Пример ASCE 7-16 расчеты ветровой нагрузки (направленная процедура) для Г-образного дома
В этой статье, пример расчета давления ветровой нагрузки для L-образного здания в Кордове, Будет показан Теннесси. Этот расчет будет в соответствии с ASCE. 7-16 расчеты ветровой нагрузки (направленная процедура).
Для этого тематического исследования, данные структуры следующие:
| Расположение | Кордова, Мемфис, Теннесси Высота + 110.0м |
| Заполняемость | Разное – Структура растений |
| местность | Плоские сельхозугодья |
| Размеры | 28м (12м ширина) х 24 м (8м ширина) в плане Высота карниза 5 м Высота апекса на высоте. 8 м Скат крыши: 1:2 для основной рамы (26.57°) 3:4 для продления (36.87°) С открытием |
Аналогичный расчет для конструкции двускатной крыши по ASCE 7-10 (имперские единицы) упоминается в этом примере, и к нему можно получить доступ, используя этот ссылка на сайт. По формуле определения расчетного давления ветра:
Для закрытых и частично закрытых зданий:
\(p = qG{С}_{п} -{Q}_{я}({GC}_{число Пи})\) (1)
Для открытых зданий:
\(p = q{грамм}_{е}{С}_{п} -{Q}({GC}_{число Пи})\) (2)
куда:
\(ГРАММ) = фактор влияния порывов
\({С}_{п}\) = коэффициент внешнего давления
\(({GC}_{число Пи})\)= коэффициент внутреннего давления
\(д ) = скорость давления, в Па, определяется по формуле:
\(q = 0.613{К}_{с участием}{К}_{ZT}{К}_{d}V^2) (3)
\(д ) знак равно \({Q}_{час}\) для подветренных стен, боковые стенки, и крыши,оценивается на средней высоте крыши, \(час)
\(д ) знак равно \({Q}_{с участием}\) для наветренных стен, оценивается на высоте, \(с участием)
\({Q}_{я}\) знак равно \({Q}_{час}\) для отрицательного внутреннего давления, \((-{GC}_{число Пи})\) оценка и \({Q}_{с участием}\) для положительной оценки внутреннего давления \((+{GC}_{число Пи})\) частично закрытых построек, но может быть воспринята как \({Q}_{час}\) для консервативного значения.
\({К}_{с участием}\) = коэффициент скорости давления
\({К}_{ZT}\)= топографический фактор
\({К}_{d}\)= коэффициент направленности ветра
\(V) = основная скорость ветра в м / с
Категория риска
Первое, что нужно сделать при определении расчетного ветрового давления, - это классифицировать категорию риска конструкции., который зависит от использования или занятости строения.. Поскольку этот пример представляет собой структуру растения, структура классифицируется как Категория риска IV. Видеть Стол 1.5-1 ASCE 7-16 для получения дополнительной информации о классификации категорий риска.
Основная скорость ветра, \(V)
В ASCE 7-16, данные о скорости ветра можно получить из фигуры 26.5-1 в 26.5-2. Из Рисунок 26.5-1A, Кордова, Мемфис, Теннесси находится рядом с красной точкой, показанной на рисунке. 3 ниже, и впоследствии, в основная скорость ветра, \(V), является 52 РС. Обратите внимание, что значения должны быть интерполированы между известными контурами ветра..
SkyCiv может автоматизировать расчет скорости ветра, используя всего несколько параметров.. Попробуйте наши SkyCiv Free Wind Tool.
Категория экспозиции
Видеть Раздел 26.7 ASCE 7-16 подробно описана процедура определения категории воздействия.
В зависимости от выбранного направления ветра, Экспозиция конструкции должна быть определена на 45 ° против ветра.. Должно быть принято воздействие, которое приведет к наибольшей ветровой нагрузке с указанного направления.. Описание каждой классификации воздействия подробно описано в разделе 26.7.2 и 26.7.3 ASCE 7-16.
Для нашего примера, так как расположение строения находится в сельхозугодьях в Кордове, Мемфис, Теннесси, без каких-либо зданий выше, чем 30 фут, поэтому область классифицируется как Выдержка С. Полезный инструмент в определении категории экспозиции - просмотр вашего потенциального сайта через спутниковое изображение. (Карты Google например).
Коэффициент направленности ветра, \({К}_{d}\)
Факторы направленности ветра, \({К}_{d}\), для нашей структуры оба равны 0.85 так как здание является основной системой против ветра, а также имеет компоненты и облицовку, прикрепленные к конструкции. Это показано в Стол 26.6-1 ASCE 7-16.
Топографический фактор, \({К}_{ZT}\)
Так как расположение строения находится на равнине, можно предположить, что топографический фактор, \({К}_{ZT}\), является 1.0. В противном случае, фактор может быть решен с помощью фигура 26.8-1 ASCE 7-16. Чтобы определить, требуются ли дальнейшие расчеты топографического фактора, видеть Раздел 26.8.1, если ваш сайт не соответствует всем перечисленным условиям, тогда топографический фактор можно принять за 1.0.
Заметка: Факторы топографии могут быть автоматически рассчитаны с использованием SkyCiv Wind Design Software. Для получения дополнительной информации о расчете фактора топографии, Проверь это статья.
Коэффициент возвышения земли, \({К}_{е}\)
Коэффициент возвышения, \({К}_{е}\), представлен в ASCE 7-16 учитывать изменение плотности воздуха в зависимости от высоты земли над средним уровнем моря. Этот коэффициент можно рассчитать с помощью:
\( {К}_{е} знак равно {е}^{-0.000119{с участием}_{грамм}}\) (4)
куда:
\({с участием}_{грамм}\) высота земли над средним уровнем моря в метрах
следовательно, для этого тематического исследования, так как отметка местности + 110,0м, \({К}_{е}\) равно 0.987.
Коэффициент Давления Скорости, \({К}_{с участием}\)
Коэффициент скорости давления, \({К}_{с участием}\), можно рассчитать с помощью таблицы 26.10-1 ASCE 7-16. Этот параметр зависит от высоты над уровнем земли точки, где рассматривается давление ветра, и категория воздействия. более того, значения, указанные в таблице, основаны на следующей формуле:
Для 4.6 м < \({с участием}\) < \({с участием}_{грамм}\): \({К}_{с участием} знак равно 2.01(с участием/{с участием}_{грамм})^{2/а }\) (5)
Для \({с участием}\) < 4.6 м: \({К}_{с участием} знак равно 2.01(4.6/{с участием}_{грамм})^{2/а }\) (6)
куда:
| Контакт | а | \({с участием}_{грамм}\)(м) |
| Экспозиция Б | 7.0 | 365.76 |
| Выдержка С | 9.5 | 274.32 |
| Экспозиция D | 11.5 | 213.36 |
Обычно, коэффициенты скоростного давления при средней высоте крыши, \({К}_{час}\), и на каждом уровне этажа, \({К}_{день}\), значения, которые нам понадобятся для того, чтобы определить расчетное давление ветра. Для этого примера, поскольку давление ветра с наветренной стороны носит параболический характер, мы можем упростить эту нагрузку, предположив, что на стены между уровнями пола действует равномерное давление.. Мы можем упростить наветренное давление и разделить его на 2 уровни, на высоте карниза (+5.0м), и при средней высоте крыши (+6.5м). более того, а знак равно 9.5 и \({с участием}_{грамм}\) равно 274.32 м так как расположение конструкции классифицируется как Воздействие C.
| высота (м) | \( {К}_{с участием} \) |
| 5 (высота карниза) | 0.865 |
| 6.5 (средняя высота крыши) | 0.914 |
Скоростное давление, \( Q \)
Из уравнения (3), мы можем решить для скорости давления, \( Q \) в Па, на каждой рассматриваемой высоте.
| высота, м | \( {К}_{с участием} \) | \( {К}_{ZT} \) | \( {К}_{d} \) | \( {К}_{е} \) | \( V \), РС | \( Q \), Хорошо |
| 5 (высота карниза) | 0.865 | 1.0 | 0.85 | 0.987 | 52 | 1202.87 |
| 6.5 (средняя высота крыши) | 0.914 | 1.0 | 0.85 | 0.987 | 52 | \( {Q}_{час} \) знак равно 1271.01 |
Фактор порыва, \( грамм \)
Фактор порыва, \( грамм \), установлен в 0.85 поскольку структура считается жесткой (Раздел 26.11 ASCE 7-16).
Классификация корпуса и коэффициент внутреннего давления, \( ({GC}_{число Пи}) \)
Предполагается, что конструкция завода имеет отверстия, удовлетворяющие определению частично закрытое здание в Раздел 26.2 ASCE 7-16. таким образом, коэффициент внутреннего давления, \( ({GC}_{число Пи}) \), должен быть +0.55 и -0.55 на основе Стол 26.13-1 ASCE 7-16. Следовательно:
\(+{п}_{я} знак равно {Q}_{я}(+грамм{С}_{число Пи}) \) знак равно (1271.01)(+0.55) знак равно 699.06 Хорошо
\(-{п}_{я} знак равно {Q}_{я}(-грамм{С}_{число Пи}) \) знак равно (1271.01)(-0.55) знак равно -699.06 Хорошо
Коэффициент внешнего давления, \({С}_{п}\)
Для закрытых и частично закрытых зданий, Коэффициент внешнего давления, \({С}_{п}\), рассчитывается с использованием информации, представленной в фигура 27.4-1 через фигура 27.4-3. Для частично закрытого здания с двускатной крышей, использовать фигура 27.4-1. Коэффициенты внешнего давления для стен и крыши рассчитываются отдельно с использованием параметров здания L, Б и Ч, которые определены в примечании 7 из фигура 27.4-1.
Для этого примера, так как структура асимметрична, будут рассмотрены четыре направления ветра: два (2) для направления ветра параллельно стороне 24 м, и два (2) для направления ветра параллельно стороне 28 м.
Для направления ветра параллельно стороне 24 м
таким образом, нам нужно рассчитать L / B и h / L:
Средняя высота крыши, h = 6.5 м
Длина здания, L = 24 м
Ширина здания, B = 28 м
L / B = 0.857
ч / л = 0.271
ч / б = 0.232
Коэффициенты давления на стенку, \({С}_{п}\), и внешнее давление, \({п}_{е}\)
.Для стен, коэффициенты внешнего давления рассчитываются по рисунку 27.3-1 ASCE 7-16 где \({Q}_{час}\) знак равно 1271.011 Хорошо и \( грамм \) знак равно 0.85.
| поверхность | час, м | Коэффициенты давления на стенку, \({С}_{п}\) | \({п}_{е}\), Хорошо |
| Навесная стена | 5.0 | 0.8 | 817.953 |
| 6.5 | 0.8 | 864.288 | |
| Подветренная стена | 6.5 | -0.5 | -540.180 |
| Боковины | 6.5 | -0.7 | -756.252 |
Коэффициенты давления на крышу, \({С}_{п}\), и внешнее давление, \({п}_{е}\)
Для крыши, коэффициенты внешнего давления рассчитываются по рисунку 27.3-1 ASCE 7-16 где \({Q}_{час}\) знак равно 1271.011 Хорошо. Обратите внимание, что для этого направления ветра, давление на крышу с наветренной и подветренной сторон (поверхности крыши 1 и 2) рассчитываются с использованием θ = 36,87 ° и θ = 0 ° для кровли 3 и 4.
| поверхность | Расположение | Коэффициенты давления на крышу, \({С}_{п}\) | \({п}_{е}\), Хорошо |
| Наветренная крыша | – | 0.4 | 432.144 |
| Подветренная крыша | – | -0.6 | -648.216 |
| Параллельно ветру (вдоль хребта) | 0 до h от края | -0.9 -0.18 |
-972.324 -194.465 |
| h до 2h от края | -0.5 -0.18 |
-540.180 -194.465 |
|
| > 2h от края | -0.3 -0.18 |
-324.108 -194.465 |
Следовательно, объединение \({п}_{е}\) и \({п}_{я}\), соответствующие расчетные давления могут быть получены:
| Тип | поверхность | Высота / Расположение, м | \({п}_{е}\), Хорошо | \({п}_{е}\) – +\({п}_{я}\), Хорошо | \({п}_{е}\) – -\({п}_{я}\), Хорошо |
| Стены | Навесная стена | 5.0 | 817.953 | 118.897 | 1517.009 |
| 6.5 | 864.288 | 165.231 | 1563.344 | ||
| Подветренная стена | – | -540.180 | -1239.236 | 158.876 | |
| Боковины | – | -756.252 | -1455.308 | -57.196 | |
| крыша | наветренный | – | 432.144 | -266.912 | 1131.200 |
| подветренный | – | -648.216 | -1347.272 | 50.840 | |
| Плоский (вдоль хребта) | 0 к ч | -972.324 -194.465 |
-1671.380 -893.521 |
-273.267 504.592 |
|
| ч до 2 ч | -540.180 -194.465 |
-1239.236 -893.521 |
158.876 504.592 |
||
| > 2час | -324.108 -194.465 |
-1023.164 -893.521 |
374.948 504.592 |
Для направления ветра параллельно стороне 28 м
таким образом, нам нужно рассчитать L / B и h / L:
Средняя высота крыши, h = 6.5 м
Длина здания, L = 28 м
Ширина здания, B = 24 м
L / B = 0.857
ч / л = 0.232
ч / б = 0.271
Коэффициенты давления на стенку, \({С}_{п}\), и внешнее давление, \({п}_{е}\)
.Для расчетного давления на стену, коэффициенты внешнего давления рассчитываются по рисунку 27.3-1 ASCE 7-16 где \({Q}_{час}\) знак равно 1271.011 Хорошо и \( грамм \) знак равно 0.85.
| поверхность | час, м | Коэффициенты давления на стенку, \({С}_{п}\) | \({п}_{е}\), Хорошо |
| Навесная стена | 5.0 | 0.8 | 817.953 |
| 6.5 | 0.8 | 864.288 | |
| Подветренная стена | 6.5 | -0.467 | -504.528 |
| Боковины | 6.5 | -0.7 | -756.252 |
Коэффициенты давления на крышу, \({С}_{п}\), и внешнее давление, \({п}_{е}\)
Для крыши, коэффициенты внешнего давления рассчитываются по рисунку 27.3-1 ASCE 7-16 где \({Q}_{час}\) знак равно 1271.011 Хорошо. Обратите внимание, что для этого направления ветра, давление на крышу с наветренной и подветренной сторон (поверхности крыши 3 и 4) рассчитываются с использованием θ = 26,57 ° и θ = 0 ° для кровли 1 и 2.
| поверхность | Расположение | Коэффициенты давления на крышу, \({С}_{п}\) | \({п}_{е}\), Хорошо |
| Наветренная крыша | – | -0.2 0.3 |
-216.072 324.108 |
| Подветренная крыша | – | -0.6 | -648.216 |
| Параллельно ветру (вдоль хребта) | 0 до h от края | -0.9 -0.18 |
-972.324 -194.465 |
| h до 2h от края | -0.5 -0.18 |
-540.180 -194.465 |
|
| > 2h от края | -0.3 -0.18 |
-324.108 -194.465 |
Следовательно, объединение \({п}_{е}\) и \({п}_{я}\), соответствующие расчетные давления могут быть получены:
| Тип | поверхность | Высота / Расположение, м | \({п}_{е}\), Хорошо | \({п}_{е}\) – +\({п}_{я}\), Хорошо | \({п}_{е}\) – -\({п}_{я}\), Хорошо |
| Стены | Навесная стена | 5.0 | 817.953 | 118.897 | 1517.009 |
| 6.5 | 864.288 | 165.231 | 1563.344 | ||
| Подветренная стена | – | -504.528 | -1203.584 | 194.528 | |
| Боковины | – | -756.252 | -1455.308 | -57.196 | |
| крыша | наветренный | – | -216.072 324.108 |
-915.128 -374.948 |
482.984 1023.164 |
| подветренный | – | -648.216 | -1347.272 | 50.840 | |
| Плоский (вдоль хребта) | 0 к ч | -972.324 -194.465 |
-1671.380 -893.521 |
-273.267 504.592 |
|
| ч до 2 ч | -540.180 -194.465 |
-1239.236 -893.521 |
158.876 504.592 |
||
| > 2час | -324.108 -194.465 |
-1023.164 -893.521 |
374.948 504.592 |
Инженер-строитель, Разработка продукта
MS Гражданское строительство
Ссылки:
- Coulbourne, W. Л., & Стаффорд, T. Е. (2020, апрель). Ветровые нагрузки: Руководство по положениям ветровой нагрузки ASCE 7-16. Американское общество гражданских инженеров.
- Американское общество гражданских инженеров. (2017, июнь). Минимальные расчетные нагрузки и соответствующие критерии для зданий и других конструкций. Американское общество гражданских инженеров.
