IS の完全に機能する例 875-3 風荷重計算

記事上で, an example wind load pressure calculation for a building in Walwane, マハラシュトラ, インド (18.945695° N, 74.564866° E) 表示されます. この計算は IS に従って行われます。 875-3:2015 風荷重計算. SkyCiv無料風荷重計算機 recently added the IS 875-3 風荷重計算, したがって, 風荷重を計算する方法を示します, 以下の S3D Barnhouse モデルを使用して:

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	Walwane, マハラシュトラ, インド (18.945695° N, 74.564866° E)
占有	Miscellaneous – Farm structure
地形	Flat open land
外形寸法	B = 4 m × L = 14 計画中のm H = 庇高さ 2.4 メートル 標高での頂点の高さ. 3.4 メートル 屋根の傾斜 1:2 (26.565°) No opening
クラッド	Purlins spaced at 0.745m Wall studs spaced at 0.8m

IS の使用 875-3: 2015, the design wind speed for the location and the design wind pressure for the rectangular building with pitched roof can be solved using the equations below:

Design wind speed at height と (m/sで): V _と = V_bk₁k₂k₃k₄ (1)

どこ:
V _b それは基本風速, MS
k₁ それは 確率係数 (リスク係数) に基づく 6.3.1 ISの 875-3
k₂ それは Terrain roughness and height factor に基づく 6.3.2 ISの 875-3
k₃ それは Topography factor に基づく 6.3.3 ISの 875-3
k₄ それは 重要度 に基づくサイクロン領域の 6.3.4 ISの 875-3

設計風圧 (Paで): p_d = K_dK_aK_cp_と (2)

どこ:
K_d それは Wind directionality factor に基づく 7.2.1 ISの 875-3. に等しい 1.0 局所圧力係数を考慮する場合.
K_a それは Area averaging factor に基づく 7.2.2 ISの 875-3
K_c それは Combination factor に基づく 7.3.3.13 IS 875-3
p_と に等しい 0.60V _と² Paで
=建物またはその他の構造物の場所での地面からの高さ p_d should not be taken less than 0.70p_と

From the design pressure p_d obtained, the pressure will be distributed to the members of the by using:

Wind force on surface or members (in N): F = (C_オン – C_パイ)Ap_d (3)

どこ:
あ is the surface area of the structural element or cladding unit
C_オン is the external pressure coefficients
C_p私 is the internal pressure coefficients

以下の各パラメータの詳細を詳しく説明します.

基本風速 V _b

図から 1 ISの 875-3, the site location is situation of the map where the basic wind speed V _b に等しい 39 MS.

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確率係数 (Risk Coefficient) k₁

テーブル 1 ISの 875-3 presents the risk coefficients for different classes of structures in different wind speed zones. この構造の場合, それは納屋であり、いくつかの家畜を保護するために使用されるため, the structure is classified under “Buildings and structures presenting a low degree of hazard to life and property in the event of failure, 樹木が茂った地域の孤立した塔など, farm buildings other than residential buildings.” したがって, 表から 1 ISの 875-3, 対応します probability factor (リスク係数) k₁ に等しい 0.92.

地形の粗さと高さの係数 k₂

この構造の場合, it is located at the center of a farm where there are no immediate obstructions. したがって, the terrain can be classified as カテゴリー 1. Using Table 2 ISの 875-3:2015, we can obtain k₂ 値 (which varies depending on the height being considered):

高さ	k2
Reference height, H = 2.4 メートル	1.05

Topography Factor k₃

In order to account for topographic effects, we need to get the elevation data of the location for the eight (8) 枢機卿の方向 – N, S, W, E, NW, 生まれ, SW, and SE – using Google elevation API. Based on the data, we can generally assume that the terrain is “平らな” 全方向に. したがって, に基づく 6.3.3 ISの 875-3:2015, we can set our k₃ に等しい 1.0.

重要度 k₄

Since the site location is not located within the east coast of India and the structure will only be used for agricultural purposes, の価値 k₄ に等しい 1.0 に基づく 6.3.4 ISの 875-3:2015

Design Wind Speed V _と

From the factors above, we can already solve the design wind speed V _と 式を使用する (1):

レベル	V b MS	k1	k2	k3	k4	V と MS
H = 2.4 メートル	39.0	0.92	1.05	1.0	1.0	37.674

From the design wind speed, we can calculate the design wind pressure p_d.

風向係数 K_d

から 7.2.1 ISの 875-3:2015, の 風向係数 K_d に等しい 0.9 for frames and when considering local pressure coefficients, に等しくなります 1.0. この例では, 我々は使用するだろう K_d に等しい 1.0 for purlins and wall studies and for K_d に等しい 0.9 for the columns and trusses.

範囲 Averaging Factor K_a

の 範囲 Averaging Factor K_a テーブルを使用して計算できます 4 ISの 875-3:2015:

K_a = 1.0 for area less than or equal to 10 平方メートル.
K_a = 0.9 for area equal to 25 平方メートル.
K_a = 0.8 面積以上 100 平方メートル.

=建物またはその他の構造物の場所での地面からの高さ K_a can be linearly interpolated between values. この構造の場合, 風上の列の支流領域を取得する必要があります (ゾーンA), 風下 (ゾーンB), サイドウォール (ゾーン C および D), と屋根のトラス. しかも, また、壁の間柱と母屋の支流の面積も考慮します。.

成分	範囲, 平方メートル.	Ka
カラム	2.4×3.5 m = 8.4 平方メートル.	1.0
トラス	4×3.5 メートル (投影) = 14 平方メートル.	0.97
壁鋲	0.8×3.5 m = 2.8 平方メートル.	1.0
母屋	0.745×3.5 m = 2.608 平方メートル.	1.0

Combination factor K_c

Since we will considered the simultaneous action of wall and roof pressures and internal pressures, the assumed Combination factor K_c に等しい 0.9 で参照されているように 7.3.3.13 ISの 875-3:2015.

設計風圧, p_d

方程式の使用 (2), we can calculate the design wind pressure, p_d, =建物またはその他の構造物の場所での地面からの高さ p_と = 851.598 上手 そして p_d should not be less than 0.7p_と または 596.119上手.

成分	Ka	Kd	Kc	pと	pd
カラム	1.0	1.0	0.9	851.598	766.438
トラス	0.97	1.0	0.9	851.598	743.445
壁鋲	1.0	1.0	0.9	851.598	766.438
母屋	1.0	1.0	0.9	851.598	766.438

これらのデータから, we need to calculate the pressure coefficients in order to distribute the design pressure to the components.

Internal Pressure Coefficients C_パイ

の internal pressure coefficients C_パイ can be determined from 7.3.2 ISの 875-3:2015. この構造の場合, 壁の総開口部は 5 総壁面積のパーセント. したがって, の C_パイ values for this example are +0.2 そして -0.2.

External Pressure Coefficients C_オン

の External Pressure Coefficients C_オン depend on certain parameters such as height, 幅, 長さ, 屋根の角度, と屋根のプロファイル.

Wall External Pressure Coefficients

The external pressure coefficients for walls depend on h/w そして l/w 比, どこ h is the eave height, w is the least dimension of the building, そして l is the larger dimension of the building. この例では, h = H, l = L, そして w = B. したがって, h/w = 0.6 そして l/w = 3.5. テーブルから 5 ISの 875-3:2015, 対応します C_オン values are as follows:

風角 = 0 度:

Zone/Surface	Cオン
ゾーンA – 風上壁	+0.7
ゾーンB – 風下の壁	-0.3
ゾーンC – 側壁	-0.7
ゾーンD – 側壁	-0.7
Local zone (0.25w 端から)	-1.1

風角 = 90 度:

Zone/Surface	Cオン
ゾーンA – 風上壁	-0.5
ゾーンB – 風下の壁	-0.5
ゾーンC – 側壁	+0.7
ゾーンD – 側壁	-0.1
Local zone (0.25w 端から)	-1.1

=建物またはその他の構造物の場所での地面からの高さ w = 4 メートル.

Roof External Pressure Coefficients

この構造の場合, since the roof profile is gable or duopitch, the roof external pressure coefficients will be calculated based on Table 6 ISの 875-3:2015. For this example since h/w = 0.6, and the roof angle is 26.565°, の C_オン values will be interpolated using the following values:

注意: そして = 0.15w = 0.6メートル

風角 = 0 度:

屋根の角度	Zone EF – 風上	Zone GH – 風下
20°	-0.7	-0.5
26.565°	-0.109	-0.5
30°	-0.2	-0.5

風角 = 90 度:

屋根の角度	Zone EG – 横風	Zone FH – 横風
20°	-0.8	-0.6
26.565°	-0.8	-0.6
30°	-0.8	-0.6

For local pressures:

屋根の角度	Gable ends	Ridge zones
20°	-1.5	-1.0
26.565°	-1.172	-1.0
30°	-1.0	-1.0

The final roof pressure coefficients will be:

Zone/Surface	Wind direction – 0 度	Wind direction – 90 度
Zone EF – 風上	-0.109	–
Zone GH – 風下	-0.5	–
Zone EG – 横風	–	-0.8
Zone FH – 横風	–	-0.6
Gable ends	-1.172	-1.172
Ridge zones	-1.0	-1.0

Combined internal and external pressures

上記の値から, the wind force can be calculated using Equation (3). しかしながら, 簡単にするために, we will just be getting the design pressure (not multiplying the values to the area あ) and also will be considering the wind direction angle 0 度 for the main frame (column and truss). The frame spacing is equal to 3.5メートル. =建物またはその他の構造物の場所での地面からの高さ p_d = 766.438 上手 for both column and wall studs.

For columns and wall studs – 0 度:

Zone/Surface	Cオン	Cパイ	Cオン–Cパイ	p = pd(Cオン-Cパイ) 上手	For Column px3.5m N / m	For wall studs px0.8m N / m
ゾーンA – 風上壁	0.7	+0.2 -0.2	+0.5 +0.9	383.219 689.795	1341.267 2414.281	306.575 551.836
ゾーンB – 風下の壁	-0.3	+0.2 -0.2	-0.5 -0.1	-383.219 -76.644	-1341.267 -268.253	-306.575 -61.315
Local zone (1m from edge)	-1.1	+0.2 -0.2	-1.3 -0.9	-996.370 -689.795	-3487.295 -2414.281	-797.096 -551.836

The pressures on the columns will be multiplied to 3.5m in order to get a uniform load. しかも, for the wall studs, it will be multiplied with 0.8m. Note that a positive pressure means it is acting towards the surface and negative is acting away from the surface (suction).

For truss and purlins – 0 degress:

Zone/Surface	Cオン	Cパイ	Cオン–Cパイ	p = pd(Cオン-Cパイ) 上手	トラス px3.5m N / m	母屋 px0.745m N / m
Zone EF – Windward	-0.109	+0.2 -0.2	-0.309 +0.091	-229.725 67.654	-804.036 236.787	-171.145 50.402
Zone GH – Leeward	-0.5	+0.2 -0.2	-0.7 -0.3	-520.412 -223.034	-1821.441 -780.617	-387.707 -166.160
Gable ends	-1.172	+0.2 -0.2	-1.372 -0.972	-1051.553 -744.978	-3680.437 -2607.423	–
Ridge zones	-1.0	+0.2 -0.2	-1.2 -0.8	-919.726 -613.151	-3219.041 -2146.027	–

The pressures on the truss will be multiplied to 3.5m in order to get a uniform load. しかも, for the wall studs, it will be multiplied with 0.745m. =建物またはその他の構造物の場所での地面からの高さ p_d = 766.438 上手 for the purlins and p_d = 743.445 上手 for the truss.

Considering one critical frame – spacing is 3.5m:

ために p_d(C_オン – +C_パイ):

ために p_d(C_オン – -C_パイ):

For the design of wall studs and purlins, you just need to get the absolute maximum pressure acting on it and use it as the basis in calculating the design forces. この場合, the design wind load are: -797.096 N/m for wall stud and -783.407N/m for the purlins,

これらの計算はすべて、 SkyCiv’s Load Generator Software ISの場合 875-3 and other codes as well. 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. 私たちを試してみてください SkyCiv Free Wind Tool for wind speed and wind pressure calculations on gable structures.

Skyciv Wind Load Calculator

参考文献:

• 設計荷重 (地震以外) for Buildings and Structures — Code of Practice (部 3 Wind Loads ed.). (2015). Bureau of Indian Standards.