Una guida dettagliata su come calcolare i carichi di neve sul tetto per ASCE 7-10
L'effetto dei carichi di neve su una struttura può avere conseguenze disastrose se non viene preso in considerazione durante il periodo di progettazione. Procedure e linee guida stabilite da ASCE in ASCE 7-10 dare all'ingegnere strutturista indicazioni su quali sono questi carichi a seconda della propria posizione negli Stati Uniti, e come applicarli.
Tutte le sezioni e le figure mostrate o citate provengono da ASCE 7-10.
SkyCiv Structural 3D (S3D) offre agli utenti la possibilità di caricare le proprie strutture in modo semplice ed efficiente per soddisfare i requisiti di progettazione. In questa sezione, illustreremo come calcolare i carichi di neve e applicarli alla vostra struttura, come guidato da ASCE 7-10.
Noi useremo Madison, Wisconsin come la nostra posizione di esempio negli Stati Uniti per facilitare la procedura dettagliata dei calcoli.
Prima di poter applicare eventuali carichi di neve alla nostra struttura, abbiamo bisogno di conoscere il carico di neve al suolo nella nostra posizione, che può essere trovato usando la figura 7.1 da ASCE 7-10. Nel nostro caso, il carico di neve al suolo è 30 PSF.
figura 1: Ubicazione del progetto di esempio a Madison, Wisconsin sulla figura 7.1 in ASCE 7-10
In alcuni casi speciali, Sono necessari studi di casi specifici per sito per determinare i carichi di neve al suolo e quindi non possono essere trovati direttamente sulla mappa fornita. Vedi la sezione 7.2 per maggiori informazioni.
Anche, puoi trovare direttamente il carico di neve al suolo per la tua posizione online Pericoli per posizione attrezzo, fornito da ATC.
Carichi di neve sul tetto piano, \({p}_{f}\)
Il carico di neve che viene applicato alla nostra struttura non è il carico di neve al suolo, ma nella maggior parte dei casi, il carico di neve sul tetto piano. Altre considerazioni per i tetti inclinati possono essere trovate in tutto il capitolo 7 dell'ASCE 7-10. Nel nostro caso, supponiamo che la nostra struttura abbia un tetto piano (pendenza del tetto ≤ 5 °).
Il carico di neve sul tetto piano viene calcolato utilizzando la formula 7.3-1:
\({p}_{f} = 0.7{C}_{e}{C}_{t}{I}_{S}{p}_{g}\)
Dove:
\({C}_{e}\) = Fattore di esposizione
\({C}_{t}\) = Fattore termico
\({I}_{S}\) = Fattore di importanza
\({p}_{g}\) = Carico di neve al suolo
Fattore di esposizione, \({C}_{e}\)
Il fattore di esposizione è determinato utilizzando la tabella 7-2 in ASCE 7-10. Nel nostro caso, la categoria esposizione / terreno per la maggior parte di Madison, Il Wisconsin è di categoria B; supporremo che il tetto sia parzialmente a vista. Pertanto, il nostro fattore di esposizione è 0.9.
figura 2: tavolo 7-2 da ASCE 7-10 con il nostro caso di esempio evidenziato
Fattore di temperatura, \({C}_{t}\)
Il fattore di temperatura è determinato dalla tabella 7-3 in ASCE 7-10. Nella maggior parte dei casi, il fattore di temperatura è uguale a 1.0, che è ciò che supporremo per il nostro caso. Altri casi possono essere trovati di seguito:
figura 3: tavolo 7-3 da ASCE 7-10 con il nostro caso di esempio evidenziato
Fattore di importanza della neve, \({I}_{S}\)
Il fattore di importanza è qualcosa che non è solo esclusivo dei calcoli del carico di neve, ci sono anche fattori di importanza del ghiaccio e sismica. Per trovare il fattore di importanza della neve per la tua struttura, trovare prima la categoria di rischio dalla tabella 1.5-1. Nel nostro caso, assumeremo che la categoria di rischio sia la categoria di rischio II, il più comune. Successivamente, vai alla tabella 1.5-2 per trovare il fattore di importanza. Per questo esercizio, il fattore di importanza della neve è 1.00.
figura 4: tavolo 1.5-2 da ASCE 7-10 con il nostro caso di esempio evidenziato
Usando l'equazione 7.3-1, ora possiamo calcolare il carico di neve sul tetto piano per la nostra posizione di esempio:
\({p}_{f} = 0.7{C}_{e}{C}_{t}{I}_{S}{p}_{g}\)
\({p}_{f} = 0.7*(1.0)*(1.0)*(1.0)*(30 lb / ft ^ 2)\)
\({p}_{f} = 21 lb / ft ^ 2 )
Nel nostro caso, questo è il nostro inatteso, equilibrato progettare il carico di neve che verrà applicato alla struttura. Il carico di neve bilanciato viene applicato ovunque si trovi la struttura del tetto. Ciò include sporgenze e più livelli di tetto.
Se il tetto della nostra struttura dovesse essere inclinato, ci sono disposizioni aggiuntive per trovare il carico neve di progetto. Esploreremo questi di seguito:
Carichi di neve sul tetto inclinato, \({I}_{S}\)
Quando la pendenza del tetto è maggiore di 5 °, il tetto è considerato inclinato. Si presume che i carichi di neve del tetto inclinato agiscano sulla proiezione orizzontale della superficie.
Il carico di neve del tetto inclinato viene calcolato utilizzando l'equazione 7.4-1:
\({p}_{S} = {C}_{S}{p}_{f}\)
Dove:
\({C}_{S}\) = Fattore di pendenza del tetto
\({p}_{f}\) = Carico da neve sul tetto piano
Fattore di pendenza del tetto, \({C}_{S}\)
Il fattore di pendenza del tetto dipende da varie proprietà del tetto, inclusa la temperatura, forma e materiale. Il fattore di pendenza del tetto può essere determinato tramite le sezioni 7.4.1 attraverso 7.4.4 dell'ASCE 7-10 e può essere conosciuto come:
Fattore di pendenza del tetto caldo
Fattore di pendenza del tetto freddo
Fattore di pendenza del tetto per tetti curvi
Fattore di pendenza del tetto per più piastre piegate, dente di sega, e tetti a volta a botte.
Carico di neve sul tetto piano, \({p}_{f}\)
Questo è il carico di neve calcolato nella sezione precedente. Se la tua struttura ha un tetto inclinato o piano, è ancora necessario calcolare il carico di neve sul tetto piano.
Dopo aver ottenuto il fattore di pendenza del tetto da quelle sezioni in ASCE 7-10, il equilibrato Il carico di neve di progetto per il tetto inclinato può essere facilmente calcolato utilizzando l'equazione 7.4-1. Il carico di neve bilanciato viene applicato ovunque si trovi la struttura del tetto. Ciò include sporgenze e più livelli di tetto.
Parziale, Caricamento sbilanciato e alla deriva
Oltre al carico di neve equilibrato, si applicano determinati scenari di carico che devono essere presi in considerazione anche quando si progetta per carichi di neve su una struttura.
È responsabilità dell'ingegnere strutturale garantire che tutti i casi di carico e le possibili combinazioni possibili per una struttura siano applicati e analizzati correttamente?. Assicurati di leggere attentamente le ultime sezioni del capitolo 7 – sezioni 7.5 – 7.12 – dell'ASCE 7-10 per trovare eventuali aggiunte o condizioni di carico applicabili oltre alla condizione di carico neve equilibrato.
Caricamento parziale
Il carico parziale deve essere applicato per i sistemi di travi continue in conformità con la sezione 7.5-1. Devono essere applicati tre casi separati, questi casi sono illustrati in figura 7-4. In alcuni casi, gli effetti maggiori su un membro si riscontrano quando viene applicato solo metà del carico di neve bilanciato. Vedi la sezione 7.5 per maggiori informazioni.
Carichi di neve sbilanciati
A causa della variabilità di forme e geometrie dei tetti, e la loro interazione con differenti direzioni del vento, i carichi di neve sbilanciati possono differire notevolmente. Sono presenti diverse disposizioni di carico sbilanciato per i tetti a padiglione e a due falde, tetti curvi, tetti a dente di sega, e tetti a cupola.
Questi carichi di neve sbilanciati vengono analizzati separatamente dal caso di carico di neve bilanciato, e quindi, non sono additivi. Vedi la sezione 7.6 per maggiori informazioni.
Cumuli di neve
I progetti del tetto di solito presentano moltitudini di elevazioni del tetto e raramente offrono una sola altezza del tetto. A causa di ciò, ci sono zone del tetto più alte e più basse l'una dell'altra e sono soggette a cumuli di neve. La neve può essere soffiata dal lato basso del tetto verso il lato alto, oppure viene soffiato via dall'area superiore del tetto sul lato sporgente inferiore. La quantità di carico di neve aggiuntivo, o supplemento, dipende dal dislivello dei due tetti adiacenti e dalle lunghezze del tetto perpendicolari al dislivello. Vedi la sezione 7.7 e 7.8 per maggiori informazioni.
Riferimenti:
- Carichi minimi di progettazione per edifici e altre strutture. (2013). ASCE/SEI 7-10. American Society of Civil Engineers.
