Um exemplo de ASCE 7-16 cálculos de carga de vento (procedimento direcional) para um edifício em forma de L
Neste artigo, um exemplo de cálculo de pressão de carga do vento para um edifício em forma de L em Córdoba, Tennessee será mostrado. Este cálculo será de acordo com ASCE 7-16 cálculos de carga de vento (procedimento direcional).
Para este estudo de caso, os dados da estrutura são os seguintes:
| Localização | Cordova, Memphis, Tennessee Elevação + 110,0 m |
| Ocupação | Diversos – Estrutura Industrial |
| Terreno | Terreno plano, agrícola |
| Dimensões | 28m (12largura m) x 24m (8largura m) No plano Altura da beirada 5 m Altura do ápice. 8 m Inclinação do telhado: 1:2 para quadro principal (26.57°) 3:4 para extensão (36.87°) Com abertura |
Um cálculo semelhante para uma construção de telhado de duas águas usando ASCE 7-10 (unidades imperiais) é referenciado neste exemplo e pode ser acessado usando este link. A fórmula para determinar a pressão do vento do projeto é:
Para edifícios fechados e parcialmente fechados:
\(p = qG{C}_{p} -{q}_{I}({GC}_{pi})\) (1)
Para edifícios abertos:
\(p = q{G}_{f}{C}_{p} -{q}({GC}_{pi})\) (2)
Onde:
\(G ) = fator de efeito de rajada
\({C}_{p}\) = coeficiente de pressão externa
\(({GC}_{pi})\)= coeficiente de pressão interna
\(q ) = pressão de velocidade, em PA, dado pela fórmula:
\(q = 0.613{K}_{z}{K}_{zt}{K}_{d}[object Window]) (3)
\(q ) = \({q}_{h}\) para paredes de sotavento, paredes laterais, e telhados,avaliada na altura média do telhado, \(h )
\(q ) = \({q}_{z}\) para paredes de barlavento, avaliado em altura, \([object Window])
\({q}_{I}\) = \({q}_{h}\) para pressão interna negativa, \((-{GC}_{pi})\) avaliação e \({q}_{z}\) para avaliação de pressão interna positiva \((+{GC}_{pi})\) de edifícios parcialmente fechados, mas podem ser considerados como \({q}_{h}\) para valor conservador.
\({K}_{z}\) = coeficiente de pressão de velocidade
\({K}_{zt}\)= fator topográfico
\({K}_{d}\)= fator de direcionalidade do vento
\(V ) = velocidade básica do vento em m / s
Categoria de Risco
A primeira coisa na determinação das pressões do vento do projeto é classificar a categoria de risco da estrutura, que se baseia no uso ou ocupação da estrutura. Uma vez que este exemplo é uma estrutura de planta, ela é classificada como Categoria de Risco IV. Ver Tabela 1.5-1 de ASCE 7-16 para mais informações sobre a classificação das categorias de risco.
Velocidade Básica do Vento, \(V )
Em ASCE 7-16, os dados de velocidade do vento podem ser obtidos a partir de Figuras 26.5-1 para 26.5-2. A partir de Figura 26.5-1A, Cordova, Memphis, Tennessee está perto do ponto vermelho mostrado na Figura 3 abaixo, e subsequentemente, a velocidade básica do vento, \(V ), é 52 em. Observe que os valores devem ser interpolados entre contornos de vento conhecidos.
SkyCiv pode automatizar os cálculos da velocidade do vento usando apenas alguns parâmetros. Experimente o nosso SkyCiv Free Wind Tool.
Categoria de Exposição
Ver Seção 26.7 de ASCE 7-16 detalha o procedimento na determinação da categoria de exposição.
Dependendo da direção do vento selecionada, a exposição da estrutura será determinada pelo setor de 45° a favor do vento. A exposição a ser adotada deve ser aquela que resultar na maior carga de vento vinda dessa direção. A descrição de cada classificação de exposição está detalhada nas Seções 26.7.2 e 26.7.3 de ASCE 7-16.
Para nosso exemplo, já que a localização da estrutura é em uma fazenda em Córdoba, Memphis, Tennessee, sem edificações com mais de 30 ft, a área é classificada como Exposição C. Uma ferramenta útil para determinar a categoria de exposição é visualizar o local potencial por meio de uma imagem de satélite (como o Google Maps, por exemplo).
Fator de direcionalidade do vento, \({K}_{d}\)
Os fatores de direcionalidade do vento, \({K}_{d}\), pois nossa estrutura são iguais a 0.85 uma vez que o edifício é o principal sistema de resistência à força do vento e também tem componentes e revestimento anexados à estrutura. Isso é mostrado em Tabela 26.6-1 de ASCE 7-16.
Fator Topográfico, \({K}_{zt}\)
Uma vez que a localização da estrutura é em um terreno plano, podemos assumir que o fator topográfico, \({K}_{zt}\), é 1.0. Caso contrário, o fator pode ser resolvido usando Figura 26.8-1 de ASCE 7-16. Para determinar se cálculos adicionais do fator topográfico são necessários, Vejo Seção 26.8.1, se o seu site não atender a todas as condições listadas, então o fator topográfico pode ser considerado como 1.0.
Observação: Fatores de topografia podem ser calculados automaticamente usando SkyCiv Wind Design Software. Para obter mais informações sobre o cálculo do fator de topografia, verifique isso artigo.
Fator de elevação do solo, \({K}_{e}\)
O fator de elevação do solo, \({K}_{e}\), é introduzido em ASCE 7-16 considerar a variação na densidade do ar com base na elevação do solo acima do nível médio do mar. Este fator pode ser calculado usando:
\( {K}_{e} = {e}^{-0.000119{z}_{g}}\) (4)
Onde:
\({z}_{g}\) é a elevação do solo acima do nível médio do mar em metros
Conseqüentemente, para este estudo de caso, já que a elevação do solo é + 110,0m, \({K}_{e}\) é igual a 0.987.
Coeficiente de pressão de velocidade, \({K}_{z}\)
O coeficiente de pressão de velocidade, \({K}_{z}\), pode ser calculado usando a Tabela 26.10-1 de ASCE 7-16. Este parâmetro depende da altura acima do nível do solo do ponto onde a pressão do vento é considerada, e a categoria de exposição. Além disso, os valores mostrados na tabela são baseados na seguinte fórmula:
Pra 4.6 m < \({z}\) < \({z}_{g}\): \({K}_{z} = 2.01(com/{z}_{g})^{2/uma}\) (5)
Pra \({z}\) < 4.6 m: \({K}_{z} = 2.01(4.6/{z}_{g})^{2/uma}\) (6)
Onde:
| Exposição | uma | \({z}_{g}\)(m) |
| Exposição B | 7.0 | 365.76 |
| Exposição C | 9.5 | 274.32 |
| Exposição D | 11.5 | 213.36 |
Geralmente, coeficientes de pressão de velocidade na altura média do telhado, \({K}_{h}\), e em cada andar, \({K}_{dia}\), são os valores que precisaríamos para resolver as pressões do vento do projeto. Para este exemplo, uma vez que a pressão do vento no lado do vento é parabólica por natureza, podemos simplificar esta carga assumindo que uma pressão uniforme é aplicada nas paredes entre os níveis do piso. Podemos simplificar a pressão do vento e dividi-la em 2 níveis, na altura do beiral (+5.0m), e na altura média do telhado (+6.5m). Além disso, uma = 9.5 e \({z}_{g}\) é igual a 274.32 m uma vez que a localização da estrutura é classificada como Exposição C.
| Elevação (m) | \( {K}_{z} \) |
| 5 (altura do beiral) | 0.865 |
| 6.5 (altura média do telhado) | 0.914 |
Pressão de velocidade, \( q \)
Da Equação (3), podemos resolver para a pressão de velocidade, \( q \) em PA, em cada elevação considerada.
| Elevação, m | \( {K}_{z} \) | \( {K}_{zt} \) | \( {K}_{d} \) | \( {K}_{e} \) | \( V \), em | \( q \), Nós vamos |
| 5 (altura do beiral) | 0.865 | 1.0 | 0.85 | 0.987 | 52 | 1202.87 |
| 6.5 (altura média do telhado) | 0.914 | 1.0 | 0.85 | 0.987 | 52 | \( {q}_{h} \) = 1271.01 |
Fator de efeito de rajada, \( G \)
O fator de efeito de rajada, \( G \), está configurado para 0.85 como a estrutura é considerada rígida (Seção 26.11 de ASCE 7-16).
Classificação do gabinete e coeficiente de pressão interna, \( ({GC}_{pi}) \)
A estrutura da planta é assumida como tendo aberturas que satisfaçam a definição de um edifício parcialmente fechado no Seção 26.2 de ASCE 7-16. Por isso, o coeficiente de pressão interna, \( ({GC}_{pi}) \), deverá ser +0.55 e -0.55 baseado em Tabela 26.13-1 de ASCE 7-16. Portanto:
\(+{p}_{I} = {q}_{I}(+G{C}_{pi}) \) = (1271.01)(+0.55) = 699.06 Nós vamos
\(-{p}_{I} = {q}_{I}(-G{C}_{pi}) \) = (1271.01)(-0.55) = -699.06 Nós vamos
Coeficiente de pressão externa, \({C}_{p}\)
Para edifícios fechados e parcialmente fechados, o coeficiente de pressão externa, \({C}_{p}\), é calculado usando as informações fornecidas em Figura 27.4-1 Através dos Figura 27.4-3. Para um edifício parcialmente fechado com telhado de duas águas, usar Figura 27.4-1. Coeficientes de pressão externa para as paredes e telhado são calculados separadamente usando os parâmetros de construção L, B e h, que são definidos na Nota 7 de Figura 27.4-1.
Para este exemplo, uma vez que a estrutura é assimétrica, quatro direções do vento serão consideradas: dois (2) para direção do vento paralela ao lado de 24m, e dois (2) para direção do vento paralela ao lado de 28m.
Para direção do vento paralela ao lado de 24 m
Por isso, precisamos calcular o L / B e h / L:
Altura média do telhado, h = 6.5 m
Comprimento de construção, L = 24 m
Largura de construção, B = 28 m
L / B = 0.857
h / L = 0.271
h / B = 0.232
Coeficientes de pressão da parede, \({C}_{p}\), e pressão externa, \({p}_{e}\)
.Para paredes, os coeficientes de pressão externa são calculados a partir da Figura 27.3-1 de ASCE 7-16 Onde \({q}_{h}\) = 1271.011 Nós vamos e \( G \) = 0.85.
| Superfície | h, m | Coeficientes de pressão da parede, \({C}_{p}\) | \({p}_{e}\), Nós vamos |
| Parede de barlavento | 5.0 | 0.8 | 817.953 |
| 6.5 | 0.8 | 864.288 | |
| Parede de sotavento | 6.5 | -0.5 | -540.180 |
| Paredes laterais | 6.5 | -0.7 | -756.252 |
Coeficientes de pressão do telhado, \({C}_{p}\), e pressão externa, \({p}_{e}\)
Para telhado, os coeficientes de pressão externa são calculados a partir da Figura 27.3-1 de ASCE 7-16 Onde \({q}_{h}\) = 1271.011 Nós vamos. Observe que para esta direção do vento, pressões do telhado a barlavento e sotavento (superfícies de telhado 1 e 2) são calculados usando θ = 36,87 ° e θ = 0 ° para superfícies de telhado 3 e 4.
| Superfície | Localização | Coeficientes de pressão do telhado, \({C}_{p}\) | \({p}_{e}\), Nós vamos |
| Telhado de barlavento | – | 0.4 | 432.144 |
| Telhado de sotavento | – | -0.6 | -648.216 |
| Paralelo ao vento (ao longo do cume) | 0 para h da borda | -0.9 -0.18 |
-972.324 -194.465 |
| h a 2h da borda | -0.5 -0.18 |
-540.180 -194.465 |
|
| > 2h da borda | -0.3 -0.18 |
-324.108 -194.465 |
Portanto, combinando \({p}_{e}\) e \({p}_{I}\), as pressões de projeto correspondentes podem ser obtidas:
| Modelo | Superfície | Elevação / Localização, m | \({p}_{e}\), Nós vamos | \({p}_{e}\) – +\({p}_{I}\), Nós vamos | \({p}_{e}\) – -\({p}_{I}\), Nós vamos |
| Paredes | Parede de barlavento | 5.0 | 817.953 | 118.897 | 1517.009 |
| 6.5 | 864.288 | 165.231 | 1563.344 | ||
| Parede de sotavento | – | -540.180 | -1239.236 | 158.876 | |
| Paredes laterais | – | -756.252 | -1455.308 | -57.196 | |
| Cobertura | Barlavento | – | 432.144 | -266.912 | 1131.200 |
| Sotavento | – | -648.216 | -1347.272 | 50.840 | |
| Apartamento (ao longo do cume) | 0 para h | -972.324 -194.465 |
-1671.380 -893.521 |
-273.267 504.592 |
|
| h a 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 |
Para direção do vento paralela ao lado de 28m
Por isso, precisamos calcular o L / B e h / L:
Altura média do telhado, h = 6.5 m
Comprimento de construção, L = 28 m
Largura de construção, B = 24 m
L / B = 0.857
h / L = 0.232
h / B = 0.271
Coeficientes de pressão da parede, \({C}_{p}\), e pressão externa, \({p}_{e}\)
.Para pressão de parede de projeto, os coeficientes de pressão externa são calculados a partir da Figura 27.3-1 de ASCE 7-16 Onde \({q}_{h}\) = 1271.011 Nós vamos e \( G \) = 0.85.
| Superfície | h, m | Coeficientes de pressão da parede, \({C}_{p}\) | \({p}_{e}\), Nós vamos |
| Parede de barlavento | 5.0 | 0.8 | 817.953 |
| 6.5 | 0.8 | 864.288 | |
| Parede de sotavento | 6.5 | -0.467 | -504.528 |
| Paredes laterais | 6.5 | -0.7 | -756.252 |
Coeficientes de pressão do telhado, \({C}_{p}\), e pressão externa, \({p}_{e}\)
Para telhado, os coeficientes de pressão externa são calculados a partir da Figura 27.3-1 de ASCE 7-16 Onde \({q}_{h}\) = 1271.011 Nós vamos. Observe que para esta direção do vento, pressões do telhado a barlavento e sotavento (superfícies de telhado 3 e 4) são calculados usando θ = 26,57 ° e θ = 0 ° para superfícies de telhado 1 e 2.
| Superfície | Localização | Coeficientes de pressão do telhado, \({C}_{p}\) | \({p}_{e}\), Nós vamos |
| Telhado de barlavento | – | -0.2 0.3 |
-216.072 324.108 |
| Telhado de sotavento | – | -0.6 | -648.216 |
| Paralelo ao vento (ao longo do cume) | 0 para h da borda | -0.9 -0.18 |
-972.324 -194.465 |
| h a 2h da borda | -0.5 -0.18 |
-540.180 -194.465 |
|
| > 2h da borda | -0.3 -0.18 |
-324.108 -194.465 |
Portanto, combinando \({p}_{e}\) e \({p}_{I}\), as pressões de projeto correspondentes podem ser obtidas:
| Modelo | Superfície | Elevação / Localização, m | \({p}_{e}\), Nós vamos | \({p}_{e}\) – +\({p}_{I}\), Nós vamos | \({p}_{e}\) – -\({p}_{I}\), Nós vamos |
| Paredes | Parede de barlavento | 5.0 | 817.953 | 118.897 | 1517.009 |
| 6.5 | 864.288 | 165.231 | 1563.344 | ||
| Parede de sotavento | – | -504.528 | -1203.584 | 194.528 | |
| Paredes laterais | – | -756.252 | -1455.308 | -57.196 | |
| Cobertura | Barlavento | – | -216.072 324.108 |
-915.128 -374.948 |
482.984 1023.164 |
| Sotavento | – | -648.216 | -1347.272 | 50.840 | |
| Apartamento (ao longo do cume) | 0 para h | -972.324 -194.465 |
-1671.380 -893.521 |
-273.267 504.592 |
|
| h a 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 |
Engenheiro estrutural, Desenvolvimento de Produto
MS Engenharia Civil
Referências:
- Coulbourne, C. EU., & Stafford, T. E. (2020, abril). Cargas de Vento: Guia para as provisões de carga de vento de ASCE 7-16. Sociedade Americana de Engenheiros Civis.
- Sociedade Americana de Engenheiros Civis. (2017, Junho). Cargas mínimas de projeto e critérios associados para edifícios e outras estruturas. Sociedade Americana de Engenheiros Civis.
