AS / NZSの完全に機能する例 1170.2 (2011) 風荷重計算

SkyCivの 風荷重計算機 現在、オーストラリア/ニュージーランド規格を含むいくつかのコード参照があります. 記事上で, 倉庫構造の設計風圧を計算します. S3Dのモデルを使用して、負荷がどのように変化するかを示します。 (AS 1170.2 / NZS1170.2:2011 ) 各表面に適用されます.

以下の例は、 2011 AS/NZS のバージョン 1170.2. 最新バージョンの手順は異なる場合がありますが、計算方法は同様であるはずです。.

図 1. 例としてSkyCiv S3Dの倉庫モデル.

図 2. 立地 (Googleマップから).

テーブル 1. 風の計算に必要な建物データ.

ロケーション	ハッピーバレーロード, それに挑戦する, クイーンズランド, オーストラリア
占有	雑多 – 倉庫の構造
地形	フラット農地
外形寸法	19.507 メートル (L) × 31.699 メートル (B) 計画中 庇高さ 9.144 メートル 標高での頂点の高さ. 10.973 メートル 屋根の傾斜 3:16 (10.62°) 開けずに
クラッド	間隔をあけた母屋 0.6 メートル 間隔を空けた壁の間柱 0.6 メートル

設計風圧を決定する式は次のとおりです。:

設計風速について:

\({V }_{座る,b} = {V }_{R} {M}_{d} {M}_{と,ネコ} {M}_{s} {M}_{t} \) (1)

どこ:

\({V }_{座る,b}\) =設計風速（m / s）
\({V }_{R}\) = 地域の3秒突風風速 (風の地図から), MS (AS / NZS 1170.2 セクション 3)
\({M}_{d}\)=の風向乗数 8 枢機卿の方向 (b) (AS / NZS 1170.2 セクション 3)
\({M}_{と,ネコ}\) =地形/高さの乗数 (AS / NZS 1170.2 セクション 4)
\({M}_{s}\)=シールド乗数, に設定 1.0 (AS / NZS 1170.2 セクション 4)
\({M}_{t}\)=地形乗数 (AS / NZS 1170.2 セクション 3)

設計風圧用:

\(p = 0.5 {⍴}_{空気} ({V }_{の,θ})^ 2 {C}_{図} {C}_{おとこ} \) (2)

どこ:

\(p ) = Paでの設計風圧
\({⍴}_{空気}\) = 空気の密度 (1.2 kg /立方メートル)
\({V }_{の,θ}\)=直交設計の風速を構築する
\({C}_{おとこ}\)=動的応答係数, に設定 1.0
\({C}_{図}\) =空力形状係数 (内圧または外圧用) 閉鎖された建物の場合:

\({C}_{図,私} = {C}_{p,私} {K}_{c,私} \) – 内圧用 (3)
\({C}_{図,e} = {C}_{p,e} {K}_{a} {K}_{c,e} {K}_{l} {K}_{p}\) – 外圧用 (4)

\({C}_{p,私}\) =内部圧力係数
\({K}_{c,私}\) =内圧に適用される組み合わせ係数
\({C}_{p,e}\) =外部圧力係数
\({K}_{a}\) =面積削減係数
\({K}_{c,e}\) =外圧に適用される組み合わせ係数
\({K}_{l}\) =局所圧力係数
\({K}_{p}\) =多孔質クラッド係数

各パラメータについては、後で説明します.

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地域の風速, \({V }_{R}\)

地域の風速データの詳細を図に示します 3.1 AS / NZSの 1170.2 (図に示すように 3 そして 4 未満). 各行政区域は、対応する風速を持つ風速地域に分類されます. 私たちの例では, サイトは赤い点の近くにあり、次のように分類されます。 リージョンA4 おおよそですので 106 滑らかなオーストラリア本島の海岸線からkm. 対応する風速は表を使用して計算できます 3.1 AS / NZSの 1170.2 図に示すように 5. 年間の再発間隔は、表に詳細が示されているように、構造の重要度レベルと設計耐用年数に応じて選択されます。 3.3 AS / NZSの 1170.0.

図 3. オーストラリアの地域風速マップ (図 3.1(あ) AS / NZSの 1170.2).

図 4. ニュージーランドの地域風速マップ (図 3.1(B) AS / NZSの 1170.2).

図 5. 風の地域と年間の再発間隔に基づく対応する風速 (テーブル 3.1 AS / NZSの 1170.2).

究極の状態または保守性の限界状態のいずれか, テーブル 3.1 そして 3.3 AS / NZSの 1170.0 (数字 6 そして 7) 重要度レベルとそれに対応する年間超過確率によって構造を分類する方法の詳細.

図 6. 表による重要度の定義 3.1 AS / NZSの 1170.0.

図 7. 表による超過の年間確率の定義 3.3 AS / NZSの 1170.0.

私たちの例では, 最終的な限界状態のみを考慮します. 私たちの例の構造は次のように分類されます “普通” の設計耐用年数があると想定 50 年. したがって, に相当する年間超過確率を採用します。 1/500. したがって, 私たちの対応する値 \({V }_{R}\) です 45 MS.

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風向乗数, \({M}_{d}\)

各風域とそれに対応する風向について (8 枢機卿の方向), 風向乗数, \({M}_{d}\), 表に示すように値が異なります 3.2 AS / NZSの 1170.2.

図 8. 表に従った風の領域と方向ごとの風向乗数の値 3.2 AS / NZSの 1170.2.

この例では, から来る風速をチェックします “生まれ” その中で \({M}_{d}\) = 0.85. しかしながら, 仮定することも安全です \({M}_{d}\) = 1.0 保守的な結果を出すために.

地形/高さ乗数, \({M}_{と,ネコ}\)

地形/高さの乗数を計算するには \({M}_{と,ネコ}\), サイトの地形カテゴリを分類する必要があります. テーブル 2 セクションに基づく各地形カテゴリの定義を示します 4.2.1 AS / NZSの 1170.2. \({M}_{と,ネコ}\) テーブルを使用して計算できるようになりました 4.1 AS / NZSの 1170.2 高さに応じて, 構造物の風の領域と地形のカテゴリ.

テーブル 2. AS / NZSの地形カテゴリ定義 1170.2.

地形カテゴリ	定義
カテゴリー 1	使用可能な風速で障害物や水面がほとんどまたはまったくない露出したオープンテレイン
カテゴリー 2	水面, 開いた地形, 草地が少ない, 一般的にからの高さを持つよく散らばった障害物 1.5 mから10m
カテゴリー 3	間隔の狭い障害物が多数ある地形 3 mから 5 高さm, 郊外の住宅地など.
カテゴリー 4	多数の大きな地形, 高い (10 mから 30 高さm) 間隔の狭い障害物, 大都市の中心部やよく発達した工業団地など.

図 9. 計算された地形/高さの乗数, \({M}_{と,ネコ}\) , 対応する地形カテゴリと風の地域に基づく (テーブル 4.1 AS / NZSの 1170.2).

私たちの例では, サイトの場所は次のように分類できます “カテゴリー2” 風向ごとに均一な地形カテゴリがあると仮定します. 構造物の高さを3mごとに分割し、屋根の平均高さを割ります. の表形式の値 \({M}_{と,ネコ}\) 各レベルの表を示します 3.

テーブル 3. 計算された \({M}_{と,ネコ}\) 構造の各レベルに対して.

高さ, メートル	\({M}_{と,ネコ}\)
3 メートル	0.91
6 メートル	0.928
9 メートル	0.982
10.06 メートル	1.001

シールド乗数, \({M}_{s}\)

AS / NZSを使用して設計風圧を計算する際には、シールド効果を考慮することができます。 1170.2. これは、近くの構造物が存在する場合の風圧の低下を考慮するためです。. セクション 4.3 AS / NZSの 1170.2 シールド係数の計算の詳細 \({M}_{s}\). この例では, サイトの場所はオープンフィールドにあるため, 近くの建造物の距離が20時間以上ある (201.2 メートル) 構造から, 私たちは仮定することができます \({M}_{s}\) = 1.0.

地形乗数, \({M}_{t}\)

風圧に対する地形の影響は、地形乗数に取り込まれます, \({M}_{t}\), ここで、サイトの地面の標高に基づいて設計風圧を増幅します, 構造物が丘の上にあるか断崖の上にあるか. セクション 4.4 AS / NZSの 1170.2 このパラメータの計算の詳細. ローカル地形ゾーンの外側, 丘または断崖の頂上から計算された距離, の \({M}_{t}\) 等しいと見なすことができます 1.0 図に示すように 4.2 そして 4.3 AS / NZSの 1170.2 (図 10).

図 10. 地形係数の計算に必要なパラメータ, \({M}_{t}\) , セクションに基づく 4.4 AS / NZSの 1170.2.

サイトの地表標高データから (Googleマップから, NEから来る), 地形は丘に分類できると推測します. 図に基づく 4.2 AS / NZSの 1170.2, 表に示すように、以下の点が得られます。 4:

テーブル 4. 地表標高データから抽出されたデータポイント (Googleマップから) 図に示すように 11.

パラメータ	値
Mt	1.076
スロープ	0.07
ピークの位置	-380.00 構造物の位置からm
ピークの標高	628.16 メートル
足の位置	-2000.00 構造物の位置からm
足の高さ	515.37 メートル
H	112.79 メートル
場所. H / 2の	-1154.23 構造物の位置からm
バツ	380.00 メートル
Lあなた	774.23 メートル
L1	278.72 メートル
L2	1114.89 メートル

図 11. NE-SWセクションのサイトの地面の標高 (Googleマップから).

表に示すデータから 4, 計算された地形乗数, \({M}_{t}\), に等しい 1.08 方程式に基づく 4.4(2) AS / NZSの 1170.2 式に示すように (5).

\({M}_{t} = {M}_{h} = 1 + [ H / 3.5(と + {L}_{1})] [ 1 – ( |バツ| / {L}_{2})] \) (5)
\({M}_{t} = 1.08 \)

最後に, 式を使用する (1), 計算された設計風速を表に示します。 5.

テーブル 5. 計算された \({V }_{座る,b}\) 構造の各レベルに対して.

高さ, メートル	\({V }_{座る,b}\), MS
3	37.45
6	38.19
9	40.42
10.06	41.20

どこ:

\({V }_{座る,b (最小)}\) = 30 永久構造物の場合は m/s.

設計風圧を計算するために, 空力形状係数, \({C}_{図}\), 内面と外面に必要です. これについては次のセクションで説明します.

空力形状係数, \({C}_{図}\)

空力形状係数, \({C}_{図}\), 各表面に適用される風圧の値を決定するために使用されます。 \({C}_{図}\) 圧力が表面に向かって作用していることを意味し、負は表面から離れて作用していることを意味します.

内圧の空力形状係数, \({C}_{図,私}\)

内部圧力係数, \({C}_{p,私}\)

ために \({C}_{図,私}\), 内圧係数の計算 \({C}_{p,私}\) 表に詳細があります 5.1 AS / NZSの 1170.2 図に示すように 12.

図 12. 内圧係数, \({C}_{p,私}\), セクションで定義されているように 5.3 AS / NZSの 1170.2.

この例では, 私たちの構造は囲まれていて、開口部がないと想定されています, したがって, これに適した条件は構造です “効果的にスケーリングされ、開いていない窓がある建物” 対応する内圧係数は次のとおりです。 \({C}_{p,私}\) = -0.2, 0.0.

外圧の空力形状係数, \({C}_{図,e}\)

外部圧力係数, \({C}_{p,e}\)

セクション 5.4 AS / NZSの 1170.2 外部圧力係数を取得する手順を定義します, \({C}_{p,e}\), 長方形の建物の場合. 外部圧力分布の建築面は図に定義されています 5.2 図のようにコードの 13. しかも, テーブル 5.2 に 5.3 AS / NZSの 1170.2 の計算値の詳細 \({C}_{p,e}\) 図に示すように、各サーフェス定義に対して 14 に 18.

図 13. 外部圧力分布の表面定義, セクションで定義されているように 5.4 AS / NZSの 1170.2.

図 14. 計算された外部圧力係数, \({C}_{p,e}\), 長方形の囲まれた建物の風上壁用 (テーブル 5.2(あ) AS / NZSの 1170.2).

図 15. 計算された外部圧力係数, \({C}_{p,e}\), 長方形の囲まれた建物の風下壁用 (テーブル 5.2(B) AS / NZSの 1170.2).

図 16. 計算された外部圧力係数, \({C}_{p,e}\), 長方形の囲まれた建物の側壁用 (テーブル 5.2(C) AS / NZSの 1170.2).

図 17. 計算された外部圧力係数, \({C}_{p,e}\), ピッチ角のある切妻屋根の風上および風下の表面用 < 10° (テーブル 5.3(あ) AS / NZSの 1170.2).

図 18. 計算された外部圧力係数, \({C}_{p,e}\), ピッチ角のある切妻屋根と寄棟屋根の風上および風下の表面用 ≥ 10° (テーブル 5.3(あ) および表 5.3(B) AS / NZSの 1170.2).

この例では, \({C}_{p,e}\) 壁面の値を表に示します 6 そして 7 以下の場所 \(d/b\) = 0.616 0°および \(日) = 1.625 90°用 , \(h / d ) = 0.516, そして \(h/b\) = 0.317 . しかも, テーブル 8 を示しています \({C}_{p,e}\) 屋根の表面の値.

テーブル 6. 計算された外部圧力係数, \({C}_{p,e}\), 風上および風下の壁面用.

高さ, メートル	\({C}_{p,e}\) (風上)	\({C}_{p,e}\) (風下) –Lに沿って (0°)	\({C}_{p,e}\) (風下) –Bに沿って (90°)
3	0.8	-0.3	-0.375
6	0.8
9	0.8
10.06	0.7

テーブル 7. 計算された外部圧力係数, \({C}_{p,e}\), 側壁表面用.

風上壁からの位置, メートル	\({C}_{p,e}\) (側壁)
0 10.06mまで	-0.65
10.06 に 19.507 メートル	-0.50

テーブル 8. 計算された外部圧力係数, \({C}_{p,e}\), 屋根面用.

屋根面	\({C}_{p,e}\)
風上	-0.888, -0.394
風下	-0.503
横風	-0.9, -0.4 (0 Hまで) -0.5, 0.0 (hから2h) -0.3, 0.1 (2hから3h) -0.2, 0.2 (> 3h)

面積削減係数, \({K}_{a}\)

面積削減係数, \({K}_{a}\), 側壁と屋根の表面にのみ適用されます. それ以外の場合は計算, \({K}_{a}\) 常に等しい 1.0. テーブル 5.4 AS / NZSの 1170.2 の値を示します \({K}_{a}\) 図に示すように、側壁と屋根の表面の寄与領域に応じて 19.

図 19. 面積削減係数の値, \({K}_{a}\), 側壁および屋根面用 (テーブル 5.4 AS / NZSの 1170.2).

私たちの例では, 面積減少係数の計算値を表に示します。 9 未満.

テーブル 9. 面積削減係数の値, \({K}_{a}\), この例では.

表面	範囲, 平方メートル.	\({K}_{a}\)
側壁 (dに沿って)	196.21	0.8
側壁 (bに沿って)	285.29	0.8
ルーフ – 風上	314.564	0.8
ルーフ – 風下	314.564	0.8
ルーフ – 横風	629.129	0.8

クラッディングの局所圧力係数, \({K}_{l}\)

局所圧力係数, \({K}_{l}\), 常に等しい 1.0 コンポーネントとクラッディングを除くすべての表面に. セクション 5.4.4 AS / NZSの 1170.2 取得の計算手順の詳細 \({K}_{l}\) これらのコンポーネント用.

図 20. 表に定義されている被覆管圧力の位置 5.6 AS / NZSの 1170.2.

図 21. 局所圧力係数の値, \({K}_{l}\), 図に示すように、ゾーンごとに 20.

この例では, の値 \(a\) の最小値です \(0.2b\) (3.91 メートル), \(02.d\) (6.34 メートル), または \(h ) (10.06メートル), したがって, \(a\) = 3.91 メートル. 母屋と壁の間柱の対応する面積と局所圧力係数を表に示します。 10 以下では、母屋のスパン長がトラスの間隔に等しいと仮定しています。 (7.924 メートル) 壁の間柱のスパンの長さは階の高さと同じです (3 メートル). 建物のアスペクト比は \(h / d ) (0.516) そして \(h/b\) (0.317).

テーブル 10. 局所圧力係数の値 \({K}_{l}\) 母屋と壁の間柱用.

クラッド	範囲, 平方メートル.	ゾーン	陽圧の場合はKl	陰圧のKl
母屋	4.75	RA1	1.0	1.5
		RA3	1.0	1.5
壁の間柱	1.80	WA1	1.0	1.0
		SA1	1.0	1.5
		SA2	1.0	2.0

透過性クラッディング低減係数, \({K}_{p}\), 屋根と側壁用

透過性クラッド低減係数, \({K}_{p}\), 常に等しい 1.0 外面が透過性クラッディングで構成されており、ソリディティ比が 0.999 ここで、固さの比率は、総表面積に対する固体の面積の比率です。. この例では, 私たちはそれを仮定します \({K}_{p}\) に等しい 1.0.

アクションの組み合わせ要因, \({K}_{c,私}\) そして \({K}_{c,e}\)

アクションの組み合わせ要因, \({K}_{c,私}\) そして \({K}_{c,e}\), 特定の表面に同時に作用する風荷重の影響を計算するために使用されます (壁に作用する風など, 屋根, と内圧). テーブル 5.5 AS / NZSの 1170.2 図に示すように、アクションの組み合わせの例とそれに対応するアクションの組み合わせ係数を示します。 22.

図 22. アクションの組み合わせ要因 \({K}_{c,e}\) そして \({K}_{c,私}\) 表から 5.5 AS / NZSの 1170.2.

この例では, デザインケースを検討します (b) どこ 4 有効な表面には設計圧力がかかります. したがって, \({K}_{c,私}\) そして \({K}_{c,e}\) どちらも等しい 0.8.

メインフレームの風圧を設計する

すでに必要なパラメータがあるので, \(p ), 方程式を使用して設計風圧値を取得できます (2) に (4). テーブル 11 に 13 各サーフェスのパラメータの概要を表示します.

テーブル 11. 風上壁の圧力値を設計する.

高さ, メートル	\({M}_{と,ネコ}\)	\({V }_{の,θ}\)	\({C}_{図}\)	\({C}_{p,e}\)	\({K}_{a}\)	\({K}_{c,e}\)	\({K}_{l}\)	\({K}_{p}\)	設計圧力 \(p ), 上手
3	0.910	37.45	0.640	0.8	1	0.8	1	1	538.64
6	0.928	38.19	0.640	0.8	1	0.8	1	1	560.16
9	0.982	40.42	0.640	0.8	1	0.8	1	1	627.25
10.06	1.001	41.20	0.560	0.7	1	0.8	1	1	570.29

テーブル 12. 風下と側壁の計算された設計圧力値, と屋根の表面.

表面	\({V }_{の,θ}\)	\({C}_{図}\)	\({C}_{p,e}\)	\({K}_{a}\)	\({K}_{c,e}\)	\({K}_{l}\)	\({K}_{p}\)	設計圧力 \(p ), 上手
風下の壁	41.20	-0.24	-0.3	1	0.8	1	1	-244.41
側壁 (0 10.06mまで)		-0.520*	-0.65	0.8	0.8	1	1	-529.55
側壁 (0 10.06mまで)		-0.400*	-0.5	0.8	0.8	1	1	-407.35
ルーフ (風上)		-0.710*	-0.888	0.80	0.8	1.0	1.0	-723.13
		-0.315*	-0.394	0.80	0.8	1.0	1.0	-320.99
ルーフ (風下)		-0.402*	-0.503	0.80	0.8	1.0	1.0	-409.79
ルーフ (横風)		-0.720* -0.400* -0.240* -0.160*	-0.90 -0.50 -0.30 -0.20	0.80 0.80 0.80 0.80	0.8 0.8 0.8 0.8	1.0 1.0 1.0 1.0	1.0 1.0 1.0 1.0	-733.23 (0 Hまで) -407.35 (hから2h) -244.41 (2hから3h) -162.94 (> 3h)

テーブル 13. 外部圧力と同時に作用する計算された内部風圧.
* – の製品 \({K}_{a}\) そして \({K}_{c,e}\) 以上でなければならない 0.8 (セクション 5.4.3 AS / NZSの 1170.2).

表面	\({V }_{の,θ}\)	\({C}_{図,私}\)	\({C}_{p,私}\)	\({K}_{c,私}\)	設計圧力 \(p ), 上手
内圧	41.20	0.0	0.0	0.8	0.0
	41.20	-0.16	-0.2	0.8	-162.94

設計圧力を要約すると、表に示されています 14 そして 15 外圧作用と内圧作用の効果を組み合わせる.

テーブル 14. 風上壁の計算された設計風圧.

高さ, メートル	外圧 \({p}_{e}\), 上手	内圧, 上手		複合圧力, 上手
		\({p}_{私,最高}\)	\({p}_{私,分}\)	\({p}_{e}-{p}_{私,最高}\)	\({p}_{e}-{p}_{私,分}\)
3	538.64	0.00	-162.94	538.64	701.58
6	560.16	0.00	-162.94	560.16	723.10
9	627.25	0.00	-162.94	627.25	790.19
10.06	570.29	0.00	-162.94	570.29	733.23

テーブル 15. 他の表面の計算された設計風圧.

表面	外圧 \({p}_{e}\), 上手	内圧, 上手		複合圧力, 上手
		\({p}_{私,最高}\)	\({p}_{私,分}\)	\({p}_{e}-{p}_{私,最高}\)	\({p}_{e}-{p}_{私,分}\)
風下の壁	-244.41	0.00	-162.94	-244.41	-81.47
側壁 (0 10.06mまで)	-529.55	0.00	-162.94	-529.55	-366.61
側壁 (10.06 19.507mまで)	-407.35	0.00	-162.94	-407.35	-244.41
ルーフ (風上)	-723.13	0.00	-162.94	-723.13	-560.19
	-320.99	0.00	-162.94	-320.99	-158.05
ルーフ (風下)	-409.79	0.00	-162.94	-409.79	-246.85
ルーフ (横風)	-733.23 (0 Hまで) -407.35 (hから2h) -244.41 (2hから3h) -162.94 (> 3h)	0.00	-162.94	-733.23 (0 Hまで) -407.35 (hから2h) -244.41 (2hから3h) -162.94 (> 3h)	-570.29 (0 Hまで) -244.41 (hから2h) -81.47 (2hから3h) 0 (> 3h)

各フレームの間隔は7.925mに等しいので, 1フレームを考慮, フレームに作用する同等の分布風荷重を図に示します。 23 そして 24. 考慮すべき2つの荷重ケースがあることに注意してください, 屋根の風上圧力の最大絶対値は、それぞれの場合に考慮されます.

図 23. 1フレームの同等の設計風圧 (場合 1).

図 24. 1フレームの同等の設計風圧 (場合 2).

これらの計算はすべて、 SkyCivの風力負荷ソフトウェア ASCE 7-10, 7-16, に 1991, NBBC 2015, なので 4055 とAS 1170. ユーザーはサイトの場所に入力して、風速と地形要素を取得できます, 建物パラメータを入力して風圧を生成する. プロフェッショナルアカウントで, ユーザーはこれを構造モデルに自動的に適用し、すべて1つのソフトウェアで構造解析を実行できます.

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参考文献:

• 合同技術委員会. (2011). AS / NZS 1170.2: 2011 構造設計アクション-パート 2: 風のアクション. オーストラリア/ニュージーランド標準 (AS / NZS), 合同技術委員会BD-006, オーストラリア/ニュージーランド.