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Calcul des charges de neige sur le toit avec ASCE 7-10

Un guide sur la façon de calculer les charges de neige sur le toit selon ASCE 7-10

L'effet des charges de neige sur une structure peut avoir des conséquences désastreuses s'il n'est pas pris en compte pendant la période de conception. Procédures et directives définies par l'ASCE dans l'ASCE 7-10 donner à l'ingénieur en structure des directives sur ce que sont ces charges en fonction de votre emplacement aux États-Unis, et comment les appliquer.

Toutes les sections et figures illustrées ou référencées proviennent de l'ASCE 7-10.

SkyCiv Structural 3D (S3D) donne aux utilisateurs le pouvoir de charger leurs structures facilement et efficacement pour répondre aux exigences de conception. Dans cette section, nous expliquerons comment calculer les charges de neige et les appliquer à votre structure, comme guidé par l'ASCE 7-10.

Nous utiliserons Madison, Wisconsin comme notre exemple de localisation aux États-Unis pour faciliter la procédure de calcul.

Avant de pouvoir appliquer des charges de neige sur notre structure, nous devons connaître la charge de neige au sol à notre emplacement, qui peut être trouvé en utilisant la figure 7.1 de l'ASCE 7-10. Dans notre cas, la charge de neige au sol est 30 psf.

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Figure 1: Emplacement de l'exemple de projet à Madison, Wisconsin sur la figure 7.1 en ASCE 7-10

Dans certains cas particuliers, des études de cas spécifiques au site sont nécessaires pour déterminer les charges de neige au sol et ne peuvent donc pas être trouvées directement sur la carte fournie. Voir section 7.2 pour plus d'informations.

Aussi, vous pouvez trouver directement la charge de neige au sol pour votre emplacement en ligne Dangers par emplacement outil, fourni par ATC.

Charges de neige sur toit plat, \({p}_{F}\)

La charge de neige appliquée à notre structure n'est pas la charge de neige au sol, mais dans la plupart des cas, la charge de neige sur le toit plat. D'autres considérations pour les toits en pente peuvent être trouvées tout au long du chapitre 7 de l'ASCE 7-10. Dans notre cas, supposons que notre structure ait un toit plat (pente du toit ≤ 5 °).

La charge de neige du toit plat est calculée à l'aide d'une formule 7.3-1:

\({p}_{F} = 0.7{C}_{e}{C}_{t}{je}_{s}{p}_{g}\)

Où:

\({C}_{e}\) = Facteur d'exposition

\({C}_{t}\) = Facteur thermique

\({je}_{s}\) = Facteur d'importance

\({p}_{g}\) = Charge de neige au sol

Facteur d'exposition, \({C}_{e}\)

Le facteur d'exposition est déterminé à l'aide du tableau 7-2 en ASCE 7-10. Dans notre cas, la catégorie exposition / terrain pour la majorité de Madison, Le Wisconsin est de catégorie B; nous supposerons que le toit est partiellement exposé. Par conséquent, notre facteur d'exposition est 0.9.

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Figure 2: Table 7-2 de l'ASCE 7-10 avec notre exemple de cas mis en évidence

Facteur de température, \({C}_{t}\)

Le facteur de température est déterminé à partir du tableau 7-3 en ASCE 7-10. Dans la plupart des cas, le facteur de température est égal à 1.0, c'est ce que nous supposerons pour notre cas. D'autres cas peuvent être trouvés ci-dessous:

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Figure 3: Table 7-3 de l'ASCE 7-10 avec notre exemple de cas mis en évidence

Facteur d'importance de la neige, \({je}_{s}\)

Le facteur d'importance est quelque chose qui n'est pas seulement exclusif aux calculs de charge de neige, il y a aussi des facteurs d'importance de la glace et de la sismique. Pour trouver le facteur d'importance de la neige pour votre structure, recherchez d'abord la catégorie de risque dans le tableau 1.5-1. Dans notre cas, nous supposerons que la catégorie de risque est la catégorie de risque II, le plus courant. Prochain, aller à la table 1.5-2 pour trouver le facteur d'importance. Pour cet exercice, le facteur d'importance de la neige est 1.00.

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Figure 4: Table 1.5-2 de l'ASCE 7-10 avec notre exemple de cas mis en évidence

Utiliser l'équation 7.3-1, nous pouvons maintenant calculer la charge de neige du toit plat pour notre exemple de localisation:

\({p}_{F} = 0.7{C}_{e}{C}_{t}{je}_{s}{p}_{g}\)

\({p}_{F} = 0.7*(1.0)*(1.0)*(1.0)*(30 lb / pi ^ 2)\)

\({p}_{F} = 21 lb / pi ^ 2 )

Dans notre cas, c'est notre non pondéré, équilibré conception de la charge de neige qui sera appliquée à la structure. La charge de neige équilibrée est appliquée partout où se trouve la structure du toit. Cela comprend les surplombs et plusieurs niveaux de toit.

Si le toit de notre structure devait être incliné, il y a des dispositions supplémentaires pour trouver la charge de neige de conception. Nous les explorerons ci-dessous:

Charges de neige sur un toit en pente, \({je}_{s}\)

Lorsque la pente du toit est supérieure à 5 °, le toit est considéré en pente. On suppose que les charges de neige sur le toit en pente agissent sur la projection horizontale de la surface.

La charge de neige du toit en pente est calculée à l'aide de l'équation 7.4-1:

\({p}_{s} = {C}_{s}{p}_{F}\)

Où:

\({C}_{s}\) = Facteur de pente du toit

\({p}_{F}\) = Charge de neige sur toit plat

Facteur de pente du toit, \({C}_{s}\)

Le facteur de pente du toit dépend de diverses propriétés du toit, y compris la température, forme et matière. Le facteur de pente du toit peut être déterminé à l'aide des sections 7.4.1 à travers 7.4.4 de l'ASCE 7-10 et peut être connu comme:

Facteur de pente de toit chaud

Facteur de pente du toit froid

Facteur de pente du toit pour les toits courbes

Facteur de pente du toit pour plusieurs plaques pliées, Dent de scie, et toits de voûte en berceau.

Charge de neige sur toit plat, \({p}_{F}\)

Il s'agit de la charge de neige calculée dans la section précédente. Si votre structure a un toit en pente ou plat, vous devez encore calculer la charge de neige sur le toit plat.

Après avoir obtenu le facteur de pente du toit à partir de ces sections dans ASCE 7-10, les équilibré la charge de neige de conception pour le toit en pente peut être facilement calculée à l'aide de l'équation 7.4-1. La charge de neige équilibrée est appliquée partout où se trouve la structure du toit. Cela comprend les surplombs et plusieurs niveaux de toit.

Partiel, Chargement déséquilibré et dérivé

En plus de la charge de neige équilibrée, certains scénarios de chargement s'appliquent et doivent également être pris en compte lors de la conception des charges de neige sur une structure.

Est-il de la responsabilité de l'ingénieur en structure de s'assurer que tous les cas de charge et combinaisons possibles pour une structure sont appliqués et analysés correctement. Assurez-vous de lire attentivement les dernières sections du chapitre 7 – Sections 7.5 – 7.12 – de l'ASCE 7-10 pour trouver les ajouts ou conditions de chargement applicables en plus de la condition de charge de neige équilibrée.

Chargement partiel

Une charge partielle doit être appliquée pour les systèmes de poutre continue conformément à la section 7.5-1. Trois cas distincts doivent être appliqués, ces cas sont illustrés dans la figure 7-4. Dans certains cas, les effets les plus importants sur un membre se trouvent là où seulement la moitié de la charge de neige équilibrée est appliquée. Voir section 7.5 pour plus d'informations.

Charges de neige déséquilibrées

En raison de la variabilité des formes et des géométries des toits, et leur interaction avec différentes directions du vent, les charges de neige déséquilibrées peuvent différer un peu. Différentes dispositions de chargement déséquilibré sont présentes pour les toits en croupe et à pignon, toits courbes, toits en dents de scie, et toits en dôme.

Ces charges de neige déséquilibrées sont analysées séparément du cas de charge de neige équilibrée, et donc, ne sont pas additifs. Voir section 7.6 pour plus d'informations.

Dérives de neige

Les conceptions de toit présentent généralement une multitude d'élévations de toit et offrent rarement une seule hauteur de toit. À cause de ce, il y a des zones de toit plus hautes et plus basses les unes que les autres et sont sujettes à des dérives de neige. La neige peut être soufflée du côté bas du toit vers le côté haut, ou est soufflé de la zone supérieure du toit sur le côté inférieur projeté. La quantité de neige supplémentaire, ou supplément, dépend de la différence de hauteur des deux toits adjacents et des longueurs de toiture perpendiculaires à la baisse de hauteur. Voir section 7.7 et 7.8 pour plus d'informations.

Références:

  • Charges minimales de conception pour les bâtiments et autres structures. (2013). ASCE / SEI 7-10. Société américaine des ingénieurs civils.
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