Un exemple entièrement travaillé de SI 875-3 - Calculs de charge de vent

Dans cet article, un exemple de calcul de la pression du vent pour un bâtiment à Walwane, Maharashtra, Inde (18.945695°N, 74.564866°E) sera montré. Ce calcul sera conforme au SI 875-3:2015 - Calculs de charge de vent. SkyCivcalculateur de charge de vent gratuit a récemment ajouté l'IS 875-3 - Calculs de charge de vent, donc, nous allons montrer comment calculer les charges de vent, en utilisant un modèle S3D Barnhouse ci-dessous:

Pour cette étude de cas, les données de structure sont les suivantes:

Emplacement	Walwane, Maharashtra, Inde (18.945695°N, 74.564866°E)
Usage	Divers – Structure de la ferme
Terrain	Terrain plat ouvert
Dimensions	B = 4 m × L = 14 m en plan H = Hauteur d'avant-toit de 2.4 m Hauteur de l'apex en élévation. 3.4 m Pente du toit 1:2 (26.565°) Pas d'ouverture
Bardage	Pannes espacées de 0,745m Poteaux muraux espacés de 0,8 m

Utiliser le SI 875-3: 2015, la vitesse du vent de conception pour l'emplacement et la pression du vent de conception pour le bâtiment rectangulaire avec toit en pente peuvent être résolus à l'aide des équations ci-dessous:

Vitesse du vent de conception en hauteur z (en m/s): V_z = V_bk₁k₂k₃k₄ (1)

Où:
V_b est leVitesse du vent de base, SP
k₁ est le Facteur de probabilité (coefficient de risque) basé sur 6.3.1 du SI 875-3
k₂ est le Rugosité du terrain et facteur de hauteur basé sur 6.3.2 du SI 875-3
k₃ est le Facteur de topographie basé sur 6.3.3 du SI 875-3
k₄ est le Facteur d'importance pour la région cyclonique basée sur 6.3.4 du SI 875-3

Pression du vent de conception (en Pa): p_d = K_dK_aK_cp_z (2)

Où:
K_d est le Facteur de directivité du vent basé sur 7.2.1 du SI 875-3. Égal à 1.0 en considérant les coefficients de pression locaux.
K_a est le Facteur de moyenne de zone basé sur 7.2.2 du SI 875-3
K_c est le Facteur de combinaison basé sur 7.3.3.13 EST 875-3
p_z est égal à 0.60V_z² en Pa
Noter que p_d ne doit pas être pris moins de 0.70p_z

De la pression de conception p_d obtenu, la pression sera répartie sur les membres de la en utilisant:

Force du vent sur la surface ou les membres (auberge): F = (C_pe – C_pi)Ap_d (3)

Où:
A est la surface de l'élément structurel ou de l'unité de revêtement
C_pe est le coefficient de pression externe
C_pje est le coefficient de pression interne

Nous allons plonger dans les détails de chaque paramètre ci-dessous.

Vitesse du vent de base V_b

De la figure 1 du SI 875-3, l'emplacement du site est la situation de la carte où la vitesse du vent de base V_b est égal à 39 SP.

SkyCiv peut automatiser les calculs de la vitesse du vent en définissant simplement l'emplacement du site en Inde. Essayez notre Outil de calcul des charges de vent gratuit.

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Facteur de probabilité (Coefficient de risque) k₁

Table 1 du SI 875-3 présente les coefficients de risque pour différentes classes de structures dans différentes zones de vitesse du vent. Pour cette structure, puisqu'il s'agit d'une grange et servira à abriter quelques animaux d'élevage, la structure est classée sous “Bâtiments et structures présentant un faible degré de danger pour la vie et les biens en cas de défaillance, comme les tours isolées dans les zones boisées, bâtiments agricoles autres que les bâtiments résidentiels.” Donc, de la table 1 du SI 875-3, le correspondant facteur de probabilité (coefficient de risque) k₁ est égal à 0.92.

Rugosité du terrain et facteur de hauteur k₂

Pour cette structure, il est situé au centre d'une ferme où il n'y a pas d'obstacles immédiats. Donc, le terrain peut être classé comme Catégorie 1. Utilisation du tableau 2 du SI 875-3:2015, on peut obtenir k₂ en main (qui varie en fonction de la hauteur considérée):

la taille	k2
Hauteur de référence, H = 2.4 m	1.05

Facteur de topographie k₃

Afin de tenir compte des effets topographiques, nous devons obtenir les données d'altitude de l'emplacement pour les huit (8) les points cardinaux – N, S, W, E, NO, NE, SW, et SE – en utilisant l'API d'élévation de Google. Sur la base des données, on peut généralement supposer que le terrain est “Plat” pour toutes les directions. Donc, basé sur 6.3.3 du SI 875-3:2015, nous pouvons définir notre k₃ égal à 1.0.

Facteur d'importance k₄

Étant donné que l'emplacement du site n'est pas situé sur la côte est de l'Inde et que la structure ne sera utilisée qu'à des fins agricoles, la valeur de k₄ est égal à 1.0 basé sur 6.3.4 du SI 875-3:2015

Vitesse du vent de conception V_z

A partir des facteurs ci-dessus, nous pouvons déjà résoudre la vitesse du vent de conception V_z en utilisant l'équation (1):

Niveau	Vb SP	k1	k2	k3	k4	Vz SP
H = 2.4 m	39.0	0.92	1.05	1.0	1.0	37.674

De la vitesse du vent de conception, nous pouvons calculer la pression du vent de conception p_d.

Facteur de directionnalité du vent K_d

De 7.2.1 du SI 875-3:2015, l' Facteur de directionnalité du vent K_d est égal à 0.9 pour les cadres et en considérant les coefficients de pression locaux, sera égal à 1.0. Pour cet exemple, nous utiliserons K_d égal à 1.0 pour les pannes et les études de murs et pour K_d égal à 0.9 pour les colonnes et les fermes.

l'aire Facteur de moyenne K_a

le l'aire Facteur de moyenne K_a peut être calculé à l'aide du tableau 4 du SI 875-3:2015:

K_a = 1.0 pour une superficie inférieure ou égale à 10 m2.
K_a = 0.9 pour une aire égale à 25 m2.
K_a = 0.8 pour une superficie supérieure ou égale à 100 m2.

Noter que K_a peut être interpolé linéairement entre les valeurs. Pour cette structure, nous devons obtenir les zones tributaires des colonnes pour le vent (Zone A), côté sous le vent (Zone B), parois latérales (Zones C et D), et ferme pour le toit. De plus, nous considérerons également la zone tributaire des poteaux muraux et des pannes.

Composant	l'aire, m2.	Ka
Colonne	2.4×3.5 m = 8.4 m2.	1.0
Charpente	4×3.5 m (projection) = 14 m2.	0.97
Poteaux muraux	0.8×3.5 m = 2.8 m2.	1.0
Pannes	0.745×3.5 m = 2.608 m2.	1.0

Facteur de combinaison K_c

Puisque nous considérerons l'action simultanée des pressions des murs et du toit et des pressions internes, le supposé Facteur de combinaison K_c est égal à 0.9 comme référencé dans 7.3.3.13 du SI 875-3:2015.

Conception de la pression du vent, p_d

Utiliser l'équation (2), nous pouvons calculer la pression du vent de conception, p_d, Noter que p_z = 851.598 Pa et p_d ne doit pas être inférieur à 0.7p_z ou 596.119Pa.

Composant	Ka	Kd	Kc	pz	pd
Colonne	1.0	1.0	0.9	851.598	766.438
Charpente	0.97	1.0	0.9	851.598	743.445
Poteaux muraux	1.0	1.0	0.9	851.598	766.438
Pannes	1.0	1.0	0.9	851.598	766.438

A partir de ces données, nous devons calculer les coefficients de pression afin de répartir la pression de conception sur les composants.

Coefficients de pression interne C_pi

le coefficients de pression interne C_pi peut être déterminé à partir de 7.3.2 du SI 875-3:2015. Pour cette structure, il est supposé que l'ouverture totale sur le mur est inférieure à 5 pour cent de la surface totale du mur. Par conséquent, l' C_pi les valeurs de cet exemple sont +0.2 et -0.2.

Coefficients de pression externe C_pe

le Coefficients de pression externe C_pe dépendent de certains paramètres tels que la hauteur, width, longueur, angle de toit, et profil de toit.

Coefficients de pression externe du mur

Les coefficients de pression extérieure pour les murs dépendent de h/w et l/l rapport, où h est la hauteur de l'avant-toit, w est la plus petite dimension du bâtiment, et l est la plus grande dimension du bâtiment. Pour cet exemple, h = H, l = L, et w = B. Par conséquent, h/w = 0.6 et l/l = 3.5. De la table 5 du SI 875-3:2015, le correspondant C_pe les valeurs sont les suivantes:

Pour l'angle du vent = 0 degrés:

Zone/Surface	Cpe
Zone A – Mur au vent	+0.7
Zone B – Mur sous le vent	-0.3
Zone C – Flanc	-0.7
Zone D – Flanc	-0.7
Zone locale (0.25w du bord)	-1.1

Pour l'angle du vent = 90 degrés:

Zone/Surface	Cpe
Zone A – Mur au vent	-0.5
Zone B – Mur sous le vent	-0.5
Zone C – Flanc	+0.7
Zone D – Flanc	-0.1
Zone locale (0.25w du bord)	-1.1

Noter que w = 4 m.

Coefficients de pression externe du toit

Pour cette structure, puisque le profil du toit est à pignon ou à duopitch, les coefficients de pression extérieure du toit seront calculés sur la base du tableau 6 du SI 875-3:2015. Pour cet exemple depuis h/w = 0.6, et l'angle du toit est 26.565°, l' C_pe les valeurs seront interpolées en utilisant les valeurs suivantes:

Remarque: Y = 0,15w = 0.6m

Pour l'angle du vent = 0 degrés:

Angle de toit	Zone EF – Au vent	Zone GH – Côté sous le vent
20°	-0.7	-0.5
26.565°	-0.109	-0.5
30°	-0.2	-0.5

Pour l'angle du vent = 90 degrés:

Angle de toit	Zone EG – Vent de travers	Zone FH – Vent de travers
20°	-0.8	-0.6
26.565°	-0.8	-0.6
30°	-0.8	-0.6

Pour les pressions locales:

Angle de toit	Pignons	Zones de crête
20°	-1.5	-1.0
26.565°	-1.172	-1.0
30°	-1.0	-1.0

Les coefficients de pression finaux du toit seront:

Zone/Surface	Direction du vent – 0 degrés	Direction du vent – 90 degrés
Zone EF – Au vent	-0.109	–
Zone GH – Côté sous le vent	-0.5	–
Zone EG – Vent de travers	–	-0.8
Zone FH – Vent de travers	–	-0.6
Pignons	-1.172	-1.172
Zones de crête	-1.0	-1.0

Pressions internes et externes combinées

A partir des valeurs ci-dessus, la force du vent peut être calculée à l'aide de l'équation (3). Par contre, pour la simplicité, nous aurons juste la pression de conception (ne pas multiplier les valeurs par la zone A) et envisagera également la angle de direction du vent 0 degrés pour le cadre principal (colonne et ferme). L'espacement des cadres est égal à 3.5m. Noter que p_d = 766.438 Pa pour les poteaux de colonne et de mur.

Pour colonnes et poteaux muraux – 0 degrés:

Zone/Surface	Cpe	Cpi	Cpe–Cpi	p = pd(Cpe-Cpi) Pa	Pour la colonne px3,5m N / m	Pour les poteaux muraux px0.8m N / m
Zone A – Mur au vent	0.7	+0.2 -0.2	+0.5 +0.9	383.219 689.795	1341.267 2414.281	306.575 551.836
Zone B – Mur sous le vent	-0.3	+0.2 -0.2	-0.5 -0.1	-383.219 -76.644	-1341.267 -268.253	-306.575 -61.315
Zone locale (1m du bord)	-1.1	+0.2 -0.2	-1.3 -0.9	-996.370 -689.795	-3487.295 -2414.281	-797.096 -551.836

Les pressions sur les colonnes seront multipliées à 3,5 m afin d'obtenir une charge uniforme. De plus, pour les poteaux muraux, il sera multiplié par 0,8m. Notez qu'une pression positive signifie qu'elle agit vers la surface et négative agit à l'opposé de la surface (succion).

Pour fermes et pannes – 0 dégresser:

Zone/Surface	Cpe	Cpi	Cpe–Cpi	p = pd(Cpe-Cpi) Pa	Charpente px3,5m N / m	Pannes px0.745m N / m
Zone EF – Au vent	-0.109	+0.2 -0.2	-0.309 +0.091	-229.725 67.654	-804.036 236.787	-171.145 50.402
Zone GH – Sous le vent	-0.5	+0.2 -0.2	-0.7 -0.3	-520.412 -223.034	-1821.441 -780.617	-387.707 -166.160
Pignons	-1.172	+0.2 -0.2	-1.372 -0.972	-1051.553 -744.978	-3680.437 -2607.423	–
Zones de crête	-1.0	+0.2 -0.2	-1.2 -0.8	-919.726 -613.151	-3219.041 -2146.027	–

Les pressions sur la ferme seront multipliées à 3,5 m afin d'obtenir une charge uniforme. De plus, pour les poteaux muraux, il sera multiplié par 0,745m. Noter que p_d = 766.438 Pa pour les pannes et p_d = 743.445 Pa pour la ferme.

Considérant un cadre critique – l'espacement est de 3,5 m:

Pour p_d(C_pe – +C_pi):

Pour p_d(C_pe – -C_pi):

Pour la conception de poteaux muraux et de pannes, il vous suffit d'obtenir la pression maximale absolue agissant dessus et de l'utiliser comme base pour calculer les forces de conception. Pour ce cas, la charge de vent de conception sont: -797.096 N/m pour le montant du mur et -783.407N/m pour les pannes,

Ces calculs peuvent tous être effectués en utilisant Logiciel de générateur de charge de SkyCiv pour SI 875-3 et d'autres codes aussi. Les utilisateurs peuvent choisir un emplacement de site pour obtenir les vitesses du vent et les facteurs topographiques, entrer les paramètres du bâtiment et générer les pressions de vent. Essayez notre Outil de calcul des charges de vent gratuit pour les calculs de vitesse et de pression du vent sur les structures à pignon.

Calculateur de charge de vent Skyciv

Références:

• Charges de conception (Autre que le tremblement de terre) pour les bâtiments et les structures — Code de pratique (Partie 3 Charges de vent éd.). (2015). Bureau des normes indiennes.