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È 875-3 Esempio di calcolo del carico del vento

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:

figura 1. Modello di stalla in SkyCiv S3D come esempio.

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

figura 2. Posizione del luogo (da Google Maps).
PosizioneWalwane, Maharashtra, India (18.945695° N, 74.564866° E)
occupazioneVarie – Fattoria
TerrenoTerreno aperto pianeggiante
DimensioniB = 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
rivestimentoarcarecci distanziati a 0,745 m
Borchie a parete distanziate di 0,8 m
tavolo 1. Dati di costruzione necessari per il nostro calcolo del vento.

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 = VbK1K2K3K4 (1)

Dove:
V b è ilVelocità del vento di base, SM
K1 è il Fattore di probabilità (coefficiente di rischio) basato su 6.3.1 di IS 875-3
K2 è il Rugosità del terreno e fattore di altezza basato su 6.3.2 di IS 875-3
K3 è il Fattore topografia basato su 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): pd = KdKun'Kcpz (2)

Dove:
Kd è il Fattore di direzionalità del vento basato su 7.2.1 di IS 875-3. Uguale a 1.0 quando si considerano i coefficienti di pressione locali.
Kun' è il Fattore di media dell'area basato su 7.2.2 di IS 875-3
Kc è il Fattore di combinazione basato su 7.3.3.13 È 875-3
pz è uguale a 0.60V z2 in Pa
Nota che pd non dovrebbe essere preso meno di 0.70pz

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

Forza del vento sulla superficie o sui membri (Locanda): F = (Csopra – Cpi)Apd (3)

Dove:
A è la superficie dell'elemento strutturale o dell'unità di rivestimento
Csopra è il coefficiente di pressione esterna
Cpio 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.

figura 3. Dati di base sulla velocità del vento basati sulla figura 1 di IS 875-3: 2015.

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

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.

figura 4. Tabella dei coefficienti di rischio da IS 875-3:2015.

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):

AltezzaK2
Altezza di riferimento, H = 2.4 m1.05

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, basato su 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 basato su 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):

LivelloV b SMK1K2K3K4V z SM
H = 2.4 m39.00.921.051.01.037.674

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

Fattore di direzionalità del vento Kd

A partire dal 7.2.1 di IS 875-3:2015, il Fattore di direzionalità del vento Kd 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 Kd uguale a 1.0 per arcarecci e studi parete e per Kd uguale a 0.9 per le colonne e le capriate.

l'Area Fattore medio Kun'

Il l'Area Fattore medio Kun' può essere calcolato utilizzando la tabella 4 di IS 875-3:2015:

Kun' = 1.0 per area minore o uguale a 10 mq.
Kun' = 0.9 per area pari a 25 mq.
Kun' = 0.8 per area maggiore o uguale a 100 mq.

Nota che Kun' può essere interpolato linearmente tra i valori. Per questa struttura, dobbiamo ottenere le aree tributarie delle colonne per sopravvento (Zona A), 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.

Componentel'Area, mq.Kun'
Colonna2.4×3.5 m = 8.4 mq.1.0
travatura4×3.5 m (proiezione) = 14 mq.0.97
Borchie da parete0.8×3.5 m = 2.8 mq.1.0
purlins0.745×3.5 m = 2.608 mq.1.0

Fattore di combinazione Kc

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

Progettare la pressione del vento, pd

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

ComponenteKun'KdKcpzpd
Colonna1.01.00.9851.598766.438
travatura0.971.00.9851.598743.445
Borchie da parete1.01.00.9851.598766.438
purlins1.01.00.9851.598766.438

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

Coefficienti di pressione interna Cpi

Il coefficienti di pressione interna Cpi 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 Cpi i valori per questo esempio sono +0.2 e -0.2.

Coefficienti di pressione esterna Csopra

Il Coefficienti di pressione esterna Csopra 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 Csopra i valori sono i seguenti:

figura 5. Zone del muro per edifici rettangolari basati su IS 875-3:2015.

Per l'angolo del vento = 0 gradi:

Zona/SuperficieCsopra
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/SuperficieCsopra
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 Csopra i valori verranno interpolati utilizzando i seguenti valori:

figura 6. Zone del tetto per tetto inclinato/a due falde basato su IS 875-3:2015 – vista in pianta.

Nota: y = 0,15 w = 0.6m

Per l'angolo del vento = 0 gradi:

Angolo del tettoZona EF – sopravventoZona 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 tettoZona EG – Vento al traversoZona 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 tettoestremità del timpanoZone 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/SuperficieLa direzione del vento – 0 gradiLa 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 pd = 766.438 Bene per montanti sia a colonna che a parete.

Per colonne e montanti a muro – 0 gradi:

Zona/SuperficieCsopraCpiCsopraCpip = pd(Csopra-Cpi) BenePer Colonna
px3,5 m N / m
Per borchie a parete
px0.8m N / m
Zona A – Parete sopravento0.7+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/SuperficieCsopraCpiCsopraCpip = pd(Csopra-Cpi) Benetravatura
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 pd = 766.438 Bene per gli arcarecci e pd = 743.445 Bene per il traliccio.

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

Per pd(Csopra – +Cpi):

figura 7. Carico distribuito su un frame critico utilizzando pd(Csopra – +Cpi)x3,5 m.

Per pd(Csopra – -Cpi):

figura 8. Carico distribuito su un frame critico utilizzando pd(Csopra – -Cpi)x3,5 m.

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.

Patrick Aylsworth Garcia Ingegnere strutturale, Sviluppo del prodotto
Patrick Aylsworth Garcia
Ingegnere strutturale, Sviluppo del prodotto
MS Ingegneria Civile
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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.
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