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É 875-3 Exemplo de cálculo de carga de vento

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Neste artigo, cálculos de carga de vento A SkyCiv lançou uma calculadora de carga de vento gratuita que possui várias referências de código, incluindo o ASCE, cálculos de carga de vento A SkyCiv lançou uma calculadora de carga de vento gratuita que possui várias referências de código, incluindo o ASCE, Índia (18.945695° N, 74.564866° E) cálculos de carga de vento A SkyCiv lançou uma calculadora de carga de vento gratuita que possui várias referências de código, incluindo o ASCE. cálculos de carga de vento A SkyCiv lançou uma calculadora de carga de vento gratuita que possui várias referências de código, incluindo o ASCE 875-3:2015 cálculos de carga de vento. SkyCivcalculadora de carga de vento grátis recently added the IS 875-3 cálculos de carga de vento, por isso, vamos demonstrar como calcular as cargas de vento, by using an S3D Barnhouse model below:

Figura 1. Barnhouse model in SkyCiv S3D as an example.

Para este estudo de caso, os dados da estrutura são os seguintes:

Figura 2. Localização do site (do Google Maps).
LocalizaçãoWalwane, cálculos de carga de vento A SkyCiv lançou uma calculadora de carga de vento gratuita que possui várias referências de código, incluindo o ASCE, Índia (18.945695° N, 74.564866° E)
OcupaçãoMiscellaneous – Farm structure
TerrenoFlat open land
DimensõesB = 4 m × L = 14 estou no plano
H =
Altura da beirada de 2.4 m
Altura do ápice em elev. 3.4 m
Inclinação do telhado 1:2 (26.565°)
No opening
CladdingPurlins spaced at 0.745m
Wall studs spaced at 0.8m
Mesa 1. Dados de construção necessários para nosso cálculo de vento.

Using the IS 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 com (in m/s): Vcom = Vbk1k2k3k4 (1)

Onde:
Vb é oVelocidade básica do vento, em
k1 é o Probability factor (risk coefficient) baseado em 6.3.1 de IS 875-3
k2 é o Terrain roughness and height factor baseado em 6.3.2 de IS 875-3
k3 é o Topography factor baseado em 6.3.3 de IS 875-3
k4 é o Importance factor for the cyclonic region based on 6.3.4 de IS 875-3

Design wind pressure (em PA): pd = KdKumaKcpcom (2)

Onde:
Kd é o Wind directionality factor baseado em 7.2.1 de IS 875-3. Equal to 1.0 when considering local pressure coefficients.
Kuma é o Area averaging factor baseado em 7.2.2 de IS 875-3
Kc é o Combination factor baseado em 7.3.3.13 É 875-3
pcom é igual a 0.60Vcom2 em PA
Observe que pd should not be taken less than 0.70pcom

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

Wind force on surface or members (in N): F = (Csobre – Cpi)Apd (3)

Onde:
UMA is the surface area of the structural element or cladding unit
Csobre is the external pressure coefficients
Cpeu is the internal pressure coefficients

Iremos nos aprofundar nos detalhes de cada parâmetro abaixo.

Velocidade Básica do Vento Vb

Da Figura 1 de IS 875-3, the site location is situation of the map where the basic wind speed Vb é igual a 39 em.

Figura 3. Basic wind speed data based on Figure 1 de IS 875-3: 2015.

SkyCiv can automate the wind speed calculations just defining the site location in India. Experimente o nosso SkyCiv Free Wind Tool.

Fator de Probabilidade (Risk Coefficient) k1

Mesa 1 de IS 875-3 presents the risk coefficients for different classes of structures in different wind speed zones. Para esta estrutura, since it is a barnhouse and will be used to shelter some livestock animals, the structure is classified under Buildings and structures presenting a low degree of hazard to life and property in the event of failure, such as isolated towers in wooded areas, farm buildings other than residential buildings.Conseqüentemente, da mesa 1 de IS 875-3, o correspondente probability factor (risk coefficient) k1 é igual a 0.92.

Figura 4. Risk coefficients table from IS 875-3:2015.

Rugosidade do terreno e fator de altura k2

Para esta estrutura, it is located at the center of a farm where there are no immediate obstructions. Conseqüentemente, the terrain can be classified as Categoria 1. Using Table 2 de IS 875-3:2015, we can obtain k2 valores (which varies depending on the height being considered):

Alturak2
Reference height, H = 2.4 m1.05

Topography Factor k3

In order to account for topographic effects, we need to get the elevation data of the location for the eight (8) direções cardinais – N, S, C, E, NW, NASCIDO, Antes de carregar sua estrutura, and SEusing Google elevation API. Based on the data, we can generally assume that the terrain is “Apartamento” for all directions. Conseqüentemente, baseado em 6.3.3 de IS 875-3:2015, we can set our k3 Caso de carga A 1.0.

Fator de Importância k4

Since the site location is not located within the east coast of India and the structure will only be used for agricultural purposes, o valor de k4 é igual a 1.0 baseado em 6.3.4 de IS 875-3:2015

Design Wind Speed Vcom

From the factors above, we can already solve the design wind speed Vcom usando equação (1):

LevelVb emk1k2k3k4Vcom em
H = 2.4 m39.00.921.051.01.037.674

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

Fator de direcionalidade do vento Kd

A partir de 7.2.1 de IS 875-3:2015, a Fator de direcionalidade do vento Kd é igual a 0.9 for frames and when considering local pressure coefficients, will be equal to 1.0. Para este exemplo, nós vamos usar Kd Caso de carga A 1.0 for purlins and wall studies and for Kd Caso de carga A 0.9 for the columns and trusses.

Área Averaging Factor Kuma

O Área Averaging Factor Kuma pode ser calculado usando a Tabela 4 de IS 875-3:2015:

Kuma = 1.0 for area less than or equal to 10 m2.
Kuma = 0.9 for area equal to 25 m2.
Kuma = 0.8 for area greater than or equal to 100 m2.

Observe que Kuma can be linearly interpolated between values. Para esta estrutura, we need to get the tributary areas of columns for windward (Zona A), sotavento (Zona B), sidewalls (Zone C and D), and truss for the roof. além disso, we will also consider the tributary area of the wall studs and purlins.

ComponentÁrea, m2.Kuma
Coluna2.4×3.5 m = 8.4 m2.1.0
Truss4×3.5 m (projection) = 14 m2.0.97
Wall studs0.8×3.5 m = 2.8 m2.1.0
Terças0.745×3.5 m = 2.608 m2.1.0

Combination factor Kc

Since we will considered the simultaneous action of wall and roof pressures and internal pressures, the assumed Combination factor Kc é igual a 0.9 como referenciado em 7.3.3.13 de IS 875-3:2015.

Projetar a pressão do vento, pd

Usando Equação (2), we can calculate the design wind pressure, pd, Observe que pcom = 851.598 Nós vamos e pd should not be less than 0.7pcom ou 596.119Nós vamos.

ComponentKumaKdKcpcompd
Coluna1.01.00.9851.598766.438
Truss0.971.00.9851.598743.445
Wall studs1.01.00.9851.598766.438
Terças1.01.00.9851.598766.438

From these data, we need to calculate the pressure coefficients in order to distribute the design pressure to the components.

Internal Pressure Coefficients Cpi

O internal pressure coefficients Cpi can be determined from 7.3.2 de IS 875-3:2015. Para esta estrutura, it is assumed the total opening on the wall is less than 5 percent of the total wall area. Portanto, a Cpi values for this example are +0.2 e -0.2.

External Pressure Coefficients Csobre

O External Pressure Coefficients Csobre depend on certain parameters such as height, largura, comprimento, roof angle, and roof profile.

Wall External Pressure Coefficients

The external pressure coefficients for walls depend on h/w e l/w Razão, Onde h is the eave height, C is the least dimension of the building, e eu is the larger dimension of the building. Para este exemplo, h = H, l = L, e w = B. Portanto, h/w = 0.6 e l/w = 3.5. Da mesa 5 de IS 875-3:2015, o correspondente Csobre values are as follows:

Figura 5. Wall zones for rectangular building based on IS 875-3:2015.

For wind angle = 0 graus:

Zone/SurfaceCsobre
Zona A – Parede de barlavento+0.7
Zona B – Parede de sotavento-0.3
Zona C – Parede lateral-0.7
Zona D – Parede lateral-0.7
Local zone
(0.25w from edge)
-1.1

For wind angle = 90 graus:

Zone/SurfaceCsobre
Zona A – Parede de barlavento-0.5
Zona B – Parede de sotavento-0.5
Zona C – Parede lateral+0.7
Zona D – Parede lateral-0.1
Local zone
(0.25w from edge)
-1.1

Observe que C = 4 m.

Roof External Pressure Coefficients

Para esta estrutura, since the roof profile is gable or duopitch, the roof external pressure coefficients will be calculated based on Table 6 de IS 875-3:2015. For this example since h/w = 0.6, and the roof angle is 26.565°, a Csobre values will be interpolated using the following values:

Figura 6. Roof zones for pitched/gable roof based on IS 875-3:2015 – plan view.

Observação: Y = 0.15w = 0.6m

For wind angle = 0 graus:

Roof angleZone EF – BarlaventoCpe-Cpi – Sotavento
20°-0.7-0.5
26.565°-0.109-0.5
30°-0.2-0.5

For wind angle = 90 graus:

Roof angleZone EG – CrosswindZone FHCrosswind
20°-0.8-0.6
26.565°-0.8-0.6
30°-0.8-0.6

For local pressures:

Roof angleCpe-CpiCpe-Cpi
20°-1.5-1.0
26.565°-1.172-1.0
30°-1.0-1.0

The final roof pressure coefficients will be:

Zone/SurfaceWind direction – 0 grausWind direction – 90 graus
Zone EF – Barlavento-0.109
Cpe-Cpi – Sotavento-0.5
Zone EG – Crosswind-0.8
Zone FH – Crosswind-0.6
Cpe-Cpi-1.172-1.172
Cpe-Cpi-1.0-1.0

Combined internal and external pressures

From the values above, the wind force can be calculated using Equation (3). Contudo, for simplicity, we will just be getting the design pressure (not multiplying the values to the area UMA) and also will be considering the wind direction angle 0 graus for the main frame (column and truss). The frame spacing is equal to 3.5m. Observe que pd = 766.438 Nós vamos for both column and wall studs.

For columns and wall studs – 0 graus:

Zone/SurfaceCsobreCpiCsobreCpip = pd(Csobre-Cpi) Nós vamosFor Column
px3.5m N/m
For wall studs
px0.8m N/m
Zona A – Parede de barlavento0.7+0.2
-0.2
+0.5
+0.9
383.219
689.795
1341.267
2414.281
306.575
551.836
Zona B – Parede de sotavento-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. além disso, 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 (Locais canadenses para obter a velocidade do vento como).

Locais canadenses para obter a velocidade do vento como – 0 Locais canadenses para obter a velocidade do vento como:

Zone/SurfaceCsobreCpiCsobreCpip = pd(Csobre-Cpi) Nós vamosTruss
px3.5m N/m
Terças
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
Cpe-Cpi-1.172+0.2
-0.2
-1.372
-0.972
-1051.553
-744.978
-3680.437
-2607.423
Cpe-Cpi-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. além disso, for the wall studs, it will be multiplied with 0.745m. Observe que pd = 766.438 Nós vamos for the purlins and pd = 743.445 Nós vamos for the truss.

Considering one critical framespacing is 3.5m:

Pra pd(Csobre – +Cpi):

Figura 7. Distributed load on a critical frame using pd(Csobre – +Cpi)x3.5m.

Pra pd(Csobre – -Cpi):

Figura 8. Distributed load on a critical frame using pd(Csobre – -Cpi)x3.5m.

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. a distribuição de pressão inclina um ângulo igual à inclinação do aterro, the design wind load are: -797.096 N/m for wall stud and -783.407N/m for the purlins,

Esses cálculos podem ser realizados usando SkyCiv’s Load Generator Software para IS 875-3 and other codes as well. Os usuários podem entrar em um local do site para obter a velocidade do vento e fatores de topografia, entrar em parâmetros de construção e gerar as pressões do vento. Experimente o nosso SkyCiv Free Wind Tool for wind speed and wind pressure calculations on gable structures.

Patrick Aylsworth Garcia Engenheiro Estrutural, Desenvolvimento de Produto
Patrick Aylsworth Garcia
Engenheiro estrutural, Desenvolvimento de Produto
MS Engenharia Civil
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Referências:

  • Design Loads (Other than Earthquake) for Buildings and Structures — Code of Practice (Papel 3 Wind Loads ed.). (2015). Bureau of Indian Standards.
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