Un esempio pienamente funzionante di IS 875-3 calcoli del carico del vento

In questo articolo, un esempio di calcolo della pressione del carico del vento per un edificio a Walwane, Maharashtra, India (18.945695° N, 74.564866° E) sarà mostrato. Questo calcolo sarà in accordo con IS 875-3:2015 calcoli del carico del vento. SkyCivcalcolatore di carico del vento gratuito recentemente aggiunto l'IS 875-3 calcoli del carico del vento, quindi, dimostreremo come calcolare i carichi del vento, utilizzando un modello Barnhouse S3D di seguito:

Per questo caso di studio, i dati della struttura sono i seguenti:

Posizione	Walwane, Maharashtra, India (18.945695° N, 74.564866° E)
occupazione	Varie – Fattoria
Terreno	Terreno aperto pianeggiante
Dimensioni	B = 4 m × L = 14 m in piano H = Altezza Eave di 2.4 m Altezza dell'apice a elev. 3.4 m Pendenza del tetto 1:2 (26.565°) Nessuna apertura
rivestimento	arcarecci distanziati a 0,745 m Borchie a parete distanziate di 0,8 m

Utilizzo dell'IS 875-3: 2015, la velocità del vento di progetto per la posizione e la pressione del vento di progetto per l'edificio rettangolare con tetto a falde possono essere risolte usando le equazioni seguenti:

Velocità del vento di progetto in altezza z (in m/s): V _z = V_bK₁K₂K₃K₄ (1)

Dove:
V _b è ilVelocità del vento di base, SM
K₁ è il Fattore di probabilità (coefficiente di rischio) in base a 6.3.1 di IS 875-3
K₂ è il Rugosità del terreno e fattore di altezza in base a 6.3.2 di IS 875-3
K₃ è il Fattore topografia in base a 6.3.3 di IS 875-3
K₄ è il Fattore di importanza per la regione ciclonica basata su 6.3.4 di IS 875-3

Pressione del vento di progetto (in Pa): p_d = K_dK_{un carico}K_cp_z (2)

Dove:
K_d è il Fattore di direzionalità del vento in base a 7.2.1 di IS 875-3. Uguale a 1.0 quando si considerano i coefficienti di pressione locali.
K_{un carico} è il Fattore di media dell'area in base a 7.2.2 di IS 875-3
K_c è il Fattore di combinazione in base a 7.3.3.13 È 875-3
p_z è uguale a 0.60V _z² in Pa
Nota che p_d non dovrebbe essere preso meno di 0.70p_z

Dalla pressione di progettazione p_d ottenuto, la pressione sarà distribuita ai membri del utilizzando:

Forza del vento sulla superficie o sui membri (Locanda): F = (C_sopra – C_pi)Ap_d (3)

Dove:
A è la superficie dell'elemento strutturale o dell'unità di rivestimento
C_sopra è il coefficiente di pressione esterna
C_pio è il coefficiente di pressione interna

Ci immergeremo in profondità nei dettagli di ciascun parametro di seguito.

Velocità del vento di base V _b

Dalla figura 1 di IS 875-3, la posizione del sito è la situazione della mappa in cui la velocità del vento di base V _b è uguale a 39 SM.

SkyCiv può automatizzare i calcoli della velocità del vento semplicemente definendo la posizione del sito in India. Prova il nostro Strumento vento gratuito SkyCiv.

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Fattore di probabilità (Coefficiente di rischio) K₁

tavolo 1 di IS 875-3 presenta i coefficienti di rischio per diverse classi di strutture in diverse zone di velocità del vento. Per questa struttura, poiché è un fienile e verrà utilizzato per ospitare alcuni animali da allevamento, la struttura è classificata sotto “Edifici e strutture che presentano un basso grado di pericolo per la vita e la proprietà in caso di guasto, come torri isolate in aree boschive, fabbricati agricoli diversi dagli edifici residenziali.” Quindi, dalla tabella 1 di IS 875-3, il corrispondente fattore di probabilità (coefficiente di rischio) K₁ è uguale a 0.92.

Rugosità del terreno e fattore di altezza K₂

Per questa struttura, si trova al centro di una fattoria dove non ci sono ostacoli immediati. Quindi, il terreno può essere classificato come Categoria 1. Utilizzo della tabella 2 di IS 875-3:2015, possiamo ottenere K₂ valori (che varia a seconda dell'altezza considerata):

Altezza	K2
Altezza di riferimento, H = 2.4 m	1.05

Fattore topografia K₃

Per tenere conto degli effetti topografici, dobbiamo ottenere i dati di elevazione della posizione per l'otto (8) Direzioni cardinali – N, S, W, E, NO, NATO, SW, e SE – utilizzando l'API di elevazione di Google. Sulla base dei dati, possiamo generalmente supporre che il terreno sia “Piatto” per tutte le direzioni. Quindi, in base a 6.3.3 di IS 875-3:2015, possiamo impostare il nostro K₃ uguale a 1.0.

Fattore di importanza K₄

Poiché la posizione del sito non si trova all'interno della costa orientale dell'India e la struttura sarà utilizzata solo per scopi agricoli, il valore di K₄ è uguale a 1.0 in base a 6.3.4 di IS 875-3:2015

Velocità del vento di progetto V _z

Dai fattori di cui sopra, possiamo già risolvere la velocità del vento di progetto V _z utilizzando l'equazione (1):

Livello	V b SM	K1	K2	K3	K4	V z SM
H = 2.4 m	39.0	0.92	1.05	1.0	1.0	37.674

Dalla velocità del vento di progetto, possiamo calcolare la pressione del vento di progetto p_d.

Fattore di direzionalità del vento K_d

A partire dal 7.2.1 di IS 875-3:2015, il Fattore di direzionalità del vento K_d è uguale a 0.9 per i telai e considerando i coefficienti di pressione locali, sarà uguale a 1.0. Per questo esempio, noi useremo K_d uguale a 1.0 per arcarecci e studi parete e per K_d uguale a 0.9 per le colonne e le capriate.

l'Area Fattore medio K_{un carico}

La l'Area Fattore medio K_{un carico} può essere calcolato utilizzando la tabella 4 di IS 875-3:2015:

K_{un carico} = 1.0 per area minore o uguale a 10 mq.
K_{un carico} = 0.9 per area pari a 25 mq.
K_{un carico} = 0.8 per area maggiore o uguale a 100 mq.

Nota che K_{un carico} può essere interpolato linearmente tra i valori. Per questa struttura, dobbiamo ottenere le aree tributarie delle colonne per sopravvento (Zona A), di sottovento (Zona B), pareti laterali (Zona C e D), e capriate per il tetto. Inoltre, considereremo anche l'area tributaria delle borchie e degli arcarecci.

Componente	l'Area, mq.	Kun carico
Colonna	2.4×3.5 m = 8.4 mq.	1.0
travatura	4×3.5 m (proiezione) = 14 mq.	0.97
Borchie da parete	0.8×3.5 m = 2.8 mq.	1.0
purlins	0.745×3.5 m = 2.608 mq.	1.0

Fattore di combinazione K_c

Poiché considereremo l'azione simultanea delle pressioni del muro e del tetto e delle pressioni interne, il presunto Fattore di combinazione K_c è uguale a 0.9 come indicato in 7.3.3.13 di IS 875-3:2015.

Progettare la pressione del vento, p_d

Usando l'equazione (2), possiamo calcolare la pressione del vento di progetto, p_d, Nota che p_z = 851.598 Bene e p_d non dovrebbe essere inferiore a 0.7p_z o 596.119Bene.

Componente	Kun carico	Kd	Kc	pz	pd
Colonna	1.0	1.0	0.9	851.598	766.438
travatura	0.97	1.0	0.9	851.598	743.445
Borchie da parete	1.0	1.0	0.9	851.598	766.438
purlins	1.0	1.0	0.9	851.598	766.438

Da questi dati, dobbiamo calcolare i coefficienti di pressione per distribuire la pressione di progetto ai componenti.

Coefficienti di pressione interna C_pi

La coefficienti di pressione interna C_pi può essere determinato da 7.3.2 di IS 875-3:2015. Per questa struttura, si assume che l'apertura totale sulla parete sia inferiore a 5 percento della superficie totale della parete wall. Pertanto, il C_pi i valori per questo esempio sono +0.2 e -0.2.

Coefficienti di pressione esterna C_sopra

La Coefficienti di pressione esterna C_sopra dipendono da alcuni parametri come l'altezza, larghezza, lunghezza, angolo del tetto, e profilo del tetto.

Coefficienti di pressione esterna della parete

I coefficienti di pressione esterna per le pareti dipendono da h/w e l/w rapporto, dove h è l'altezza della grondaia?, w è la dimensione minima dell'edificio, e l è la dimensione maggiore dell'edificio. Per questo esempio, h = H, l = L, e w = B. Pertanto, h/w = 0.6 e l/p = 3.5. Dalla tabella 5 di IS 875-3:2015, il corrispondente C_sopra i valori sono i seguenti:

Per l'angolo del vento = 0 gradi:

Zona/Superficie	Csopra
Zona A – Parete sopravento	+0.7
Zona B – Muro sottovento	-0.3
Zona C – Sidewall	-0.7
Zona D – Sidewall	-0.7
Zona locale (0.25w dal bordo)	-1.1

Per l'angolo del vento = 90 gradi:

Zona/Superficie	Csopra
Zona A – Parete sopravento	-0.5
Zona B – Muro sottovento	-0.5
Zona C – Sidewall	+0.7
Zona D – Sidewall	-0.1
Zona locale (0.25w dal bordo)	-1.1

Nota che w = 4 m.

Coefficienti di pressione esterna del tetto

Per questa struttura, poiché il profilo del tetto è a due falde o a due falde, i coefficienti di pressione esterna del tetto saranno calcolati in base alla Tabella 6 di IS 875-3:2015. Per questo esempio poiché h/w = 0.6, e l'angolo del tetto è 26.565°, il C_sopra i valori verranno interpolati utilizzando i seguenti valori:

Nota: y = 0,15 w = 0.6m

Per l'angolo del vento = 0 gradi:

Angolo del tetto	Zona EF – sopravvento	Zona GH – Sottovento
20°	-0.7	-0.5
26.565°	-0.109	-0.5
30°	-0.2	-0.5

Per l'angolo del vento = 90 gradi:

Angolo del tetto	Zona EG – Vento al traverso	Zona FH – Vento al traverso
20°	-0.8	-0.6
26.565°	-0.8	-0.6
30°	-0.8	-0.6

Per pressioni locali:

Angolo del tetto	estremità del timpano	Zone di cresta
20°	-1.5	-1.0
26.565°	-1.172	-1.0
30°	-1.0	-1.0

I coefficienti di pressione del tetto finale saranno:

Zona/Superficie	La direzione del vento – 0 gradi	La direzione del vento – 90 gradi
Zona EF – sopravvento	-0.109	–
Zona GH – Sottovento	-0.5	–
Zona EG – Vento al traverso	–	-0.8
Zona FH – Vento al traverso	–	-0.6
estremità del timpano	-1.172	-1.172
Zone di cresta	-1.0	-1.0

Pressioni interne ed esterne combinate

Dai valori sopra, la forza del vento può essere calcolata usando l'equazione (3). Tuttavia, per semplicità, riceveremo solo la pressione del design (non moltiplicando i valori per l'area A) e prenderà in considerazione anche il angolo di direzione del vento 0 gradi per il telaio principale (colonna e traliccio). La spaziatura del frame è uguale a 3.5m. Nota che p_d = 766.438 Bene per montanti sia a colonna che a parete.

Per colonne e montanti a muro – 0 gradi:

Zona/Superficie	Csopra	Cpi	Csopra–Cpi	p = pd(Csopra-Cpi) Bene	Per Colonna px3,5 m N / m	Per borchie a parete px0.8m N / m
Zona A – Parete sopravento	0.7	+0.2 -0.2	+0.5 +0.9	383.219 689.795	1341.267 2414.281	306.575 551.836
Zona B – Muro sottovento	-0.3	+0.2 -0.2	-0.5 -0.1	-383.219 -76.644	-1341.267 -268.253	-306.575 -61.315
Zona locale (1m dal bordo)	-1.1	+0.2 -0.2	-1.3 -0.9	-996.370 -689.795	-3487.295 -2414.281	-797.096 -551.836

Le pressioni sulle colonne verranno moltiplicate a 3,5 m per ottenere un carico uniforme. Inoltre, per le borchie a parete, sarà moltiplicato per 0,8 m. Nota che una pressione positiva significa che sta agendo verso la superficie e negativa sta agendo lontano dalla superficie (aspirazione).

Per tralicci e arcarecci – 0 degressi:

Zona/Superficie	Csopra	Cpi	Csopra–Cpi	p = pd(Csopra-Cpi) Bene	travatura px3,5 m N / m	purlins px0.745m N / m
Zona EF – Sopravvento	-0.109	+0.2 -0.2	-0.309 +0.091	-229.725 67.654	-804.036 236.787	-171.145 50.402
Zona GH – Sottovento	-0.5	+0.2 -0.2	-0.7 -0.3	-520.412 -223.034	-1821.441 -780.617	-387.707 -166.160
estremità del timpano	-1.172	+0.2 -0.2	-1.372 -0.972	-1051.553 -744.978	-3680.437 -2607.423	–
Zone di cresta	-1.0	+0.2 -0.2	-1.2 -0.8	-919.726 -613.151	-3219.041 -2146.027	–

Le pressioni sul traliccio saranno moltiplicate a 3,5 m per ottenere un carico uniforme. Inoltre, per le borchie a parete, sarà moltiplicato per 0,745 m. Nota che p_d = 766.438 Bene per gli arcarecci e p_d = 743.445 Bene per il traliccio.

Considerando un frame critico – la spaziatura è di 3,5 m:

Per p_d(C_sopra – +C_pi):

Per p_d(C_sopra – -C_pi):

Per la progettazione di montanti e arcarecci, è sufficiente ottenere la pressione massima assoluta che agisce su di essa e utilizzarla come base per il calcolo delle forze di progetto. Per questo caso, il carico del vento di progetto è: -797.096 N/m per montante a muro e -783.407N/m per gli arcarecci,

Questi calcoli possono essere eseguiti tutti utilizzando Software generatore di carico di SkyCiv per IS 875-3 e anche altri codici. Gli utenti possono entrare in una posizione del sito per ottenere velocità del vento e fattori topografici, inserire i parametri di costruzione e generare le pressioni del vento. Prova il nostro Strumento vento gratuito SkyCiv per il calcolo della velocità e della pressione del vento su strutture a timpano.

Calcolatore del carico del vento Skyciv

Riferimenti:

• Carichi di progetto (Altro che terremoto) per edifici e strutture — Codice di condotta (Parte 3 Carichi di vento ed.). (2015). Bureau of Indian Standards.