Un ejemplo completamente elaborado de SI 875-3 cálculos de carga de viento

En este artículo, un ejemplo de cálculo de presión de carga de viento para un edificio en Walwane, Maharashtra, India (18.945695° N, 74.564866° E) se mostrará. Este cálculo estará de acuerdo con IS 875-3:2015 cálculos de carga de viento. SkyCivcalculadora gratuita de cargas de viento recientemente agregado el IS 875-3 cálculos de carga de viento, por lo tanto, vamos a demostrar cómo calcular las cargas de viento, mediante el uso de un modelo S3D Barnhouse a continuación:

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

Ubicación	Walwane, Maharashtra, India (18.945695° N, 74.564866° E)
Ocupación	Varios - Estructura de la finca
Terreno	Terreno llano y abierto
Dimensiones	B = 4 m × L = 14 m en plan H = Altura del alero 2.4 m Altura del ápice. 3.4 m Inclinación del techo 1:2 (26.565°) Sin apertura
Revestimiento	Correas espaciadas a 0,745 m Postes de pared espaciados a 0,8 m

Usando el IS 875-3: 2015, la velocidad del viento de diseño para la ubicación y la presión del viento de diseño para el edificio rectangular con techo inclinado se pueden resolver utilizando las ecuaciones siguientes:

Diseño de velocidad del viento en altura z (en m / s): V _z = V_bk₁k₂k₃k₄ (1)

Dónde:
V _b es elVelocidad básica del viento, em
k₁ es el Factor de probabilidad (coeficiente de riesgo) Residencia en 6.3.1 de IS 875-3
k₂ es el Rugosidad del terreno y factor de altura Residencia en 6.3.2 de IS 875-3
k₃ es el Factor topográfico Residencia en 6.3.3 de IS 875-3
k₄ es el Factor de importancia para la región ciclónica basado en 6.3.4 de IS 875-3

Presión del viento de diseño (en pa): pag_d = K_dK_aK_cpag_z (2)

Dónde:
K_d es el Factor de direccionalidad del viento Residencia en 7.2.1 de IS 875-3. Igual a 1.0 al considerar los coeficientes de presión locales.
K_a es el Factor de promedio de área Residencia en 7.2.2 de IS 875-3
K_c es el Factor de combinación Residencia en 7.3.3.13 ES 875-3
pag_z es igual a 0.60V _z² en pa
Tenga en cuenta que pag_d no debe tomarse menos de 0.70pag_z

De la presión del diseño pag_d adquirido, la presión se distribuirá a los miembros de la mediante el uso de:

Fuerza del viento en la superficie o miembros (Posada): F = (C_en – C_pi)Ap_d (3)

Dónde:
A es el área de la superficie del elemento estructural o unidad de revestimiento
C_en son los coeficientes de presión externa
C_pagi son los coeficientes de presión interna

Vamos a profundizar en los detalles de cada parámetro a continuación.

Velocidad Básica del Viento V _b

De la figura 1 de IS 875-3, la ubicación del sitio es la situación del mapa donde la velocidad básica del viento V _b es igual a 39 em.

SkyCiv puede automatizar los cálculos de velocidad del viento simplemente definiendo la ubicación del sitio en India. Pruebe nuestro herramienta gratuita de viento de SkyCiv.

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Factor de probabilidad (Coeficiente de riesgo) k₁

Tabla 1 de IS 875-3 presenta los coeficientes de riesgo para diferentes clases de estructuras en diferentes zonas de velocidad del viento. Para esta estructura, ya que es un granero y se utilizará para albergar algunos animales de ganado, la estructura se clasifica bajo “Edificios y estructuras que presentan un bajo grado de peligro para la vida y la propiedad en caso de avería., como torres aisladas en zonas boscosas, edificios agrícolas distintos de los edificios residenciales.” Por lo tanto, de la mesa 1 de IS 875-3, el correspondiente factor de probabilidad (coeficiente de riesgo) k₁ es igual a 0.92.

Factor de rugosidad y altura del terreno k₂

Para esta estructura, está ubicado en el centro de una finca donde no hay obstrucciones inmediatas. Por lo tanto, el terreno se puede clasificar como Categoría 1. Usando la tabla 2 de IS 875-3:2015, podemos obtener k₂ valores (que varía en función de la altura considerada):

Altura	k2
Altura de referencia, H = 2.4 m	1.05

Factor topográfico k₃

Para tener en cuenta los efectos topográficos, necesitamos obtener los datos de elevación de la ubicación para los ocho (8) direcciones cardinales – norte, S, W, E, noroeste, NACIDO, SO, y SE – usando la API de elevación de Google. Basado en los datos, generalmente podemos asumir que el terreno es “Departamento” para todas las direcciones. Por lo tanto, Residencia en 6.3.3 de IS 875-3:2015, podemos configurar nuestro k₃ igual a 1.0.

Factor de importancia k₄

Dado que la ubicación del sitio no se encuentra dentro de la costa este de la India y la estructura solo se utilizará para fines agrícolas, El valor de k₄ es igual a 1.0 Residencia en 6.3.4 de IS 875-3:2015

Diseño de velocidad del viento V _z

De los factores anteriores, Ya podemos resolver el diseño de la velocidad del viento. V _z usando la ecuación (1):

Nivel	V b em	k1	k2	k3	k4	V z em
H = 2.4 m	39.0	0.92	1.05	1.0	1.0	37.674

Desde el diseño de la velocidad del viento., podemos calcular la presión del viento de diseño pag_d.

Factor de Direccionalidad del Viento K_d

Desde 7.2.1 de IS 875-3:2015, la Factor de Direccionalidad del Viento K_d es igual a 0.9 para marcos y al considerar los coeficientes de presión locales, será igual a 1.0. En este ejemplo, usaremos K_d igual a 1.0 para vigas y estudios de muros y para K_d igual a 0.9 para las columnas y cerchas.

Area Factor de promediado K_a

El Area Factor de promediado K_a se puede calcular utilizando la Tabla 4 de IS 875-3:2015:

K_a = 1.0 para un área menor o igual a 10 m2.
K_a = 0.9 para un área igual a 25 m2.
K_a = 0.8 para un área mayor o igual a 100 m2.

Tenga en cuenta que K_a se puede interpolar linealmente entre valores. Para esta estructura, Necesitamos obtener las áreas tributarias de las columnas para barlovento. (Zona A), sotavento (Zona B), paredes laterales (Zona C y D), y truss para el techo. Además, también consideraremos el área tributaria de los montantes de la pared y las correas.

Componente	Area, m2.	Ka
Columna	2.4×3.5 m = 8.4 m2.	1.0
Momento de Flexión	4×3.5 m (proyección) = 14 m2.	0.97
Montantes de pared	0.8×3.5 m = 2.8 m2.	1.0
Correas	0.745×3.5 m = 2.608 m2.	1.0

Factor de combinación K_c

Dado que consideraremos la acción simultánea de las presiones de paredes y techos y las presiones internas, el asumido Factor de combinación K_c es igual a 0.9 como se menciona en 7.3.3.13 de IS 875-3:2015.

Presión de viento de diseño, pag_d

Usando la ecuación (2), podemos calcular la presión del viento de diseño, pag_d, Tenga en cuenta que pag_z = 851.598 Bien y pag_d no debe ser menor que 0.7pag_z o 596.119Bien.

Componente	Ka	Kd	Kc	pagz	pagd
Columna	1.0	1.0	0.9	851.598	766.438
Momento de Flexión	0.97	1.0	0.9	851.598	743.445
Montantes de pared	1.0	1.0	0.9	851.598	766.438
Correas	1.0	1.0	0.9	851.598	766.438

A partir de estos datos, Necesitamos calcular los coeficientes de presión para distribuir la presión de diseño a los componentes..

Coeficientes de presión interna C_pi

El coeficientes de presión interna C_pi se puede determinar a partir de 7.3.2 de IS 875-3:2015. Para esta estructura, se asume que la abertura total en la pared es menor que 5 porcentaje del área total de la pared. Por lo tanto, la C_pi los valores para este ejemplo son +0.2 y -0.2.

Coeficientes de presión externa C_en

El Coeficientes de presión externa C_en dependen de ciertos parámetros como la altura, anchura, longitud, ángulo del techo, y perfil de techo.

Coeficientes de presión externa de la pared

Los coeficientes de presión externa para paredes dependen de h / w y l / w proporción, dónde h es la altura del alero, w es la menor dimensión del edificio, y l es la dimensión más grande del edificio. En este ejemplo, h = H, l = L, y w = B. Por lo tanto, h / w = 0.6 y l / w = 3.5. De la tabla 5 de IS 875-3:2015, el correspondiente C_en los valores son los siguientes:

Para ángulo de viento = 0 grados:

Zona / Superficie	Cen
Zona A – Muro de barlovento	+0.7
Zona B – Muro de sotavento	-0.3
Zona C – Pared lateral	-0.7
Zona D – Pared lateral	-0.7
Zona local (0.25w desde el borde)	-1.1

Para ángulo de viento = 90 grados:

Zona / Superficie	Cen
Zona A – Muro de barlovento	-0.5
Zona B – Muro de sotavento	-0.5
Zona C – Pared lateral	+0.7
Zona D – Pared lateral	-0.1
Zona local (0.25w desde el borde)	-1.1

Tenga en cuenta que w = 4 m.

Coeficientes de presión externa del techo

Para esta estructura, ya que el perfil del techo es a dos aguas o a dos aguas, los coeficientes de presión externa del techo se calcularán en base a la Tabla 6 de IS 875-3:2015. Para este ejemplo desde h / w = 0.6, y el ángulo del techo es 26.565°, la C_en los valores se interpolarán utilizando los siguientes valores:

Nota: y = 0.15w = 0.6m

Para ángulo de viento = 0 grados:

Ángulo del techo	Zona EF – Barlovento	Zona GH – Sotavento
20°	-0.7	-0.5
26.565°	-0.109	-0.5
30°	-0.2	-0.5

Para ángulo de viento = 90 grados:

Ángulo del techo	Zona EG – Viento de costado	Zona FH – Viento de costado
20°	-0.8	-0.6
26.565°	-0.8	-0.6
30°	-0.8	-0.6

Por presiones locales:

Ángulo del techo	Extremos del hastial	Zonas de cresta
20°	-1.5	-1.0
26.565°	-1.172	-1.0
30°	-1.0	-1.0

Los coeficientes finales de presión del techo serán:

Zona / Superficie	Dirección del viento – 0 grados	Dirección del viento – 90 grados
Zona EF – Barlovento	-0.109	–
Zona GH – Sotavento	-0.5	–
Zona EG – Viento de costado	–	-0.8
Zona FH – Viento de costado	–	-0.6
Extremos del hastial	-1.172	-1.172
Zonas de cresta	-1.0	-1.0

Presiones combinadas internas y externas

De los valores anteriores, la fuerza del viento se puede calcular usando la ecuación (3). sin embargo, por simplicidad, solo obtendremos la presión del diseño (no multiplicar los valores al área A) y también considerará el ángulo de dirección del viento 0 grados para el marco principal (columna y truss). El espaciado del marco es igual a 3.5m. Tenga en cuenta que pag_d = 766.438 Bien tanto para montantes de columna como de pared.

Para columnas y montantes de pared – 0 grados:

Zona / Superficie	Cen	Cpi	Cen–Cpi	p = pd(Cen-Cpi) Bien	Para columna paglos x3.5m N/m	Para montantes de pared paglos x0.8m N/m
Zona A – Muro de barlovento	0.7	+0.2 -0.2	+0.5 +0.9	383.219 689.795	1341.267 2414.281	306.575 551.836
Zona B – Muro de sotavento	-0.3	+0.2 -0.2	-0.5 -0.1	-383.219 -76.644	-1341.267 -268.253	-306.575 -61.315
Zona local (1m del borde)	-1.1	+0.2 -0.2	-1.3 -0.9	-996.370 -689.795	-3487.295 -2414.281	-797.096 -551.836

Las presiones en las columnas se multiplicarán a 3,5 m para obtener una carga uniforme.. Además, para los montantes de la pared, se multiplicará por 0,8 m. Tenga en cuenta que una presión positiva significa que está actuando hacia la superficie y la negativa está actuando lejos de la superficie. (succión).

Para truss y correas – 0 grado:

Zona / Superficie	Cen	Cpi	Cen–Cpi	p = pd(Cen-Cpi) Bien	Momento de Flexión paglos x3.5m N/m	Correas paglos x0.745m N/m
Zona EF - Barlovento	-0.109	+0.2 -0.2	-0.309 +0.091	-229.725 67.654	-804.036 236.787	-171.145 50.402
Zona GH - Sotavento	-0.5	+0.2 -0.2	-0.7 -0.3	-520.412 -223.034	-1821.441 -780.617	-387.707 -166.160
Extremos del hastial	-1.172	+0.2 -0.2	-1.372 -0.972	-1051.553 -744.978	-3680.437 -2607.423	–
Zonas de cresta	-1.0	+0.2 -0.2	-1.2 -0.8	-919.726 -613.151	-3219.041 -2146.027	–

Las presiones en el truss se multiplicarán a 3,5 m para obtener una carga uniforme.. Además, para los montantes de la pared, se multiplicará por 0,745 m. Tenga en cuenta que pag_d = 766.438 Bien para las correas y pag_d = 743.445 Bien para la armadura.

Considerando un marco crítico – el espaciado es de 3,5 m:

Por pag_d(C_en – +C_pi):

Por pag_d(C_en – -C_pi):

Para el diseño de vigas de pared y correas, solo necesita obtener la presión máxima absoluta que actúa sobre él y usarla como base para calcular las fuerzas de diseño. Para este caso, la carga de viento de diseño es: -797.096 N / m para montante de pared y -783.407N / m para las correas,

Todos estos cálculos pueden realizarse utilizando el Software generador de carga de SkyCiv para es 875-3 y otros códigos también. Los usuarios pueden ingresar la ubicación del sitio para obtener las velocidades del viento y los factores topográficos, ingresar los parámetros del edificio y generar las presiones de viento. Pruebe nuestro herramienta gratuita de viento de SkyCiv para cálculos de velocidad y presión del viento en estructuras a dos aguas.

Calculadora de carga de viento Skyciv

Referencias:

• Cargas de diseño (Aparte del terremoto) para edificios y estructuras - Código de prácticas (Parte 3 Cargas de viento ed.). (2015). Oficina de Normas Indias.