Обзор и пример расчета нагрузок от снежного заноса и их применения
Конструкции крыш обычно представляют собой множество высот крыши и редко предлагают одну высоту крыши.. Из-за этого, есть участки крыш выше и ниже друг друга и подвержены снежным заносам. Величина дополнительной снеговой нагрузки, или доплата, может и будет иметь большое влияние на дизайн элементов в этих областях.
Геометрия крыши и направление ветра - две движущие силы, которые приводят к снежным заносам.. Два направления ветра, вызывающие снежные заносы: “наветренный” и “подветренный”. Наветренные снежные заносы возникают, когда ветер дует снег с крыши с более низким возвышением в сторону стены соседнего дома., более высокая крыша. Снежные заносы с подветренной стороны возникают, когда ветер сдувает снег с более высокой крыши на соседнюю более низкую крышу.. См. Рисунок 7-7 из ASCE 7-10 ниже для сжатого изображения:
Предположим, наш проект находится в Мэдисоне., Висконсин, и мы уже рассчитали наш сбалансированный, снеговая нагрузка на крышу Вот. Из нашего примера, наша нагрузка на грунт и снеговая нагрузка на плоскую крышу оказались равными 30 PSF и 21 PSF, соответственно. Положения о том, как рассчитать надбавку за занос снега для конструкций, можно найти в разделе 7.8 ASCE 7-10.
Крыша нашего примера конструкции имеет две разные высоты крыши, поэтому нам необходимо рассчитать надбавку за занос снега и применить ее к нашим элементам.. В нашем случае, наши лучи расположены на расстоянии 10 ноги.
фигура 1: Изометрический вид структуры нашего примера
Давайте сначала соберем соответствующую геометрическую информацию о нашей структуре.. Размер нижнего и верхнего отсека 25 ноги и 37 ноги, соответственно. Нижняя и верхняя отметки крыши 15 ноги и 30 футов от уровня, соответственно. Большинство геометрических значений могут быть связаны с переменными. Давайте посмотрим на все подходящие переменные для этого расчета..
\({p}_{g}\) = снеговая нагрузка на грунт
\({l}_{u}\) = длина верхней крыши
\({l}_{l}\) = длина нижней крыши
\({h}_{d}\) = высота снежного заноса
\({w}\) = ширина снежного заноса
\({h}_{b}\) = высота уравновешенной снеговой нагрузки
\({h}_{c}\) = высота в свету от вершины сбалансированной снеговой нагрузки до ближайшей точки прилегающей крыши
\({h}_{r}\) = разница высот между крышами
\({p}_{s}\) = расчетная снеговая нагрузка из главы 7
\({γ}\) = плотность снега
\({p}_{d}\) = нагрузка снежного заноса
Взгляните на рисунок 7-8 из ASCE 7-10 для описания многих из этих терминов и того, что они визуально представляют:
Определение дополнительной нагрузки снежного заноса
Теперь, когда мы определили, что это за переменные, конфигурации загрузки снега, и геометрические ограничения нашей структуры, давайте посчитаем снежный занос.
Первый, выяснить, нужна ли загрузка снежного заноса, для ASCE 7.7-1:
Если \({h}_{c}/{h}_{b} < 0.2\), тогда применение сугроба не требуется.
\({h}_{b} = {p}_{s}/{γ}\), где:
\({γ} = 0.13{p}_{g} + 14 ≤ 30 pcf\)
\({γ} = 0.13*(30) + 14 = 17.9 pcf ≤ 30 pcf \)
\({h}_{b} = {21 psf}/{17.9 pcf} = 1.17 ft\)
\({h}_{c} = {h}_{r}-{h}_{b}\)
\({h}_{c} = 15 ft – 1.17 ft = 13.8 ft\)
\({h}_{c}/{h}_{b} = 13.8 ft/1.17ft = 11.8 > 0.2\) и поэтому, необходима загрузка снежного заноса.
Второй, найти максимальную высоту сноса между наветренным и подветренным направлениями:
Высоту сноса для обоих направлений ветра можно найти с помощью уравнения, приведенного на рисунке. 7-9 ASCE 7-10, показано ниже:
\({h}_{d} = 3/4*(0.43({l}_{l})^{1/3}({p_g}+10)^{1/4}-1.5)\) для наветренного сноса
\({h}_{d} = 0.43({l}_{u})^{1/3}({p_g}+10)^{1/4}-1.5\) для подветренного заноса
Высота наветренного сноса:
\({h}_{d} =3/4*(0.43(25 ft)^{1/3}(30 psf+10)^{1/4}-1.5)\)
\({h}_{d} = 1.25 ft\)
Высота подветренного сноса:
\({h}_{d} = 0.43(37 ft)^{1/3}(30 psf+10)^{1/4}-1.5\)
\({h}_{d} = 2.1 ft\)
Максимальная высота сноса между наветренной и подветренной высотой сноса будет использоваться для расчета., следовательно:
\({h}_{d} = 2.1 ft\)
следующий, найти ширину снежного заноса доплата:
Ширина снежного заноса нагрузки, \({w}\), зависит от \({h}_{c}\) и \({h}_{d}\)
По разделу 7.7.1,
Если \({h}_{d} ≤ {h}_{c}\), тогда \({w} = 4{h}_{d}\)
Если \({h}_{d} > {h}_{c}\), тогда \({w} = 4{h}_{d}^2/{h}_{c}\) и впоследствии \({h}_{d} = {h}_{c}\)
В нашем случае, \({h}_{c} = 13.8 ft\) и \({h}_{d} = 2.1 ft\), и поэтому:
\({h}_{d} ≤ {h}_{c}\), и
\({w} = 4*(2.1 ft)\)
\({w} = 8.4 ft\)
Заметка, для ASCE 7-10 в ширина снежного заноса никогда не должна превышать \(8{h}_{c}\)
Последний, рассчитать дополнительную нагрузку от снежного заноса:
Чтобы узнать максимальную доплату нагрузки, умножьте высоту заноса на плотность снега:
\({p}_{d} = {h}_{d}{γ}\)
В нашем случае,
\({p}_{d} = (2.1 ft)*(17.9 pcf)\)
\({p}_{d} = 37.6 psf\)
Максимальная нагрузка снегового заноса затем накладывается на сбалансированную снеговую нагрузку.:
\({p}_{max} = {p}_{d}+{p}_{s}\)
\({p}_{max} = 58.6 psf\)
Применение надбавок за снежный занос
Давайте посмотрим на средний фрейм нашей конструкции.. Распределенная площадь балок в этой плоскости равна 10 футов из-за постоянного 10 футы расстояние между балками. фигура 2 на рисунке ниже показана сбалансированная снеговая нагрузка 21 psf нанесен на крышу нашей конструкции. Заметка, все значения не учитываются, служебные нагрузки.
фигура 2: Типовые условия нагрузки при сбалансированной снеговой нагрузке
Сейчас же, возьмем дополнительную нагрузку от снежного заноса и наложим ее на нашу конструкцию. фигура 3 изображает дополнительную дрейфовую нагрузку в правильном месте. Как вы видете, наша общая снеговая нагрузка составляет 58.6 PSF – округлено до 59 PSF – расположен на лицевой стороне стены, а затем линейно уменьшается по 8.4 фут ширины сноса обратно к постоянной сбалансированной снеговой нагрузке. Это условие нагрузки следует по всей длине стены., в нашем курсе, длина конструкции.
фигура 3: Расчетные нагрузки снега при типовых условиях нагрузки эксплуатационного уровня
На этом этапе снеговые нагрузки готовы для анализа в сочетании с другими загружениями и сочетаниями нагрузок на основе ASCE. 7-10 и другие соответствующие строительные нормы и правила. Обязательно прочтите главу 7 ASCE 7-10 для получения дополнительной информации о последовательных положениях для частичной снеговой нагрузки и несбалансированной снеговой нагрузки, поскольку эти условия здесь не оценивались.
Ссылки:
- Минимальные проектные нагрузки для зданий и других сооружений. (2013). ASCE / SEI 7-10. Американское общество гражданских инженеров.
