Un exemple d'ASCE 7-16 - Calculs de charge de vent (procédure directionnelle) pour un bâtiment en L
Dans cet article, un exemple de calcul de la pression de charge du vent pour un bâtiment en forme de L à Cordoue, Tennessee sera montré. Ce calcul sera conforme à l'ASCE 7-16 - Calculs de charge de vent (procédure directionnelle).
Pour cette étude de cas, les données de structure sont les suivantes:
| Localisation | Cordova, Memphis, Tennessee Dénivelé + 110,0 m |
| Usage | Divers – Structure industrielle |
| Terrain | Terres agricoles ouvertes |
| Dimensions | 28m (12m largeur) x 24 m (8m largeur) en plan Hauteur des murs 5 m Hauteur au faîte. 8 m Pente du toit: 1:2 pour cadre principal (26.57°) 3:4 pour extension (36.87°) Avec ouvertures |
Un calcul similaire pour une construction de toit à pignon utilisant ASCE 7-10 (unités impériales) est référencé dans cet exemple et peut être consulté en utilisant ce lien. La formule pour déterminer la charge de vent de conception est donnée ci-dessous:
Pour les bâtiments fermés ou partiellement fermés:
\(p = qG{C}_{p} -{q}_{je}({GC}_{pi})\) (1)
Pour les bâtiments ouverts:
\(p = q{g}_{F}{C}_{p} -{q}({GC}_{pi})\) (2)
Où:
\(G) = facteur d'effet de rafale
\({C}_{p}\) = coefficient de pression externe
\(({GC}_{pi})\)= coefficient de pression interne
\(q ) = pression de vitesse, en Pa, donné par la formule:
\(q = 0.613{K}_{z}{K}_{zt}{K}_{d}V ^ 2 ) (3)
\(q ) = \({q}_{h}\) pour murs sous le vent, murs latéraux, et toitures,évalué à la hauteur moyenne du toit, \(h )
\(q ) = \({q}_{z}\) pour murs au vent, évalué en hauteur, \(Avec)
\({q}_{je}\) = \({q}_{h}\) pour pression interne négative, \((-{GC}_{pi})\) et \({q}_{z}\) pour l'évaluation de la pression interne positive \((+{GC}_{pi})\) de bâtiments partiellement fermés mais peut être considéré comme \({q}_{h}\) de manière conservatrice.
\({K}_{z}\) = coefficient de pression de vitesse
\({K}_{zt}\)= facteur topographique
\({K}_{d}\)= facteur de directionnalité du vent
\(V ) = vitesse de base du vent en m / s
Catégorie de risque
La première chose à faire pour déterminer les pressions de vent de conception est de classer la catégorie de risque de la structure, qui est basé sur l'utilisation ou l'occupation de la structure. Puisque cet exemple est une structure végétale, celle-ci est de Catégorie de risque IV. Voir Le tableau 1.5-1 de l'ASCE 7-16 pour plus d'informations sur la classification des catégories de risque.
Vitesse du vent de base, \(V )
Dans l'ASCE 7-16, les données de vitesse du vent peuvent être obtenues à partir de Les figures 26.5-1 à 26.5-2. De Figure 26.5-1A, Cordova, Memphis, Le Tennessee est proche du point rouge illustré à la figure 3 ci-dessous, et par la suite, l' vitesse du vent de base, \(V ), est 52 SP. Notez que les valeurs doivent être interpolées entre les courbes de vent connues.
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Catégorie d'exposition
Voir Section 26.7 de l'ASCE 7-16 détaille la procédure de détermination de la catégorie d'exposition.
Selon la direction du vent sélectionnée, l'exposition de la structure doit être déterminée à partir du secteur de 45° en amont. L'exposition à adopter doit être celle qui produira la charge de vent la plus élevée dans cette direction. Chaque classification d'exposition est décrite en détail dans les sections 26.7.2 et 26.7.3 de l'ASCE 7-16.
Dans notre exemple, puisque l'emplacement de la structure est dans une terre agricole à Cordoue, Memphis, Tennessee, sans bâtiments de plus de 30 pi, la zone est classée en Exposition C. Un outil utile pour déterminer la catégorie d'exposition est de visualiser le site potentiel via une image satellite (Google Maps par exemple).
Facteur de Directionnalité du Vent, \({K}_{d}\)
Le facteur de directionnalité du vent, \({K}_{d}\), pour notre structure est de 0.85 car le bâtiment sert de principal système résistant aux forces du vent et comporte également des composants et des revêtements fixés à la structure. Ceci est montré dans Le tableau 26.6-1 de l'ASCE 7-16.
Facteur Topographique, \({K}_{zt}\)
Puisque l'emplacement de la structure est dans une terre agricole plate, nous pouvons supposer que le facteur topographique, \({K}_{zt}\), est 1.0. Sinon, le facteur peut être résolu en utilisant Figure 26.8-1 de l'ASCE 7-16. Pour déterminer si plus de calculs sont nécessaires, voir Section 26.8.1, Si votre site ne répond pas à toutes les conditions énumérées dans la section, le facteur topographique peut être pris comme étant 1.0.
Remarque: Les facteurs de topographie peuvent être calculés automatiquement en utilisant Logiciel de conception de vent SkyCiv. Pour plus d'informations sur le calcul du facteur de topographie, Vérifiez ça de SkyCiv.
Facteur d'élévation du sol, \({K}_{e}\)
Le facteur d'élévation du sol, \({K}_{e}\), est introduit dans ASCE 7-16 prendre en compte la variation de la densité de l'air en fonction de l'élévation du sol au-dessus du niveau moyen de la mer. Ce facteur peut être calculé en utilisant:
\( {K}_{e} = {e}^{-0.000119{z}_{g}}\) (4)
Où:
\({z}_{g}\) est l'élévation du sol au-dessus du niveau moyen de la mer en mètres
Donc, pour cette étude de cas, puisque l'élévation du sol est de + 110,0m, \({K}_{e}\) est égal à 0.987.
Coefficient de Pression de Vitesse, \({K}_{z}\)
Le coefficient de pression de vitesse, \({K}_{z}\), peut être calculé à l’aide du tableau 26.10-1 de l'ASCE 7-16. Ce paramètre dépend de la hauteur au-dessus du sol du point où la pression du vent est considérée, ainsi que de la catégorie d'exposition. De plus, les valeurs présentées dans le tableau sont basées sur la formule suivante:
Pour 4.6 m < \({z}\) < \({z}_{g}\): \({K}_{z} = 2.01(avec/{z}_{g})^{2/une}\) (5)
Pour \({z}\) < 4.6 m: \({K}_{z} = 2.01(4.6/{z}_{g})^{2/une}\) (6)
Où:
| Exposition | une | \({z}_{g}\)(m) |
| Exposition B | 7.0 | 365.76 |
| Exposition C | 9.5 | 274.32 |
| Exposition D | 11.5 | 213.36 |
Habituellement, les coefficients de pression de vitesse à la hauteur moyenne du toit, \({K}_{h}\), et à chaque niveau d'étage, \({K}_{journée}\), sont les valeurs dont nous avons besoin pour déterminer les pressions de vent de conception. Dans cet exemple, comme la pression du vent sur le côté au vent est de nature parabolique, nous pouvons simplifier cette charge en supposant que la pression est uniforme entre les niveaux d'étage. Nous pouvons simplifier la pression au vent et la diviser en 2 les niveaux, à la hauteur de l'avant-toit (+5.0m), et à la hauteur moyenne du toit (+6.5m). De plus, une = 9.5 et \({z}_{g}\) est égal à 274.32 m puisque l'emplacement de la structure est classé comme exposition C.
| l'élévation (m) | \( {K}_{z} \) |
| 5 (hauteur de l'avant-toit) | 0.865 |
| 6.5 (hauteur moyenne du toit) | 0.914 |
Pression de vitesse, \( q \)
D'après l'équation (3), nous pouvons résoudre la pression de vitesse, \( q \) en Pa, pour chaque hauteur considérée.
| l'élévation, m | \( {K}_{z} \) | \( {K}_{zt} \) | \( {K}_{d} \) | \( {K}_{e} \) | \( V \), SP | \( q \), Pa |
| 5 (hauteur de l'avant-toit) | 0.865 | 1.0 | 0.85 | 0.987 | 52 | 1202.87 |
| 6.5 (hauteur moyenne du toit) | 0.914 | 1.0 | 0.85 | 0.987 | 52 | \( {q}_{h} \) = 1271.01 |
Facteur d'Effet de Rafale, \( g \)
Le facteur d'effet de rafale, \( g \), est fixé à 0.85 car la structure est supposée rigide (Section 26.11 de l'ASCE 7-16).
Coefficient de Pression Interne et Classification de l'Enveloppe, \( ({GC}_{pi}) \)
La structure de l'usine est supposée avoir des ouvertures qui satisfont à la définition d'un bâtiment partiellement clos in Section 26.2 de l'ASCE 7-16. C'est à dire, le coefficient de pression interne, \( ({GC}_{pi}) \), sera donc de +0.55 et -0.55 basé sur Le tableau 26.13-1 de l'ASCE 7-16. Par conséquent:
\(+{p}_{je} = {q}_{je}(+g{C}_{pi}) \) = (1271.01)(+0.55) = 699.06 Pa
\(-{p}_{je} = {q}_{je}(-g{C}_{pi}) \) = (1271.01)(-0.55) = -699.06 Pa
Coefficient de pression externe, \({C}_{p}\)
Pour les bâtiments fermés ou partiellement fermés, le coefficient de pression externe, \({C}_{p}\), est calculé à l'aide des informations fournies dans Figure 27.4-1 à travers Figure 27.4-3. Pour un bâtiment partiellement fermé avec un toit à deux versants, utilisation Figure 27.4-1. Les coefficients de pression externes pour les murs et le toit sont calculés séparément en fonction des paramètres du bâtiment L, B et h, définis dans la note 7 de Figure 27.4-1.
Dans cet exemple, puisque la structure est asymétrique, quatre directions du vent seront considérées: deux (2) pour direction du vent parallèle à 24m de côté, et deux (2) pour direction du vent parallèle à 28m de côté.
Pour la direction du vent parallèle à 24 m de côté
C'est à dire, nous devons calculer le L / B et h / L:
Hauteur moyenne du toit, h = 6.5 m
Longueur du bâtiment, L = 24 m
Largeur du bâtiment, B = 28 m
L / B = 0.857
h / L = 0.271
h / B = 0.232
Coefficients de pression murale, \({C}_{p}\), et pression externe, \({p}_{e}\)
.Pour les murs, les coefficients de pression externe sont calculés à partir de la figure 27.3-1 de l'ASCE 7-16 où \({q}_{h}\) = 1271.011 Pa et \( g \) = 0.85.
| Surface | h, m | Coefficients de pression murale, \({C}_{p}\) | \({p}_{e}\), Pa |
| Mur au vent | 5.0 | 0.8 | 817.953 |
| 6.5 | 0.8 | 864.288 | |
| Mur sous le vent | 6.5 | -0.5 | -540.180 |
| Flancs | 6.5 | -0.7 | -756.252 |
Coefficients de pression du toit, \({C}_{p}\), et pression externe, \({p}_{e}\)
Pour toiture, les coefficients de pression externe sont calculés à partir de la figure 27.3-1 de l'ASCE 7-16 où \({q}_{h}\) = 1271.011 Pa. Notez que pour cette direction du vent, pressions sur le toit au vent et sous le vent (surfaces de toit 1 et 2) sont calculés en utilisant θ = 36,87 ° et θ = 0 ° pour toitures 3 et 4.
| Surface | Localisation | Coefficients de pression du toit, \({C}_{p}\) | \({p}_{e}\), Pa |
| Toit au vent | – | 0.4 | 432.144 |
| Toit sous le vent | – | -0.6 | -648.216 |
| Parallèle au vent (le long de la crête) | 0 à h du bord | -0.9 -0.18 |
-972.324 -194.465 |
| h à 2h du bord | -0.5 -0.18 |
-540.180 -194.465 |
|
| > 2h du bord | -0.3 -0.18 |
-324.108 -194.465 |
Par conséquent, combiner \({p}_{e}\) et \({p}_{je}\), les pressions de conception correspondantes peuvent être obtenues:
| Type | Surface | Élévation / emplacement, m | \({p}_{e}\), Pa | \({p}_{e}\) – +\({p}_{je}\), Pa | \({p}_{e}\) – -\({p}_{je}\), Pa |
| Des murs | Mur au vent | 5.0 | 817.953 | 118.897 | 1517.009 |
| 6.5 | 864.288 | 165.231 | 1563.344 | ||
| Mur sous le vent | – | -540.180 | -1239.236 | 158.876 | |
| Flancs | – | -756.252 | -1455.308 | -57.196 | |
| Toit | Au vent | – | 432.144 | -266.912 | 1131.200 |
| Sous le vent | – | -648.216 | -1347.272 | 50.840 | |
| Plat (le long de la crête) | 0 à h | -972.324 -194.465 |
-1671.380 -893.521 |
-273.267 504.592 |
|
| h à 2h | -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 |
Pour la direction du vent parallèle à 28 m de côté
C'est à dire, nous devons calculer le L / B et h / L:
Hauteur moyenne du toit, h = 6.5 m
Longueur du bâtiment, L = 28 m
Largeur du bâtiment, B = 24 m
L / B = 0.857
h / L = 0.232
h / B = 0.271
Coefficients de pression murale, \({C}_{p}\), et pression externe, \({p}_{e}\)
.Pour la pression murale de conception, les coefficients de pression externe sont calculés à partir de la figure 27.3-1 de l'ASCE 7-16 où \({q}_{h}\) = 1271.011 Pa et \( g \) = 0.85.
| Surface | h, m | Coefficients de pression murale, \({C}_{p}\) | \({p}_{e}\), Pa |
| Mur au vent | 5.0 | 0.8 | 817.953 |
| 6.5 | 0.8 | 864.288 | |
| Mur sous le vent | 6.5 | -0.467 | -504.528 |
| Flancs | 6.5 | -0.7 | -756.252 |
Coefficients de pression du toit, \({C}_{p}\), et pression externe, \({p}_{e}\)
Pour toiture, les coefficients de pression externe sont calculés à partir de la figure 27.3-1 de l'ASCE 7-16 où \({q}_{h}\) = 1271.011 Pa. Notez que pour cette direction du vent, pressions sur le toit au vent et sous le vent (surfaces de toit 3 et 4) sont calculés en utilisant θ = 26,57 ° et θ = 0 ° pour toitures 1 et 2.
| Surface | Localisation | Coefficients de pression du toit, \({C}_{p}\) | \({p}_{e}\), Pa |
| Toit au vent | – | -0.2 0.3 |
-216.072 324.108 |
| Toit sous le vent | – | -0.6 | -648.216 |
| Parallèle au vent (le long de la crête) | 0 à h du bord | -0.9 -0.18 |
-972.324 -194.465 |
| h à 2h du bord | -0.5 -0.18 |
-540.180 -194.465 |
|
| > 2h du bord | -0.3 -0.18 |
-324.108 -194.465 |
Par conséquent, combiner \({p}_{e}\) et \({p}_{je}\), les pressions de conception correspondantes peuvent être obtenues:
| Type | Surface | Élévation / emplacement, m | \({p}_{e}\), Pa | \({p}_{e}\) – +\({p}_{je}\), Pa | \({p}_{e}\) – -\({p}_{je}\), Pa |
| Des murs | Mur au vent | 5.0 | 817.953 | 118.897 | 1517.009 |
| 6.5 | 864.288 | 165.231 | 1563.344 | ||
| Mur sous le vent | – | -504.528 | -1203.584 | 194.528 | |
| Flancs | – | -756.252 | -1455.308 | -57.196 | |
| Toit | Au vent | – | -216.072 324.108 |
-915.128 -374.948 |
482.984 1023.164 |
| Sous le vent | – | -648.216 | -1347.272 | 50.840 | |
| Plat (le long de la crête) | 0 à h | -972.324 -194.465 |
-1671.380 -893.521 |
-273.267 504.592 |
|
| h à 2h | -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 |
Ingénieur en structure, Développement de produits
MS Génie Civil
Références:
- Coulbourne, W. L., & Stafford, T. E. (2020, avril). Charges de vent: Guide des dispositions relatives à la charge du vent de l'ASCE 7-16. Société américaine des ingénieurs civils.
- Société américaine des ingénieurs civils. (2017, juin). Charges minimales de conception et critères associés pour les bâtiments et autres structures. Société américaine des ingénieurs civils.
