Un esempio di ASCE 7-16 calcoli del carico del vento (procedura direzionale) per un edificio a forma di L.
In questo articolo, un esempio di calcolo della pressione del carico del vento per un edificio a forma di L a Cordova, Verrà mostrato il Tennessee. Questo calcolo sarà in conformità con ASCE 7-16 calcoli del carico del vento (procedura direzionale).
Per questo caso di studio, i dati della struttura sono i seguenti:
| Posizione | Cordova, Memphis, Tennessee Dislivello + 110,0 m |
| occupazione | miscellaneo – Struttura delle piante |
| Terreno | Terreno agricolo pianeggiante |
| Dimensioni | 28m (12larghezza m) x 24m (8larghezza m) in piano Altezza Eave di 5 m Altezza dell'apice a elev. 8 m Pendenza del tetto: 1:2 per il telaio principale (26.57°) 3:4 per estensione (36.87°) Con apertura |
Un calcolo simile per una costruzione di un tetto a due falde utilizzando ASCE 7-10 (unità imperiali) è referenziato in questo esempio ed è possibile accedervi usando questo collegamento. La formula per determinare la pressione del vento di progetto è:
Per edifici chiusi e parzialmente chiusi:
\(p = qG{C}_{p} -{q}_{io}({GC}_{pi})\) (1)
Per edifici aperti:
\(p = q{sol}_{f}{C}_{p} -{q}({GC}_{pi})\) (2)
Dove:
\(G ) = fattore di effetto raffica
\({C}_{p}\) = coefficiente di pressione esterna
\(({GC}_{pi})\)= coefficiente di pressione interna
\(q ) = pressione di velocità, in Pa, dato dalla formula:
\(q = 0.613{K}_{z}{K}_{zt}{K}_{d}V ^ 2 ) (3)
\(q ) = \({q}_{h}\) per muri sottovento, pareti laterali, e tetti,valutato all'altezza media del tetto, \(h )
\(q ) = \({q}_{z}\) per pareti sopravento, valutato in altezza, \(z)
\({q}_{io}\) = \({q}_{h}\) per pressione interna negativa, \((-{GC}_{pi})\) valutazione e \({q}_{z}\) per una valutazione positiva della pressione interna \((+{GC}_{pi})\) di edifici parzialmente chiusi ma può essere considerato come \({q}_{h}\) per valore conservativo.
\({K}_{z}\) = coefficiente di pressione della velocità
\({K}_{zt}\)= fattore topografico
\({K}_{d}\)= fattore di direzionalità del vento
\(V ) = velocità del vento di base in m / s
Categoria di rischio
La prima cosa nel determinare le pressioni del vento di progetto è classificare la categoria di rischio della struttura, che si basa sull'uso o sull'occupazione della struttura. Poiché questo esempio è una struttura vegetale, la struttura è classificata come Categoria di rischio IV. Vedere tavolo 1.5-1 dell'ASCE 7-16 per ulteriori informazioni sulla classificazione delle categorie di rischio.
Velocità del vento di base, \(V )
In ASCE 7-16, i dati sulla velocità del vento possono essere ottenuti da Figure 26.5-1 per 26.5-2. A partire dal Figura 26.5-1A, Cordova, Memphis, Il Tennessee è vicino al punto rosso mostrato in Figura 3 sotto, e successivamente, il velocità del vento di base, \(V ), è 52 SM. Tieni presente che i valori devono essere interpolati tra i contorni del vento noti.
SkyCiv può automatizzare i calcoli della velocità del vento utilizzando solo pochi parametri. Prova il nostro Strumento vento gratuito SkyCiv.
Categoria di esposizione
Vedere Sezione 26.7 dell'ASCE 7-16 espone in dettaglio la procedura per determinare la categoria di esposizione.
A seconda della direzione del vento selezionata, l'esposizione della struttura è determinata dal settore controvento di 45 °. L'esposizione da adottare dovrebbe essere quella che produrrà il massimo carico del vento da detta direzione. La descrizione di ciascuna classificazione di esposizione è dettagliata nella Sezione 26.7.2 e 26.7.3 dell'ASCE 7-16.
Per il nostro esempio, poiché la posizione della struttura si trova in un terreno agricolo a Cordova, Memphis, Tennessee, senza edifici più alti di 30 ft, pertanto l'area è classificata come Esposizione C. Uno strumento utile per determinare la categoria di esposizione è visualizzare il tuo potenziale sito attraverso un'immagine satellitare (Google Maps per esempio).
Fattore di direzionalità del vento, \({K}_{d}\)
I fattori di direzionalità del vento, \({K}_{d}\), per la nostra struttura sono entrambi uguali a 0.85 poiché l'edificio è il principale sistema di resistenza alla forza del vento e ha anche componenti e rivestimenti attaccati alla struttura. Questo è mostrato in tavolo 26.6-1 dell'ASCE 7-16.
Fattore topografico, \({K}_{zt}\)
Poiché la posizione della struttura è in un terreno agricolo pianeggiante, possiamo supporre che il fattore topografico, \({K}_{zt}\), è 1.0. Altrimenti, il fattore può essere risolto usando figura 26.8-1 dell'ASCE 7-16. Per determinare se sono necessari ulteriori calcoli del fattore topografico, vedere Sezione 26.8.1, se il tuo sito non soddisfa tutte le condizioni elencate, quindi il fattore topografico può essere preso come 1.0.
Nota: I fattori topografici possono essere calcolati automaticamente utilizzando Software SkyCiv Wind Design. Per ulteriori informazioni sul calcolo del fattore topografico, verificare questo articolo.
Fattore di elevazione del suolo, \({K}_{e}\)
Il fattore di elevazione del suolo, \({K}_{e}\), viene introdotto in ASCE 7-16 considerare la variazione della densità dell'aria basata sull'elevazione del suolo rispetto al livello medio del mare. Questo fattore può essere calcolato utilizzando:
\( {K}_{e} = {e}^{-0.000119{z}_{g}}\) (4)
Dove:
\({z}_{g}\) è l'elevazione del suolo sopra il livello medio del mare in metri
Quindi, per questo caso di studio, poiché l'elevazione del suolo è + 110,0 m, \({K}_{e}\) è uguale a 0.987.
Coefficiente di pressione di velocità, \({K}_{z}\)
Il coefficiente di pressione della velocità, \({K}_{z}\), può essere calcolato utilizzando la tabella 26.10-1 dell'ASCE 7-16. Questo parametro dipende dall'altezza dal livello del suolo del punto in cui viene considerata la pressione del vento, e la categoria di esposizione. Inoltre, i valori mostrati nella tabella si basano sulla seguente formula:
Per 4.6 m < \({z}\) < \({z}_{g}\): \({K}_{z} = 2.01(con/{z}_{g})^{2/un'}\) (5)
Per \({z}\) < 4.6 m: \({K}_{z} = 2.01(4.6/{z}_{g})^{2/un'}\) (6)
Dove:
| Esposizione | un' | \({z}_{g}\)(m) |
| Esposizione B | 7.0 | 365.76 |
| Esposizione C | 9.5 | 274.32 |
| Esposizione D | 11.5 | 213.36 |
Generalmente, coefficienti di pressione della velocità all'altezza media del tetto, \({K}_{h}\), e ad ogni livello del piano, \({K}_{giorno}\), sono i valori di cui avremmo bisogno per risolvere le pressioni del vento progettuali. Per questo esempio, poiché la pressione del vento sul lato sopravento è di natura parabolica, possiamo semplificare questo carico supponendo che venga applicata una pressione uniforme sulle pareti tra i livelli del pavimento. Possiamo semplificare la pressione al vento e dividerla in 2 livelli, all'altezza della grondaia (+5.0m), e all'altezza media del tetto (+6.5m). Inoltre, un' = 9.5 e \({z}_{g}\) è uguale a 274.32 m poiché l'ubicazione della struttura è classificata come Esposizione C.
| Elevazione (m) | \( {K}_{z} \) |
| 5 (altezza di gronda) | 0.865 |
| 6.5 (altezza media del tetto) | 0.914 |
Pressione di velocità, \( q \)
Dall'equazione (3), possiamo risolvere per la pressione della velocità, \( q \) in Pa, ad ogni elevazione considerata.
| Elevazione, m | \( {K}_{z} \) | \( {K}_{zt} \) | \( {K}_{d} \) | \( {K}_{e} \) | \( V \), SM | \( q \), Bene |
| 5 (altezza di gronda) | 0.865 | 1.0 | 0.85 | 0.987 | 52 | 1202.87 |
| 6.5 (altezza media del tetto) | 0.914 | 1.0 | 0.85 | 0.987 | 52 | \( {q}_{h} \) = 1271.01 |
Gust Effect Factor, \( sol \)
Il fattore dell'effetto raffica, \( sol \), è impostato per 0.85 poiché la struttura è considerata rigida (Sezione 26.11 dell'ASCE 7-16).
Classificazione del contenitore e coefficiente di pressione interna, \( ({GC}_{pi}) \)
Si presume che la struttura dell'impianto abbia aperture che soddisfano la definizione di a edificio parzialmente recintato pollici Sezione 26.2 dell'ASCE 7-16. così, il coefficiente di pressione interna, \( ({GC}_{pi}) \), deve essere +0.55 e -0.55 in base a tavolo 26.13-1 dell'ASCE 7-16. Pertanto:
\(+{p}_{io} = {q}_{io}(+sol{C}_{pi}) \) = (1271.01)(+0.55) = 699.06 Bene
\(-{p}_{io} = {q}_{io}(-sol{C}_{pi}) \) = (1271.01)(-0.55) = -699.06 Bene
Coefficiente di pressione esterno, \({C}_{p}\)
Per edifici chiusi e parzialmente chiusi, il coefficiente di pressione esterna, \({C}_{p}\), viene calcolato utilizzando le informazioni fornite in figura 27.4-1 attraverso figura 27.4-3. Per un edificio parzialmente chiuso con tetto a due falde, uso figura 27.4-1. I coefficienti di pressione esterna per le pareti e il tetto sono calcolati separatamente utilizzando i parametri dell'edificio L, B e h, che sono definiti nella Nota 7 di figura 27.4-1.
Per questo esempio, poiché la struttura è asimmetrica, verranno prese in considerazione quattro direzioni del vento: Due (2) per la direzione del vento parallela al lato 24m, e due (2) per la direzione del vento parallela al lato di 28 m.
Per la direzione del vento parallela al lato di 24 m
così, dobbiamo calcolare L / B e h / L:
Altezza media del tetto, h = 6.5 m
Lunghezza dell'edificio, L = 24 m
Larghezza dell'edificio, B = 28 m
L / B = 0.857
h / L = 0.271
h / B = 0.232
Coefficienti di pressione a parete, \({C}_{p}\), e pressione esterna, \({p}_{e}\)
.Per pareti, i coefficienti di pressione esterna sono calcolati dalla figura 27.3-1 dell'ASCE 7-16 dove \({q}_{h}\) = 1271.011 Bene e \( sol \) = 0.85.
| Superficie | h, m | Coefficienti di pressione a parete, \({C}_{p}\) | \({p}_{e}\), Bene |
| Parete sopravento | 5.0 | 0.8 | 817.953 |
| 6.5 | 0.8 | 864.288 | |
| Muro sottovento | 6.5 | -0.5 | -540.180 |
| Pareti laterali | 6.5 | -0.7 | -756.252 |
Coefficienti di pressione del tetto, \({C}_{p}\), e pressione esterna, \({p}_{e}\)
Per tetto, i coefficienti di pressione esterna sono calcolati dalla figura 27.3-1 dell'ASCE 7-16 dove \({q}_{h}\) = 1271.011 Bene. Nota che per questa direzione del vento, pressioni sopravento e sottovento (superfici del tetto 1 e 2) vengono calcolati utilizzando θ = 36,87 ° e θ = 0 ° per le superfici del tetto 3 e 4.
| Superficie | Posizione | Coefficienti di pressione del tetto, \({C}_{p}\) | \({p}_{e}\), Bene |
| Tetto sopravento | – | 0.4 | 432.144 |
| Tetto sottovento | – | -0.6 | -648.216 |
| Parallela al vento (lungo il crinale) | 0 a h dal bordo | -0.9 -0.18 |
-972.324 -194.465 |
| ha 2 ore dal bordo | -0.5 -0.18 |
-540.180 -194.465 |
|
| > 2h dal bordo | -0.3 -0.18 |
-324.108 -194.465 |
Pertanto, combinando \({p}_{e}\) e \({p}_{io}\), le pressioni di progetto corrispondenti possono essere ottenute:
| genere | Superficie | Elevazione / posizione, m | \({p}_{e}\), Bene | \({p}_{e}\) – +\({p}_{io}\), Bene | \({p}_{e}\) – -\({p}_{io}\), Bene |
| Pareti | Parete sopravento | 5.0 | 817.953 | 118.897 | 1517.009 |
| 6.5 | 864.288 | 165.231 | 1563.344 | ||
| Muro sottovento | – | -540.180 | -1239.236 | 158.876 | |
| Pareti laterali | – | -756.252 | -1455.308 | -57.196 | |
| Tetto | sopravvento | – | 432.144 | -266.912 | 1131.200 |
| Sottovento | – | -648.216 | -1347.272 | 50.840 | |
| Piatto (lungo la cresta) | 0 alle h | -972.324 -194.465 |
-1671.380 -893.521 |
-273.267 504.592 |
|
| dalle ore alle 2 ore | -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 |
Per la direzione del vento parallela al lato di 28 m
così, dobbiamo calcolare L / B e h / L:
Altezza media del tetto, h = 6.5 m
Lunghezza dell'edificio, L = 28 m
Larghezza dell'edificio, B = 24 m
L / B = 0.857
h / L = 0.232
h / B = 0.271
Coefficienti di pressione a parete, \({C}_{p}\), e pressione esterna, \({p}_{e}\)
.Per pressione a parete di design, i coefficienti di pressione esterna sono calcolati dalla figura 27.3-1 dell'ASCE 7-16 dove \({q}_{h}\) = 1271.011 Bene e \( sol \) = 0.85.
| Superficie | h, m | Coefficienti di pressione a parete, \({C}_{p}\) | \({p}_{e}\), Bene |
| Parete sopravento | 5.0 | 0.8 | 817.953 |
| 6.5 | 0.8 | 864.288 | |
| Muro sottovento | 6.5 | -0.467 | -504.528 |
| Pareti laterali | 6.5 | -0.7 | -756.252 |
Coefficienti di pressione del tetto, \({C}_{p}\), e pressione esterna, \({p}_{e}\)
Per tetto, i coefficienti di pressione esterna sono calcolati dalla figura 27.3-1 dell'ASCE 7-16 dove \({q}_{h}\) = 1271.011 Bene. Nota che per questa direzione del vento, pressioni sopravento e sottovento (superfici del tetto 3 e 4) vengono calcolati utilizzando θ = 26,57 ° e θ = 0 ° per le superfici del tetto 1 e 2.
| Superficie | Posizione | Coefficienti di pressione del tetto, \({C}_{p}\) | \({p}_{e}\), Bene |
| Tetto sopravento | – | -0.2 0.3 |
-216.072 324.108 |
| Tetto sottovento | – | -0.6 | -648.216 |
| Parallela al vento (lungo il crinale) | 0 a h dal bordo | -0.9 -0.18 |
-972.324 -194.465 |
| ha 2 ore dal bordo | -0.5 -0.18 |
-540.180 -194.465 |
|
| > 2h dal bordo | -0.3 -0.18 |
-324.108 -194.465 |
Pertanto, combinando \({p}_{e}\) e \({p}_{io}\), le pressioni di progetto corrispondenti possono essere ottenute:
| genere | Superficie | Elevazione / posizione, m | \({p}_{e}\), Bene | \({p}_{e}\) – +\({p}_{io}\), Bene | \({p}_{e}\) – -\({p}_{io}\), Bene |
| Pareti | Parete sopravento | 5.0 | 817.953 | 118.897 | 1517.009 |
| 6.5 | 864.288 | 165.231 | 1563.344 | ||
| Muro sottovento | – | -504.528 | -1203.584 | 194.528 | |
| Pareti laterali | – | -756.252 | -1455.308 | -57.196 | |
| Tetto | sopravvento | – | -216.072 324.108 |
-915.128 -374.948 |
482.984 1023.164 |
| Sottovento | – | -648.216 | -1347.272 | 50.840 | |
| Piatto (lungo la cresta) | 0 alle h | -972.324 -194.465 |
-1671.380 -893.521 |
-273.267 504.592 |
|
| dalle ore alle 2 ore | -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 |
Ingegnere strutturale, Sviluppo del prodotto
MS Ingegneria Civile
Riferimenti:
- Coulbourne, W. L., & Stafford, T. E. (2020, aprile). Carichi del vento: Guida alle disposizioni sul carico del vento di ASCE 7-16. American Society of Civil Engineers.
- American Society of Civil Engineers. (2017, giugno). Carichi minimi di progetto e criteri associati per edifici e altre strutture. American Society of Civil Engineers.
