Een voorbeeld van ASCE 7-16 berekeningen van windbelasting (directionele procedure) voor een L-vormig gebouw
In dit artikel, een voorbeeld van een windbelastingdrukberekening voor een L-vormig gebouw in Cordova, Tennessee wordt getoond. Deze berekening zal in overeenstemming zijn met ASCE 7-16 berekeningen van windbelasting (directionele procedure).
Voor deze case study, de structuurgegevens zijn als volgt:
| Plaats | Cordova, Memphis, Tennessee Hoogte + 110,0 m |
| Bezetting | Diversen – Plantstructuur |
| Terrein | Vlakke landbouwgrond |
| Dimensies | 28m (12m breedte) x 24m (8m breedte) in plan Eave hoogte van 5 m Apex hoogte op hoogte. 8 m Dakhelling: 1:2 voor hoofdframe (26.57°) 3:4 voor extensie (36.87°) Met opening |
Een vergelijkbare berekening voor een zadeldakconstructie met ASCE 7-10 (imperiale eenheden) waarnaar in dit voorbeeld wordt verwezen en die hiermee kan worden geopend link. De formule bij het bepalen van de ontwerpwinddruk is:
Voor gesloten en gedeeltelijk gesloten gebouwen:
\(p = qG{C}_{p} -{q}_{ik}({GC}_{pi})\) (1)
Voor open gebouwen:
\(p = q{G}_{f}{C}_{p} -{q}({GC}_{pi})\) (2)
Waarbij:
\(G ) = windvlaag-effectfactor
\({C}_{p}\) = externe drukcoëfficiënt
\(({GC}_{pi})\)= interne drukcoëfficiënt
\(q ) = snelheidsdruk, in Pa, gegeven door de formule:
\(q = 0.613{K}_{z}{K}_{zt}{K}_{d}V ^ 2 ) (3)
\(q ) = \({q}_{h}\) voor lijzijde muren, zijwanden, en daken,geëvalueerd op gemiddelde hoogte dak, \(h )
\(q ) = \({q}_{z}\) voor windmuren, beoordeeld op hoogte, \(z)
\({q}_{ik}\) = \({q}_{h}\) voor negatieve interne druk, \((-{GC}_{pi})\) evaluatie en \({q}_{z}\) voor positieve interne drukevaluatie \((+{GC}_{pi})\) van gedeeltelijk gesloten gebouwen, maar kan worden beschouwd als \({q}_{h}\) voor conservatieve waarde.
\({K}_{z}\) = snelheidsdrukcoëfficiënt
\({K}_{zt}\)= topografische factor
\({K}_{d}\)= windrichtingsfactor
\([object Window]) = basis windsnelheid in m / s
Risicocategorie
Het eerste dat bij het bepalen van de ontwerpwinddrukken wordt gedaan, is het classificeren van de risicocategorie van de constructie, die is gebaseerd op het gebruik of de bezetting van de structuur. Omdat dit voorbeeld een plantstructuur is, de structuur is geclassificeerd als Risicocategorie IV. Zien Tafel 1.5-1 van ASCE 7-16 voor meer informatie over classificatie van risicocategorieën.
Basis windsnelheid, \([object Window])
In ASCE 7-16, de windsnelheidsgegevens kunnen worden verkregen uit Figuren 26.5-1 naar 26.5-2. Van Figuur 26.5-1A, Cordova, Memphis, Tennessee bevindt zich in de buurt van de rode stip in figuur 3 hieronder, en vervolgens, de basis windsnelheid, \([object Window]), is 52 Mevrouw. Houd er rekening mee dat de waarden moeten worden geïnterpoleerd tussen bekende windcontouren.
SkyCiv kan de berekeningen van de windsnelheid automatiseren met slechts een paar parameters. Probeer onze SkyCiv Free Wind Tool.
Blootstellingscategorie
Zien Sectie 26.7 van ASCE 7-16 beschrijft de procedure voor het bepalen van de blootstellingscategorie.
Afhankelijk van de gekozen windrichting, de blootstelling van de constructie wordt bepaald vanuit de upwind 45 ° sector. De blootstelling die moet worden aangenomen, moet de blootstelling zijn die de hoogste windbelasting uit de genoemde richting zal opleveren. De beschrijving van elke blootstellingsclassificatie wordt gedetailleerd in Sectie 26.7.2 en 26.7.3 van ASCE 7-16.
Voor ons voorbeeld, aangezien de locatie van de structuur zich op een landbouwgrond in Cordova bevindt, Memphis, Tennessee, zonder gebouwen hoger dan 30 ft, daarom is het gebied geclassificeerd als Blootstelling C. Een handig hulpmiddel bij het bepalen van de belichtingscategorie is om uw potentiële site te bekijken via een satellietbeeld (Google Maps bijvoorbeeld).
Wind Directionaliteitsfactor, \({K}_{d}\)
De windrichtingsfactoren, \({K}_{d}\), voor onze structuur zijn beide gelijk aan 0.85 aangezien het gebouw het belangrijkste windkrachtbestendige systeem is en ook componenten en bekleding heeft die aan de constructie zijn bevestigd. Dit wordt weergegeven in Tafel 26.6-1 van ASCE 7-16.
Topografische factor, \({K}_{zt}\)
Omdat de locatie van de structuur zich in een vlakke landbouwgrond bevindt, we kunnen aannemen dat de topografische factor, \({K}_{zt}\), is 1.0. Anders, de factor kan worden opgelost met Figuur 26.8-1 van ASCE 7-16. Om te bepalen of verdere berekeningen van de topografische factor nodig zijn, zien Sectie 26.8.1, als uw site niet aan alle vermelde voorwaarden voldoet, dan kan de topografische factor worden genomen als 1.0.
Notitie: Topografische factoren kunnen automatisch worden berekend met SkyCiv Wind Design Software. Voor meer informatie over de berekening van de topografische factor, Controleer dit artikel.
Grondhoogtefactor, \({K}_{e}\)
De grondverhogingsfactor, \({K}_{e}\), wordt geïntroduceerd in ASCE 7-16 om de variatie in de luchtdichtheid te beschouwen op basis van grondhoogte boven gemiddeld zeeniveau. Deze factor kan worden berekend met:
\( {K}_{e} = {e}^{-0.000119{z}_{g}}\) (4)
Waarbij:
\({z}_{g}\) is de hoogte van de grond boven zeeniveau in meters
Vandaar, voor deze case study, aangezien de grondhoogte + 110,0 m is, \({K}_{e}\) is gelijk aan 0.987.
Snelheidsdrukcoëfficiënt, \({K}_{z}\)
De snelheidsdrukcoëfficiënt, \({K}_{z}\), kan worden berekend met behulp van tabel 26.10-1 van ASCE 7-16. Deze parameter is afhankelijk van de hoogte boven het maaiveld van het punt waar de winddruk wordt beschouwd, en de blootstellingscategorie. Bovendien, de waarden in de tabel zijn gebaseerd op de volgende formule:
Voor 4.6 m < \({z}\) < \({z}_{g}\): \({K}_{z} = 2.01(met/{z}_{g})^{2/een}\) (5)
Voor \({z}\) < 4.6 m: \({K}_{z} = 2.01(4.6/{z}_{g})^{2/een}\) (6)
Waarbij:
| Blootstelling | een | \({z}_{g}\)(m) |
| Blootstelling B | 7.0 | 365.76 |
| Blootstelling C | 9.5 | 274.32 |
| Blootstelling D | 11.5 | 213.36 |
Meestal, snelheidsdrukcoëfficiënten op de gemiddelde dakhoogte, \({K}_{h}\), en op elke verdieping, \({K}_{dag}\), zijn de waarden die we nodig hebben om de ontwerpwinddruk op te lossen. Voor dit voorbeeld, aangezien de winddruk aan de loefzijde parabolisch van aard is, we kunnen deze belasting vereenvoudigen door aan te nemen dat er gelijkmatige druk wordt uitgeoefend op wanden tussen vloerniveaus. We kunnen de loefdruk vereenvoudigen en verdelen in 2 niveaus, op de dakrandhoogte (+5.0m), en op de gemiddelde dakhoogte (+6.5m). Bovendien, een = 9.5 en \({z}_{g}\) is gelijk aan 274.32 m aangezien de locatie van de constructie is geclassificeerd als blootstelling C.
| Verhoging (m) | \( {K}_{z} \) |
| 5 (eave hoogte) | 0.865 |
| 6.5 (gemiddelde dakhoogte) | 0.914 |
Snelheidsdruk, \( q \)
Uit vergelijking (3), we kunnen oplossen voor de snelheidsdruk, \( q \) in Pa, op elke hoogte die wordt overwogen.
| Verhoging, m | \( {K}_{z} \) | \( {K}_{zt} \) | \( {K}_{d} \) | \( {K}_{e} \) | \( V \), Mevrouw | \( q \), Goed |
| 5 (eave hoogte) | 0.865 | 1.0 | 0.85 | 0.987 | 52 | 1202.87 |
| 6.5 (gemiddelde dakhoogte) | 0.914 | 1.0 | 0.85 | 0.987 | 52 | \( {q}_{h} \) = 1271.01 |
Gust-effectfactor, \( G \)
De windvlaag-factor, \( G \), ingesteld op 0.85 aangezien de structuur star wordt aangenomen (Sectie 26.11 van ASCE 7-16).
Behuizingsclassificatie en interne drukcoëfficiënt, \( ({GC}_{pi}) \)
Aangenomen wordt dat de installatiestructuur openingen heeft die voldoen aan de definitie van a gedeeltelijk omsloten gebouw in Sectie 26.2 van ASCE 7-16. Dus, de interne drukcoëfficiënt, \( ({GC}_{pi}) \), zal zijn +0.55 en -0.55 te krijgen op basis van Tafel 26.13-1 van ASCE 7-16. Daarom:
\(+{p}_{ik} = {q}_{ik}(+G{C}_{pi}) \) = (1271.01)(+0.55) = 699.06 Goed
\(-{p}_{ik} = {q}_{ik}(-G{C}_{pi}) \) = (1271.01)(-0.55) = -699.06 Goed
Externe drukcoëfficiënt, \({C}_{p}\)
Voor gesloten en gedeeltelijk gesloten gebouwen, de externe drukcoëfficiënt, \({C}_{p}\), wordt berekend met behulp van de informatie in Figuur 27.4-1 door Figuur 27.4-3. Voor een gedeeltelijk gesloten gebouw met een zadeldak, gebruik Figuur 27.4-1. Externe drukcoëfficiënten voor muren en dak worden afzonderlijk berekend met de bouwparameters L, B en h, die zijn gedefinieerd in Opmerking 7 van Figuur 27.4-1.
Voor dit voorbeeld, omdat de structuur asymmetrisch is, er wordt rekening gehouden met vier windrichtingen: twee (2) voor windrichting parallel aan 24m zijde, en twee (2) voor windrichting parallel aan 28m zijde.
Voor windrichting parallel aan 24m zijde
Dus, we moeten de L / B en h / L berekenen:
Dak gemiddelde hoogte, h = 6.5 m
Lengte gebouw, L = 24 m
Breedte van het gebouw, B = 28 m
L / B = 0.857
h / L = 0.271
h / B = 0.232
Wanddrukcoëfficiënten, \({C}_{p}\), en externe druk, \({p}_{e}\)
.Voor muren, de externe drukcoëfficiënten worden berekend uit figuur 27.3-1 van ASCE 7-16 waar \({q}_{h}\) = 1271.011 Goed en \( G \) = 0.85.
| Oppervlakte | h, m | Wanddrukcoëfficiënten, \({C}_{p}\) | \({p}_{e}\), Goed |
| Bovenwindse muur | 5.0 | 0.8 | 817.953 |
| 6.5 | 0.8 | 864.288 | |
| Leeward muur | 6.5 | -0.5 | -540.180 |
| Zijwanden | 6.5 | -0.7 | -756.252 |
Dakdrukcoëfficiënten, \({C}_{p}\), en externe druk, \({p}_{e}\)
Voor dak, de externe drukcoëfficiënten worden berekend uit figuur 27.3-1 van ASCE 7-16 waar \({q}_{h}\) = 1271.011 Goed. Merk op dat voor deze windrichting, bovenwindse en lijzijde dakdrukken (dakoppervlakken 1 en 2) worden berekend met θ = 36,87 ° en θ = 0 ° voor dakoppervlakken 3 en 4.
| Oppervlakte | Plaats | Dakdrukcoëfficiënten, \({C}_{p}\) | \({p}_{e}\), Goed |
| Bovenwindse dak | – | 0.4 | 432.144 |
| Leeward dak | – | -0.6 | -648.216 |
| Parallel aan de wind (langs de rand) | 0 tot h vanaf de rand | -0.9 -0.18 |
-972.324 -194.465 |
| u tot 2 u vanaf de rand | -0.5 -0.18 |
-540.180 -194.465 |
|
| > 2h vanaf de rand | -0.3 -0.18 |
-324.108 -194.465 |
Daarom, combineren \({p}_{e}\) en \({p}_{ik}\), de overeenkomstige ontwerpdrukken kunnen worden verkregen:
| Type | Oppervlakte | Hoogte / locatie, m | \({p}_{e}\), Goed | \({p}_{e}\) – +\({p}_{ik}\), Goed | \({p}_{e}\) – -\({p}_{ik}\), Goed |
| Muren | Bovenwindse muur | 5.0 | 817.953 | 118.897 | 1517.009 |
| 6.5 | 864.288 | 165.231 | 1563.344 | ||
| Leeward muur | – | -540.180 | -1239.236 | 158.876 | |
| Zijwanden | – | -756.252 | -1455.308 | -57.196 | |
| Dak | Bovenwaarts | – | 432.144 | -266.912 | 1131.200 |
| Leeward | – | -648.216 | -1347.272 | 50.840 | |
| Vlak (langs de rand) | 0 tot h | -972.324 -194.465 |
-1671.380 -893.521 |
-273.267 504.592 |
|
| u tot 2 u | -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 |
Voor windrichting parallel aan 28m zijde
Dus, we moeten de L / B en h / L berekenen:
Dak gemiddelde hoogte, h = 6.5 m
Lengte gebouw, L = 28 m
Breedte van het gebouw, B = 24 m
L / B = 0.857
h / L = 0.232
h / B = 0.271
Wanddrukcoëfficiënten, \({C}_{p}\), en externe druk, \({p}_{e}\)
.Voor design wanddruk, de externe drukcoëfficiënten worden berekend uit figuur 27.3-1 van ASCE 7-16 waar \({q}_{h}\) = 1271.011 Goed en \( G \) = 0.85.
| Oppervlakte | h, m | Wanddrukcoëfficiënten, \({C}_{p}\) | \({p}_{e}\), Goed |
| Bovenwindse muur | 5.0 | 0.8 | 817.953 |
| 6.5 | 0.8 | 864.288 | |
| Leeward muur | 6.5 | -0.467 | -504.528 |
| Zijwanden | 6.5 | -0.7 | -756.252 |
Dakdrukcoëfficiënten, \({C}_{p}\), en externe druk, \({p}_{e}\)
Voor dak, de externe drukcoëfficiënten worden berekend uit figuur 27.3-1 van ASCE 7-16 waar \({q}_{h}\) = 1271.011 Goed. Merk op dat voor deze windrichting, bovenwindse en lijzijde dakdrukken (dakoppervlakken 3 en 4) worden berekend met θ = 26,57 ° en θ = 0 ° voor dakoppervlakken 1 en 2.
| Oppervlakte | Plaats | Dakdrukcoëfficiënten, \({C}_{p}\) | \({p}_{e}\), Goed |
| Bovenwindse dak | – | -0.2 0.3 |
-216.072 324.108 |
| Leeward dak | – | -0.6 | -648.216 |
| Parallel aan de wind (langs de rand) | 0 tot h vanaf de rand | -0.9 -0.18 |
-972.324 -194.465 |
| u tot 2 u vanaf de rand | -0.5 -0.18 |
-540.180 -194.465 |
|
| > 2h vanaf de rand | -0.3 -0.18 |
-324.108 -194.465 |
Daarom, combineren \({p}_{e}\) en \({p}_{ik}\), de overeenkomstige ontwerpdrukken kunnen worden verkregen:
| Type | Oppervlakte | Hoogte / locatie, m | \({p}_{e}\), Goed | \({p}_{e}\) – +\({p}_{ik}\), Goed | \({p}_{e}\) – -\({p}_{ik}\), Goed |
| Muren | Bovenwindse muur | 5.0 | 817.953 | 118.897 | 1517.009 |
| 6.5 | 864.288 | 165.231 | 1563.344 | ||
| Leeward muur | – | -504.528 | -1203.584 | 194.528 | |
| Zijwanden | – | -756.252 | -1455.308 | -57.196 | |
| Dak | Bovenwaarts | – | -216.072 324.108 |
-915.128 -374.948 |
482.984 1023.164 |
| Leeward | – | -648.216 | -1347.272 | 50.840 | |
| Vlak (langs de rand) | 0 tot h | -972.324 -194.465 |
-1671.380 -893.521 |
-273.267 504.592 |
|
| u tot 2 u | -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 |
Bouwkundig ingenieur, Product ontwikkeling
MS Civiele Techniek
Referenties:
- Coulbourne, W. L., & Stafford, T. E. (2020, april). Windbelastingen: Gids voor de windbelastingbepalingen van ASCE 7-16. American Society of Civil Engineers.
- American Society of Civil Engineers. (2017, juni). Minimale ontwerpbelastingen en bijbehorende criteria voor gebouwen en andere constructies. American Society of Civil Engineers.
