ASCEの例 7-16 風荷重計算 (方向性のある手順) L字型の建物の場合
記事上で, コルドバのL字型の建物の風荷重圧力計算の例, テネシーが表示されます. この計算はASCEに準拠します 7-16 風荷重計算 (方向性のある手順).
このケーススタディの場合, 構造データは以下の通りです:
| ロケーション | コルドバ, メンフィス, テネシー 標高+ 110.0m |
| 占有 | 雑多 – 植物の構造 |
| 地形 | フラット農地 |
| 外形寸法 | 28メートル (12m幅) x 24m (8m幅) 計画中 庇高さ 5 メートル 標高での頂点の高さ. 8 メートル 屋根の傾斜: 1:2 メインフレーム用 (26.57°) 3:4 拡張用 (36.87°) 開口部あり |
ASCEを使用した切妻屋根構造の同様の計算 7-10 (帝国単位) この例で参照されており、これを使用してアクセスできます リンク. 設計風圧を決定する式は次のとおりです。:
閉鎖および部分的に閉鎖された建物の場合:
\(p = qG{C}_{p} -{q}_{私}({GC}_{パイ})\) (1)
オープンビル用:
\(p = q{G}_{f}{C}_{p} -{q}({GC}_{パイ})\) (2)
どこ:
\(G ) =突風効果係数
\({C}_{p}\) =外部圧力係数
\(({GC}_{パイ})\)=内部圧力係数
\(q ) =速度圧力, Paで, 式で与えられる:
\(q = 0.613{K}_{と}{K}_{zt}{K}_{d}V^2) (3)
\(q ) = \({q}_{h}\) 風下壁用, 側壁, と屋根,屋根の平均高さで評価, \(h )
\(q ) = \({q}_{と}\) 風上壁用, 高さで評価, \(z)
\({q}_{私}\) = \({q}_{h}\) 負の内圧の場合, \((-{GC}_{パイ})\) 評価と \({q}_{と}\) 正の内圧評価用 \((+{GC}_{パイ})\) 部分的に囲まれた建物の \({q}_{h}\) 控えめな値.
\({K}_{と}\) =速度圧力係数
\({K}_{zt}\)=地形的要因
\({K}_{d}\)=風向性係数
\(V) =基本的な風速（m / s）
リスクカテゴリー
設計風圧を決定する際の最初のことは、構造物のリスクカテゴリを分類することです, これは、構造の使用または占有に基づいています. この例は植物の構造なので, 構造は次のように分類されます リスクカテゴリーIV. 見る テーブル 1.5-1 ASCEの 7-16 リスクカテゴリ分類の詳細については.
基本風速, \(V)
ASCEでは 7-16, 風速データはから取得できます 数字 26.5-1 に 26.5-2. から 図26.5-1A, コルドバ, メンフィス, テネシーは図に示す赤い点の近くにあります 3 未満, そしてその後, の 基本風速, \(V), です 52 MS. 値は既知の風の等高線間で補間する必要があることに注意してください.
SkyCivは、いくつかのパラメータを使用して風速計算を自動化できます. 私たちを試してみてください SkyCiv Free Wind Tool.
ばく露カテゴリー
見る セクション 26.7 ASCEの 7-16 ばく露カテゴリーを決定する手順の詳細.
選択した風向によって, 構造の露出は風上45°セクターから決定される. 採用される露出は、上記の方向から最大の風荷重を生み出す露出でなければなりません. 各曝露分類の説明は、セクションに詳述されています。 26.7.2 そして 26.7.3 ASCEの 7-16.
私たちの例では, 構造物の場所はコルドバの農地にあるので, メンフィス, テネシー, より高い建物はない 30 フィート, したがって、エリアは次のように分類されます 露出C. 露出カテゴリを決定するのに役立つツールは、衛星画像を通して潜在的なサイトを表示することです (たとえばGoogleマップ).
風向係数, \({K}_{d}\)
風向性要因, \({K}_{d}\), 私たちの構造はどちらも等しい 0.85 建物は主要な耐風システムであり、コンポーネントに取り付けられたクラッディングと構造物があるため. これはに示されています テーブル 26.6-1 ASCEの 7-16.
地形的要因, \({K}_{zt}\)
構造物の場所が平らな農地にあるため, 地形的要因は, \({K}_{zt}\), です 1.0. さもないと, 係数は、を使用して解決できます 図 26.8-1 ASCEの 7-16. 地形係数をさらに計算する必要があるかどうかを判断するには, 見る セクション 26.8.1, リストされているすべての条件をサイトが満たしていない場合, 次に、地形係数は 1.0.
注意: 地形係数は、次を使用して自動的に計算できます SkyCiv風設計ソフトウェア. 地形係数の計算の詳細については, これをチェックして 論文.
地面の標高係数, \({K}_{e}\)
地面の標高係数, \({K}_{e}\), ASCEで導入されました 7-16 平均海面からの地上標高に基づく空気密度の変動を考慮する. この係数は、次を使用して計算できます。:
\( {K}_{e} = {e}^{-0.000119{と}_{g}}\) (4)
どこ:
\({と}_{g}\) メートル単位の平均海抜からの地面の標高です
したがって, このケーススタディの場合, 地面の標高が+ 110.0mなので, \({K}_{e}\) に等しい 0.987.
速度圧力係数, \({K}_{と}\)
速度圧力係数, \({K}_{と}\), テーブルを使用して計算できます 26.10-1 ASCEの 7-16. このパラメータは、風圧が考慮されるポイントの地上高さによって異なります, および露出カテゴリ. しかも, 表に示されている値は、次の式に基づいています:
ために 4.6 メートル < \({と}\) < \({と}_{g}\): \({K}_{と} = 2.01(と/{と}_{g})^{2/a}\) (5)
ために \({と}\) < 4.6 メートル: \({K}_{と} = 2.01(4.6/{と}_{g})^{2/a}\) (6)
どこ:
| 曝露 | a | \({と}_{g}\)(メートル) |
| 露出B | 7.0 | 365.76 |
| 露出C | 9.5 | 274.32 |
| 露出D | 11.5 | 213.36 |
通常, 平均屋根高さでの速度圧力係数, \({K}_{h}\), そして各フロアレベルで, \({K}_{日}\), 設計風圧を解決するために必要な値です. この例では, 風上側の風圧は放物線状であるため, 床レベル間の壁に均一な圧力がかかると仮定することで、この負荷を単純化できます。. 風上圧力を単純化して、に分割することができます 2 レベル, 軒の高さで (+5.0メートル), と平均屋根の高さで (+6.5メートル). しかも, a = 9.5 そして \({と}_{g}\) に等しい 274.32 メートル 構造物の場所は露出Cとして分類されているため.
| 標高 (メートル) | \( {K}_{と} \) |
| 5 (ひさしの高さ) | 0.865 |
| 6.5 (屋根の平均高さ) | 0.914 |
速度圧力, \( q \)
方程式から (3), 速度圧力を解くことができます, \( q \) Paで, 考慮されている各標高で.
| 標高, メートル | \( {K}_{と} \) | \( {K}_{zt} \) | \( {K}_{d} \) | \( {K}_{e} \) | \( V \), MS | \( q \), 上手 |
| 5 (ひさしの高さ) | 0.865 | 1.0 | 0.85 | 0.987 | 52 | 1202.87 |
| 6.5 (屋根の平均高さ) | 0.914 | 1.0 | 0.85 | 0.987 | 52 | \( {q}_{h} \) = 1271.01 |
突風効果係数, \( G \)
突風効果係数, \( G \), に設定されています 0.85 構造が固定されていると想定されるため (セクション 26.11 ASCEの 7-16).
エンクロージャの分類と内圧係数, \( ({GC}_{パイ}) \)
プラント構造には、の定義を満たす開口部があると想定されています。 部分的に囲まれた建物 に セクション 26.2 ASCEの 7-16. したがって, 内部圧力係数, \( ({GC}_{パイ}) \), そうなるでしょう +0.55 そして -0.55 に基づく テーブル 26.13-1 ASCEの 7-16. したがって:
\(+{p}_{私} = {q}_{私}(+G{C}_{パイ}) \) = (1271.01)(+0.55) = 699.06 上手
\(-{p}_{私} = {q}_{私}(-G{C}_{パイ}) \) = (1271.01)(-0.55) = -699.06 上手
外部圧力係数, \({C}_{p}\)
閉鎖および部分的に閉鎖された建物の場合, 外部圧力係数, \({C}_{p}\), で提供される情報を使用して計算されます 図 27.4-1 使って 図 27.4-3. 切妻屋根の部分的に囲まれた建物の場合, 使用する 図 27.4-1. 壁と屋根の外部圧力係数は、建物パラメータLを使用して個別に計算されます, Bとh, 注で定義されている 7 の 図 27.4-1.
この例では, 構造が非対称であるため, 4つの風向が考慮されます: 二 (2) 風向24m側に平行, と2つ (2) 28m側に平行な風向用.
24m側に平行な風向の場合
したがって, L / Bとh / Lを計算する必要があります:
屋根の平均高さ, h = 6.5 メートル
建物の長さ, L = 24 メートル
建物の幅, B = 28 メートル
L / B = 0.857
h / L = 0.271
h / B = 0.232
壁の圧力係数, \({C}_{p}\), および外圧, \({p}_{e}\)
.壁用, 外部圧力係数は図から計算されます 27.3-1 ASCEの 7-16 どこ \({q}_{h}\) = 1271.011 上手 そして \( G \) = 0.85.
| 表面 | h, メートル | 壁の圧力係数, \({C}_{p}\) | \({p}_{e}\), 上手 |
| 風上壁 | 5.0 | 0.8 | 817.953 |
| 6.5 | 0.8 | 864.288 | |
| 風下の壁 | 6.5 | -0.5 | -540.180 |
| 側壁 | 6.5 | -0.7 | -756.252 |
屋根の圧力係数, \({C}_{p}\), および外圧, \({p}_{e}\)
屋根用, 外部圧力係数は図から計算されます 27.3-1 ASCEの 7-16 どこ \({q}_{h}\) = 1271.011 上手. この風向については注意してください, 風上および風下の屋根の圧力 (屋根の表面 1 そして 2) を使用して計算されます θ= 36.87° そして θ= 0° 屋根面用 3 そして 4.
| 表面 | ロケーション | 屋根の圧力係数, \({C}_{p}\) | \({p}_{e}\), 上手 |
| 風上屋根 | – | 0.4 | 432.144 |
| 風下の屋根 | – | -0.6 | -648.216 |
| 風と平行 (尾根に沿って) | 0 端からhまで | -0.9 -0.18 |
-972.324 -194.465 |
| 端からhから2h | -0.5 -0.18 |
-540.180 -194.465 |
|
| > 2端からh | -0.3 -0.18 |
-324.108 -194.465 |
したがって, 組み合わせる \({p}_{e}\) そして \({p}_{私}\), 対応する設計圧力を取得できます:
| タイプ | 表面 | 標高/場所, メートル | \({p}_{e}\), 上手 | \({p}_{e}\) – +\({p}_{私}\), 上手 | \({p}_{e}\) – -\({p}_{私}\), 上手 |
| 壁 | 風上壁 | 5.0 | 817.953 | 118.897 | 1517.009 |
| 6.5 | 864.288 | 165.231 | 1563.344 | ||
| 風下の壁 | – | -540.180 | -1239.236 | 158.876 | |
| 側壁 | – | -756.252 | -1455.308 | -57.196 | |
| ルーフ | 風上 | – | 432.144 | -266.912 | 1131.200 |
| 風下 | – | -648.216 | -1347.272 | 50.840 | |
| 平らな (尾根に沿って) | 0 Hまで | -972.324 -194.465 |
-1671.380 -893.521 |
-273.267 504.592 |
|
| hから2h | -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 |
28m側に平行な風向の場合
したがって, L / Bとh / Lを計算する必要があります:
屋根の平均高さ, h = 6.5 メートル
建物の長さ, L = 28 メートル
建物の幅, B = 24 メートル
L / B = 0.857
h / L = 0.232
h / B = 0.271
壁の圧力係数, \({C}_{p}\), および外圧, \({p}_{e}\)
.設計壁圧用, 外部圧力係数は図から計算されます 27.3-1 ASCEの 7-16 どこ \({q}_{h}\) = 1271.011 上手 そして \( G \) = 0.85.
| 表面 | h, メートル | 壁の圧力係数, \({C}_{p}\) | \({p}_{e}\), 上手 |
| 風上壁 | 5.0 | 0.8 | 817.953 |
| 6.5 | 0.8 | 864.288 | |
| 風下の壁 | 6.5 | -0.467 | -504.528 |
| 側壁 | 6.5 | -0.7 | -756.252 |
屋根の圧力係数, \({C}_{p}\), および外圧, \({p}_{e}\)
屋根用, 外部圧力係数は図から計算されます 27.3-1 ASCEの 7-16 どこ \({q}_{h}\) = 1271.011 上手. この風向については注意してください, 風上および風下の屋根の圧力 (屋根の表面 3 そして 4) を使用して計算されます θ= 26.57° そして θ= 0° 屋根面用 1 そして 2.
| 表面 | ロケーション | 屋根の圧力係数, \({C}_{p}\) | \({p}_{e}\), 上手 |
| 風上屋根 | – | -0.2 0.3 |
-216.072 324.108 |
| 風下の屋根 | – | -0.6 | -648.216 |
| 風と平行 (尾根に沿って) | 0 端からhまで | -0.9 -0.18 |
-972.324 -194.465 |
| 端からhから2h | -0.5 -0.18 |
-540.180 -194.465 |
|
| > 2端からh | -0.3 -0.18 |
-324.108 -194.465 |
したがって, 組み合わせる \({p}_{e}\) そして \({p}_{私}\), 対応する設計圧力を取得できます:
| タイプ | 表面 | 標高/場所, メートル | \({p}_{e}\), 上手 | \({p}_{e}\) – +\({p}_{私}\), 上手 | \({p}_{e}\) – -\({p}_{私}\), 上手 |
| 壁 | 風上壁 | 5.0 | 817.953 | 118.897 | 1517.009 |
| 6.5 | 864.288 | 165.231 | 1563.344 | ||
| 風下の壁 | – | -504.528 | -1203.584 | 194.528 | |
| 側壁 | – | -756.252 | -1455.308 | -57.196 | |
| ルーフ | 風上 | – | -216.072 324.108 |
-915.128 -374.948 |
482.984 1023.164 |
| 風下 | – | -648.216 | -1347.272 | 50.840 | |
| 平らな (尾根に沿って) | 0 Hまで | -972.324 -194.465 |
-1671.380 -893.521 |
-273.267 504.592 |
|
| hから2h | -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 |
構造エンジニア, 製品開発
MS土木工学
参考文献:
- コールボーン, W. L。, & スタッフォード, T. E. (2020, 4月). 風荷重: ASCEの風荷重規定へのガイド 7-16. アメリカ土木学会.
- アメリカ土木学会. (2017, 六月). 建物やその他の構造物の最小設計荷重と関連基準. アメリカ土木学会.
