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ASCE 7-16 Exemple de calcul de la charge du vent pour un bâtiment en forme de L

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:

exemple-calcul-de-charge-de-vent-capture-d'écran-2
Figure 1. L'emplacement du site (depuis Google Maps).
Figure 2. Structure végétale en forme de L.
Figure 3. Planifiez les dimensions de la structure à l'aide de la fonction de quadrillage de plan 3D structurel
Emplacement Cordoue, Memphis, Tennessee
Dénivelé + 110,0 m
Occupation Divers – Structure de l'usine
Terrain Terres agricoles plates
Dimensions 28m (12m largeur) x 24 m (8m largeur) en plan
Hauteur d'avant-toit de 5 m
Hauteur de l'apex en élévation. 8 m
Pente du toit:
1:2 pour cadre principal (26.57°)
3:4 pour extension (36.87°)
Avec ouverture
Table 1. Données de construction nécessaires pour notre calcul du vent.

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 pression du vent de conception est:

Pour les bâtiments fermés et 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}_{avec}{K}_{zt}{K}_{ré}V ^ 2 ) (3)

\(q ) = \({q}_{h}\) pour murs sous le vent, parois latérales, et toitures,évalué à la hauteur moyenne du toit, \(h )
\(q ) = \({q}_{avec}\) pour murs au vent, évalué en hauteur, \(Avec)
\({q}_{je}\) = \({q}_{h}\) pour pression interne négative, \((-{GC}_{pi})\) évaluation et \({q}_{avec}\) pour l'évaluation de la pression interne positive \((+{GC}_{pi})\) de bâtiments partiellement fermés mais peut être considéré comme \({q}_{h}\) pour valeur conservatrice.
\({K}_{avec}\) = coefficient de pression de vitesse
\({K}_{zt}\)= facteur topographique
\({K}_{ré}\)= 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, la structure est classée comme Catégorie de risque IV. Voir Table 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, Cordoue, Memphis, Le Tennessee est proche du point rouge illustré à la figure 3 au dessous de, et par la suite, les vitesse du vent de base, \(V ), est 52 SP. Notez que les valeurs doivent être interpolées entre les courbes de vent connues.

Figure 3. Vitesse du vent de base pour la catégorie de risque IV de l'ASCE 7-16 Figure 26.5-1D.

SkyCiv peut automatiser les calculs de vitesse du vent en utilisant seulement quelques paramètres. Essayez notre Outil de vent libre SkyCiv.

Catégorie d'exposition

Voir Section 26.7 de l'ASCE 7-16 détaille la procédure de détermination de la catégorie d'exposition.

En fonction de la direction du vent sélectionnée, l'exposition de la structure doit être déterminée à partir du secteur au près de 45 °. L'exposition à adopter doit être celle qui produira la charge de vent la plus élevée dans ladite direction. La description de chaque classification d'exposition est détaillée dans la section 26.7.2 et 26.7.3 de l'ASCE 7-16.

Pour notre exemple, puisque l'emplacement de la structure est dans une terre agricole à Cordoue, Memphis, Tennessee, sans bâtiments plus hauts que 30 pi, donc la zone est classée comme Exposition C. Un outil utile pour déterminer la catégorie d'exposition est de visualiser votre site potentiel via une image satellite (Google Maps par exemple).

Facteur de directionnalité du vent, \({K}_{ré}\)

Les facteurs de directionnalité du vent, \({K}_{ré}\), car notre structure est à la fois égale à 0.85 puisque le bâtiment est le principal système résistant à la force du vent et a également des composants et un revêtement attachés à la structure. Ceci est montré dans Table 26.6-1 de l'ASCE 7-16.

Facteur topographique, \({K}_{zt}\)

Puisque l'emplacement de la structure est dans une terre agricole plate, on peut supposer que le facteur topographique, \({K}_{zt}\), est 1.0. Autrement, le facteur peut être résolu en utilisant Figure 26.8-1 de l'ASCE 7-16. Pour déterminer si des calculs supplémentaires du facteur topographique sont nécessaires, voir Section 26.8.1, si votre site ne remplit pas toutes les conditions énumérées, alors le facteur topographique peut être pris comme 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 article.

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:

\( {K}_{e} = {e}^{-0.000119{avec}_{g}}\) (4)

Où:
\({avec}_{g}\) est l'élévation du sol au-dessus du niveau moyen de la mer en mètres

Par conséquent, 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, \({K}_{avec}\)

Le coefficient de pression de vitesse, \({K}_{avec}\), 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, et la catégorie d'exposition. de plus, les valeurs indiquées dans le tableau sont basées sur la formule suivante:

Pour 4.6 m < \({avec}\) < \({avec}_{g}\): \({K}_{avec} = 2.01(avec/{avec}_{g})^{2/une}\) (5)
Pour \({avec}\) < 4.6 m: \({K}_{avec} = 2.01(4.6/{avec}_{g})^{2/une}\) (6)

Où:

Exposition une \({avec}_{g}\)(m)
Exposition B 7.0 365.76
Exposition C 9.5 274.32
Exposition D 11.5 213.36
Table 2. Constantes d'exposition du terrain du tableau 26.11-1 de l'ASCE 7-16.

habituellement, coefficients de pression de vitesse à la hauteur moyenne du toit, \({K}_{h}\), et à chaque étage, \({K}_{journée}\), sont les valeurs dont nous aurions besoin pour résoudre les pressions de vent de conception. Pour cet exemple, puisque la pression du vent du côté au vent est de nature parabolique, nous pouvons simplifier cette charge en supposant qu'une pression uniforme est appliquée sur les murs entre les niveaux de plancher. 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 \({avec}_{g}\) est égal à 274.32 m puisque l'emplacement de la structure est classé comme exposition C.

Élévation (m) \( {K}_{avec} \)
5 (hauteur de l'avant-toit) 0.865
6.5 (hauteur moyenne du toit) 0.914
Table 3. Les valeurs calculées du coefficient de pression de vitesse pour chaque hauteur d'élévation.

Pression de vitesse, \( q \)

À partir de l'équation (3), nous pouvons résoudre la pression de vitesse, \( q \) en Pa, à chaque élévation considérée.

Élévation, m \( {K}_{avec} \) \( {K}_{zt} \) \( {K}_{ré} \) \( {K}_{e} \) \( V \), SP \( q \), bien
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 réglé sur 0.85 car la structure est supposée rigide (Section 26.11 de l'ASCE 7-16).

Classification de l'enceinte et coefficient de pression interne, \( ({GC}_{pi}) \)

La structure de l'usine est supposée avoir des ouvertures qui satisfont à la définition d'un bâtiment partiellement clos dans Section 26.2 de l'ASCE 7-16. Donc, le coefficient de pression interne, \( ({GC}_{pi}) \), doit être +0.55 et -0.55 basé sur Table 26.13-1 de l'ASCE 7-16. Par conséquent:

\(+{p}_{je} = {q}_{je}(+g{C}_{pi}) \) = (1271.01)(+0.55) = 699.06 bien
\(-{p}_{je} = {q}_{je}(-g{C}_{pi}) \) = (1271.01)(-0.55) = -699.06 bien

 

Coefficient de pression externe, \({C}_{p}\)

Pour les bâtiments fermés et 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 clos avec un toit à pignon, utilisation Figure 27.4-1. Les coefficients de pression externe pour les murs et le toit sont calculés séparément à l'aide des paramètres de construction L, B et h, qui sont définis dans la note 7 de Figure 27.4-1.

Pour 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

Donc, 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 bien et \( g \) = 0.85.

Surface h, m Coefficients de pression murale, \({C}_{p}\) \({p}_{e}\), bien
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 bien. 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 Emplacement Coefficients de pression du toit, \({C}_{p}\) \({p}_{e}\), bien
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 \({p}_{e}\), bien \({p}_{e}\) – +\({p}_{je}\), bien \({p}_{e}\) – -\({p}_{je}\), bien
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
Côté 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
Figure 4. Pressions murales correspondantes pour la direction du vent parallèle à une longueur de 24 m.
Figure 5. Pressions de toit correspondantes pour la direction du vent parallèle à une longueur de 24 m.
Figure 6. Pressions murales correspondantes pour la direction du vent parallèle à une longueur de 24 m (direction opposée)
Figure 7. Pressions de toit correspondantes pour la direction du vent parallèle à une longueur de 24 m (direction opposée).

Pour la direction du vent parallèle à 28 m de côté

Donc, 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 bien et \( g \) = 0.85.

Surface h, m Coefficients de pression murale, \({C}_{p}\) \({p}_{e}\), bien
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 bien. 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 Emplacement Coefficients de pression du toit, \({C}_{p}\) \({p}_{e}\), bien
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 \({p}_{e}\), bien \({p}_{e}\) – +\({p}_{je}\), bien \({p}_{e}\) – -\({p}_{je}\), bien
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
Côté 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
Figure 8. Pressions murales correspondantes pour la direction du vent parallèle à une longueur de 28 m.
Figure 9. Pression de toit correspondante pour la direction du vent parallèle à 28 m de côté.
Figure 10. Pressions murales correspondantes pour la direction du vent parallèle à une longueur de 28 m (direction opposée).
Figure 11. Pression de toit correspondante pour la direction du vent parallèle à 28 m de côté (direction opposée).
Patrick Aylsworth Garcia Ingénieur en structure, Développement de produits
Patrick Aylsworth Garcia
Ingénieur en structure, Développement de produits
MS Génie Civil
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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.

 

 

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