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ES 875-3 Ejemplo de cálculo de carga de viento

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 de carga de viento libre 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:

Figura 1. Modelo Barnhouse en SkyCiv S3D como ejemplo.

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

Figura 2. Ubicación del sitio (de Google Maps).
UbicaciónWalwane, Maharashtra, India (18.945695° N, 74.564866° E)
OcupaciónVarios - Estructura de la finca
TerrenoTerreno llano y abierto
DimensionesB = 4 m × L = 14 m en plan
H =
Altura del alero de 2.4 m
Altura de ápice a elev. 3.4 m
Inclinación del techo 1:2 (26.565°)
Sin apertura
RevestimientoCorreas espaciadas a 0,745 m
Postes de pared espaciados a 0,8 m
Mesa 1. Datos de construcción necesarios para nuestro cálculo del viento.

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 = Vbk1k2k3k4 (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): Preciosre = KreKaKcPreciosz (2)

Dónde:
Kre 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.
Ka es el Factor de promedio de área Residencia en 7.2.2 de IS 875-3
Kc es el Factor de combinación Residencia en 7.3.3.13 ES 875-3
Preciosz es igual a 0.60V z2 en pa
Tenga en cuenta que Preciosre no debe tomarse menos de 0.70Preciosz

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

Fuerza del viento en la superficie o miembros (Posada): F = (Cen – CPi)Apre (3)

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

Profundizaremos 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.

Figura 3. Datos básicos de velocidad del viento basados ​​en la Figura 1 de IS 875-3: 2015.

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

Factor de probabilidad (Coeficiente de riesgo) k1

Mesa 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.

Figura 4. Tabla de coeficientes de riesgo de IS 875-3:2015.

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):

Alturak2
Altura de referencia, H = 2.4 m1.05

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):

NivelV b emk1k2k3k4V z em
H = 2.4 m39.00.921.051.01.037.674

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

Factor de direccionalidad del viento Kre

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

Area Factor de promediado Ka

El Area Factor de promediado Ka se puede calcular usando la tabla 4 de IS 875-3:2015:

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

Tenga en cuenta que Ka 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.

ComponenteArea, m2.Ka
Columna2.4×3.5 m = 8.4 m2.1.0
Momento de Flexión4×3.5 m (proyección) = 14 m2.0.97
Montantes de pared0.8×3.5 m = 2.8 m2.1.0
Correas0.745×3.5 m = 2.608 m2.1.0

Factor de combinación Kc

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

Presión de viento de diseño, Preciosre

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

ComponenteKaKreKcPrecioszPreciosre
Columna1.01.00.9851.598766.438
Momento de Flexión0.971.00.9851.598743.445
Montantes de pared1.01.00.9851.598766.438
Correas1.01.00.9851.598766.438

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

Coeficientes de presión interna CPi

El coeficientes de presión interna CPi 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 CPi los valores para este ejemplo son +0.2 y -0.2.

Coeficientes de presión externa Cen

El Coeficientes de presión externa Cen 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. Para 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 Cen los valores son los siguientes:

Figura 5. Zonas de muro para edificio rectangular basado en IS 875-3:2015.

Para ángulo de viento = 0 grados:

Zona / SuperficieCen
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 / SuperficieCen
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 Cen los valores se interpolarán utilizando los siguientes valores:

Figura 6. Zonas de techo para tejado inclinado / a dos aguas según IS 875-3:2015 – vista del plan.

Nota: y = 0.15w = 0.6m

Para ángulo de viento = 0 grados:

Ángulo del techoZona EF – BarloventoZona 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 techoZona EG – Viento de costadoZona 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 techoExtremos del hastialZonas 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 / SuperficieDirección del viento – 0 gradosDirección 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 Preciosre = 766.438 Bien tanto para montantes de columna como de pared.

Para columnas y montantes de pared – 0 grados:

Zona / SuperficieCenCPiCenCPip = pre(Cen-CPi) BienPara columna
Precioslos x3.5m N/m
Para montantes de pared
Precioslos x0.8m N/m
Zona A – Muro de barlovento0.7+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 / SuperficieCenCPiCenCPip = pre(Cen-CPi) BienMomento de Flexión
Precioslos x3.5m N/m
Correas
Precioslos 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 Preciosre = 766.438 Bien para las correas y Preciosre = 743.445 Bien para la armadura.

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

Por Preciosre(Cen – +CPi):

Figura 7. Carga distribuida en un marco crítico usando Preciosre(Cen – +CPi)los x3.5m.

Por Preciosre(Cen – -CPi):

Figura 8. Carga distribuida en un marco crítico usando Preciosre(Cen – -CPi)los x3.5m.

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 se pueden realizar utilizando Software generador de carga de SkyCiv para es 875-3 y otros códigos también. Los usuarios pueden ingresar en una ubicación del sitio para obtener la velocidad del viento y los factores de topografía, ingrese los parámetros de construcción y genere las presiones del viento. Pruebe nuestro Herramienta de viento libre SkyCiv para cálculos de velocidad y presión del viento en estructuras a dos aguas.

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:

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