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É 875-3 Exemplo de cálculo de carga de vento

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Figura 1. Modelo Barnhouse em SkyCiv S3D como exemplo.

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

Figura 2. Localização do site (do Google Maps).
LocalizaçãoContra-ataque, 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)
OcupaçãoDiversos - Estrutura da fazenda
TerrenoTerreno plano aberto
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°)
Sem abertura
CladdingTerças espaçadas em 0,745m
Pinos de parede espaçados em 0,8 m
Mesa 1. Dados de construção necessários para nosso cálculo de vento.

Usando o SI 875-3: 2015, a velocidade do vento de projeto para o local e a pressão do vento de projeto para o edifício retangular com telhado inclinado podem ser resolvidas usando as equações abaixo:

Velocidade do vento do projeto na altura z (em m/s): Vz = Vbk1k2k3k4 (1)

Onde:
Vb é oVelocidade básica do vento, em
k1 é o Fator de probabilidade (coeficiente de risco) baseado em 6.3.1 de IS 875-3
k2 é o Rugosidade do terreno e fator de altura baseado em 6.3.2 de IS 875-3
k3 é o Fator de topografia baseado em 6.3.3 de IS 875-3
k4 é o Fator de importância para a região ciclônica com base em 6.3.4 de IS 875-3

Pressão do vento do projeto (em PA): pd = KdKumaKcpz (2)

Onde:
Kd é o Fator de direcionalidade do vento baseado em 7.2.1 de IS 875-3. Igual a 1.0 ao considerar os coeficientes de pressão locais.
Kuma é o Fator de média de área baseado em 7.2.2 de IS 875-3
Kc é o Fator de combinação baseado em 7.3.3.13 É 875-3
pz é igual a 0.60Vz2 em PA
Observe que pd não deve ser tomado menos de 0.70pz

Da pressão de projeto pd obtido, a pressão será distribuída aos membros do usando:

Força do vento na superfície ou membros (Pousada): F = (Csobre – Cpi)Apd (3)

Onde:
A é a área da superfície do elemento estrutural ou unidade de revestimento
Csobre é o coeficiente de pressão externa
CpI é o coeficiente de pressão interna

Iremos nos aprofundar nos detalhes de cada parâmetro abaixo.

Velocidade Básica do Vento Vb

Da Figura 1 de IS 875-3, a localização do site é a situação do mapa onde a velocidade básica do vento Vb é igual a 39 em.

Figura 3. Dados básicos de velocidade do vento com base na Figura 1 de IS 875-3: 2015.

SkyCiv pode automatizar os cálculos de velocidade do vento apenas definindo a localização do site na Índia. Experimente o nosso SkyCiv Free Wind Tool.

Fator de Probabilidade (Coeficiente de Risco) k1

Mesa 1 de IS 875-3 apresenta os coeficientes de risco para diferentes classes de estruturas em diferentes zonas de velocidade do vento. Para esta estrutura, uma vez que é um galpão e será usado para abrigar alguns animais de gado, a estrutura é classificada em “Edifícios e estruturas que apresentam um baixo grau de risco à vida e à propriedade em caso de falha, como torres isoladas em áreas arborizadas, edifícios agrícolas que não sejam edifícios residenciais.” Conseqüentemente, da mesa 1 de IS 875-3, o correspondente fator de probabilidade (coeficiente de risco) k1 é igual a 0.92.

Figura 4. Tabela de coeficientes de risco do IS 875-3:2015.

Rugosidade do terreno e fator de altura k2

Para esta estrutura, está localizado no centro de uma fazenda onde não há obstruções imediatas. Conseqüentemente, o terreno pode ser classificado como Categoria 1. Usando a Tabela 2 de IS 875-3:2015, podemos obter k2 valores (que varia de acordo com a altura considerada):

Alturak2
Altura de referência, H = 2.4 m1.05

Fator de topografia k3

Para contabilizar os efeitos topográficos, precisamos obter os dados de elevação do local para os oito (8) direções cardinais – N, S, C, E, NO, NASCIDO, Antes de carregar sua estrutura, e SE – usando a API de elevação do Google. Com base nos dados, podemos geralmente supor que o terreno é “Apartamento” para todas as direções. Conseqüentemente, baseado em 6.3.3 de IS 875-3:2015, podemos definir nosso k3 Caso de carga A 1.0.

Fator de Importância k4

Como a localização do local não está localizada na costa leste da Índia e a estrutura será usada apenas para fins agrícolas, o valor de k4 é igual a 1.0 baseado em 6.3.4 de IS 875-3:2015

Velocidade do vento do projeto Vz

Dos fatores acima, já podemos resolver a velocidade do vento do projeto Vz usando equação (1):

NívelVb emk1k2k3k4Vz em
H = 2.4 m39.00.921.051.01.037.674

A partir da velocidade do vento do projeto, podemos calcular a pressão do vento do projeto 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 para quadros e ao considerar os coeficientes de pressão locais, será igual a 1.0. Para este exemplo, nós vamos usar Kd Caso de carga A 1.0 para estudos de terças e paredes e para Kd Caso de carga A 0.9 para as colunas e treliças.

Área Fator de média Kuma

A Área Fator de média Kuma pode ser calculado usando a Tabela 4 de IS 875-3:2015:

Kuma = 1.0 para área menor ou igual a 10 m2.
Kuma = 0.9 para área igual a 25 m2.
Kuma = 0.8 para área maior ou igual a 100 m2.

Observe que Kuma pode ser interpolado linearmente entre os valores. Para esta estrutura, precisamos obter as áreas tributárias das colunas para barlavento (Zona A), sotavento (Zona B), paredes laterais (Zona C e D), e treliça para o telhado. além disso, também consideraremos a área tributária das vigas e terças da parede.

ComponenteÁrea, m2.Kuma
Coluna2.4×3.5 m = 8.4 m2.1.0
Truss4×3.5 m (projeção) = 14 m2.0.97
Pinos de parede0.8×3.5 m = 2.8 m2.1.0
Terças0.745×3.5 m = 2.608 m2.1.0

Fator de combinação Kc

Uma vez que consideraremos a ação simultânea das pressões da parede e do telhado e das pressões internas, o suposto Fator de combinação 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), podemos calcular a pressão do vento do projeto, pd, Observe que pz = 851.598 Nós vamos e pd não deve ser inferior a 0.7pz ou 596.119Nós vamos.

ComponenteKumaKdKcpzpd
Coluna1.01.00.9851.598766.438
Truss0.971.00.9851.598743.445
Pinos de parede1.01.00.9851.598766.438
Terças1.01.00.9851.598766.438

A partir desses dados, precisamos calcular os coeficientes de pressão para distribuir a pressão de projeto para os componentes.

Coeficientes de Pressão Interna Cpi

A coeficientes de pressão interna Cpi pode ser determinado a partir 7.3.2 de IS 875-3:2015. Para esta estrutura, assume-se que a abertura total na parede é menor do que 5 por cento da área total da parede. Portanto, a Cpi os valores para este exemplo são +0.2 e -0.2.

Coeficientes de Pressão Externa Csobre

A Coeficientes de Pressão Externa Csobre dependem de certos parâmetros, como altura, largura, comprimento, ângulo do telhado, e perfil do telhado.

Coeficientes de Pressão Externa da Parede

Os coeficientes de pressão externa para paredes dependem s/p e l/w Razão, Onde h é a altura do beiral, C é a menor dimensão do edifício, e eu é a maior dimensão do edifício. Para este exemplo, h = H, l = L, e w = B. Portanto, h/p = 0.6 e l/w = 3.5. Da mesa 5 de IS 875-3:2015, o correspondente Csobre os valores são os seguintes:

Figura 5. Zonas de parede para edifício retangular baseado em IS 875-3:2015.

Para ângulo do vento = 0 graus:

Zona/SuperfícieCsobre
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
Zona local
(0.25w da borda)
-1.1

Para ângulo do vento = 90 graus:

Zona/SuperfícieCsobre
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
Zona local
(0.25w da borda)
-1.1

Observe que C = 4 m.

Coeficientes de Pressão Externa do Telhado

Para esta estrutura, uma vez que o perfil do telhado é empena ou dupitch, os coeficientes de pressão externa do telhado serão calculados com base na Tabela 6 de IS 875-3:2015. Para este exemplo desde h/p = 0.6, e o ângulo do telhado é 26.565°, a Csobre os valores serão interpolados usando os seguintes valores:

Figura 6. Zonas de telhado para telhado de duas águas com base em IS 875-3:2015 – vista do plano.

Observação: Y = 0,15w = 0.6m

Para ângulo do vento = 0 graus:

Ângulo do telhadoZona EF – BarlaventoCpe-Cpi – Sotavento
20°-0.7-0.5
26.565°-0.109-0.5
30°-0.2-0.5

Para ângulo do vento = 90 graus:

Ângulo do telhadoZona EG – CrosswindZona FH – Crosswind
20°-0.8-0.6
26.565°-0.8-0.6
30°-0.8-0.6

Para pressões locais:

Ângulo do telhadoCpe-CpiCpe-Cpi
20°-1.5-1.0
26.565°-1.172-1.0
30°-1.0-1.0

Os coeficientes de pressão finais do telhado serão:

Zona/SuperfícieDireção do vento – 0 grausDireção do vento – 90 graus
Zona EF – Barlavento-0.109
Cpe-Cpi – Sotavento-0.5
Zona EG – Crosswind-0.8
Zona FH – Crosswind-0.6
Cpe-Cpi-1.172-1.172
Cpe-Cpi-1.0-1.0

Pressões internas e externas combinadas

Dos valores acima, a força do vento pode ser calculada usando a equação (3). Contudo, Pela simplicidade, estaremos apenas recebendo a pressão do projeto (não multiplicar os valores pela área A) e também estará considerando a ângulo de direção do vento 0 graus para o quadro principal (coluna e treliça). O espaçamento do quadro é igual a 3.5m. Observe que pd = 766.438 Nós vamos para colunas e vigas de parede.

Para colunas e vigas de parede – 0 graus:

Zona/SuperfícieCsobreCpiCsobreCpip = pd(Csobre-Cpi) Nós vamosPara coluna
px3,5 m N/m
Para pinos de parede
px0,8 m 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
Zona local (1m da borda)-1.1+0.2
-0.2
-1.3
-0.9
-996.370
-689.795
-3487.295
-2414.281
-797.096
-551.836

As pressões nas colunas serão multiplicadas para 3,5 m para obter uma carga uniforme. além disso, para os pinos de parede, será multiplicado por 0,8m. Observe que uma pressão positiva significa que está agindo em direção à superfície e a negativa está agindo fora da superfície. (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:

Zona/SuperfícieCsobreCpiCsobreCpip = pd(Csobre-Cpi) Nós vamosTruss
px3,5 m N/m
Terças
px0,745m N/m
Zona EF – Barlavento-0.109+0.2
-0.2
-0.309
+0.091
-229.725
67.654
-804.036
236.787
-171.145
50.402
Zona GH – Sotavento-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

As pressões na treliça serão multiplicadas para 3,5 m para obter uma carga uniforme. além disso, para os pinos de parede, será multiplicado por 0,745m. Observe que pd = 766.438 Nós vamos para as terças e pd = 743.445 Nós vamos para a treliça.

Considerando um quadro crítico – espaçamento é de 3,5 m:

Pra pd(Csobre – +Cpi):

Figura 7. Carga distribuída em um quadro crítico usando pd(Csobre – +Cpi)x3,5 m.

Pra pd(Csobre – -Cpi):

Figura 8. Carga distribuída em um quadro crítico usando pd(Csobre – -Cpi)x3,5 m.

Para o desenho de vigas de parede e terças, você só precisa obter a pressão máxima absoluta agindo sobre ela e usá-la como base no cálculo das forças de projeto. a distribuição de pressão inclina um ângulo igual à inclinação do aterro, a carga de vento de projeto são: -797.096 N/m para vigas de parede e -783,407N/m para terças,

Esses cálculos podem ser realizados usando Software Gerador de Carga da SkyCiv para IS 875-3 e outros códigos também. 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 para cálculos de velocidade e pressão do vento em estruturas de empena.

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

  • Cargas de projeto (Além do terremoto) para Edifícios e Estruturas - Código de Conduta (Papel 3 Cargas de vento ed.). (2015). Bureau de Padrões Indianos.
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