}_ _{gramo}\)
Dónde:
\({C}_ _{mi}\) = Factor de exposición
\({C}_ _{t}\) = Factor térmico
\({I}_ _{s}\) = Factor de importancia
\({pag}_ _{gramo}\) = Carga de nieve en el suelo
Factor de exposición, \({C}_ _{mi}\)
El factor de exposición se determina usando la Tabla 7-2 en ASCE 7-10. En nuestro caso, la categoría de exposición / terreno para la mayoría de Madison, Wisconsin es Categoría B; asumiremos que el techo está parcialmente expuesto. Por lo tanto, nuestro factor de exposición es 0.9.
Figura 2: Tabla 7-2 de ASCE 7-10 con nuestro caso de ejemplo resaltado
Factor de temperatura, \({C}_ _{t}\)
El factor de temperatura se determina a partir de la tabla 7-3 en ASCE 7-10. En la mayoría de los casos, el factor de temperatura es igual a 1.0, que es lo que asumiremos para nuestro caso. Otros casos se pueden encontrar a continuación.:
Figura 3: Tabla 7-3 de ASCE 7-10 con nuestro caso de ejemplo resaltado
Factor de importancia de la nieve, \({I}_ _{s}\)
El factor de importancia es algo que no es exclusivo de los cálculos de carga de nieve., También hay factores de importancia sísmica y de hielo.. Para encontrar el factor de importancia de la nieve para su estructura, primero busque la categoría de riesgo de la tabla 1.5-1. En nuestro caso, asumiremos que la categoría de riesgo es la categoría de riesgo II, los más comunes. próximo, ir a la mesa 1.5-2 para encontrar el factor de importancia. Para este ejercicio, el factor de importancia de la nieve es 1.00.
Figura 4: Tabla 1.5-2 de ASCE 7-10 con nuestro caso de ejemplo resaltado
Usando la ecuación 7.3-1, ahora podemos calcular la carga de nieve del techo plano para nuestra ubicación de ejemplo:
\({pag}_ _{F} = 0.7{C}_ _{mi}{C}_ _{t}{I}_ _{s}{pag}_ _{gramo}\)
\({pag}_ _{F} = 0.7*(1.0)*(1.0)*(1.0)*(30 libras / pie ^ 2)\)
\({pag}_ _{F} = 21 lb / pie ^ 2 )
En nuestro caso, este es nuestro sin factorizar, equilibrado diseñar la carga de nieve que se aplicará a la estructura. La carga de nieve equilibrada se aplica en todas partes donde se encuentra la estructura del techo.. Esto incluye voladizos y múltiples niveles de techo..
Si el techo de nuestra estructura fuera inclinado, existen disposiciones adicionales para encontrar la carga de nieve de diseño. Exploraremos estos a continuación:
Cargas de nieve en techos inclinados, \({I}_ _{s}\)
Cuando la pendiente del techo es superior a 5 °, el techo se considera inclinado. Se supone que las cargas de nieve del techo inclinado actúan sobre la proyección horizontal de la superficie..
La carga de nieve del techo inclinado se calcula mediante la ecuación 7.4-1:
\({pag}_ _{s} = {C}_ _{s}{pag}_ _{F}\)
Dónde:
\({C}_ _{s}\) = Factor de pendiente del techo
\({pag}_ _{F}\) = Carga de nieve en techo plano
Factor de pendiente del techo, \({C}_ _{s}\)
El factor de pendiente del techo depende de varias propiedades del techo, incluida la temperatura., forma y material. El factor de pendiente del techo se puede determinar a través de las secciones 7.4.1 mediante 7.4.4 de ASCE 7-10 y puede ser conocido como:
Factor de pendiente de techo cálido
Factor de pendiente del techo frío
Factor de pendiente del techo para techos curvos
Factor de pendiente del techo para placa plegada múltiple, Diente de sierra, y techos de bóveda de cañón.
Carga de nieve en techo plano, \({pag}_ _{F}\)
Esta es la carga de nieve calculada en la sección anterior.. Si su estructura tiene un techo inclinado o plano, todavía necesita calcular la carga de nieve del techo plano.
Después de obtener el factor de pendiente del techo de esas secciones en ASCE 7-10, la equilibrado La carga de nieve de diseño para el techo inclinado se puede calcular fácilmente usando la ecuación 7.4-1. La carga de nieve equilibrada se aplica en todas partes donde se encuentra la estructura del techo.. Esto incluye voladizos y múltiples niveles de techo..
Parcial, Carga desequilibrada y a la deriva
Además de la carga de nieve equilibrada, Se aplican ciertos escenarios de carga que también deben tenerse en cuenta al diseñar para cargas de nieve en una estructura..
¿Es responsabilidad del ingeniero estructural asegurarse de que todos los posibles casos de carga y combinaciones posibles para una estructura se apliquen y analicen correctamente?. Asegúrese de leer detenidamente las últimas secciones del capítulo 7 – compuestas 7.5 – 7.12 – de ASCE 7-10 para encontrar cualquier adición o condición de carga aplicable además de la condición de carga de nieve equilibrada.
Carga parcial
Se debe aplicar una carga parcial para los sistemas de vigas continuas de acuerdo con la Sección 7.5-1. Deben aplicarse tres casos separados, estos casos se ilustran en la Figura 7-4. En algunos casos, los mayores efectos en un miembro se encuentran donde solo se aplica la mitad de la carga de nieve equilibrada. Consulte la Sección 7.5 para más información.
Cargas de nieve desequilibradas
Debido a la variabilidad de formas y geometrías de los techos, y su interacción con diferentes direcciones del viento, las cargas de nieve desequilibradas pueden diferir bastante. Existen diferentes disposiciones de carga desequilibrada para techos a cuatro aguas y a dos aguas, techos curvos, techos de dientes de sierra, y techos abovedados.
Estas cargas de nieve desequilibradas se analizan por separado del caso de carga de nieve equilibrada, y por lo tanto, no son aditivos. Consulte la Sección 7.6 para más información.
Ventisqueros
Los diseños de techos generalmente presentan multitud de elevaciones de techos y rara vez ofrecen una sola altura de techo. Debido a esto, Hay áreas de techo más altas y más bajas entre sí y están sujetas a la nieve.. La nieve puede volar desde el lado bajo del techo hacia el lado alto, o se vuela desde el área superior del techo hacia el lado inferior proyectado. La cantidad de carga adicional de nieve., o recargo, depende de la diferencia de altura de los dos techos adyacentes y de las longitudes del techo perpendiculares a la caída de altura. Consulte la Sección 7.7 y 7.8 para más información.
Referencias:
- Cargas mínimas de diseño para edificios y otras estructuras. (2013). ASCE / SEI 7-10. Sociedad Americana de Ingenieros Civiles.
