Полностью рабочий пример NBCC 2015 расчет снеговой нагрузки
Скопление снега на конструкциях может быть очень опасным для элементов крыши или других открытых элементов конструкции.. В Национальный строительный кодекс Канады (2015) Дивизион B – Раздел 4.1.6 обеспечивает подробный расчет снеговых нагрузок и связанных с ними дождевых нагрузок. Используя это руководство, мы продемонстрируем, как рассчитать снеговые нагрузки на примере Structural 3D (S3D) модель склада, как показано ниже:
фигура 1: Пример модели склада S3D
фигура 2: Пример местоположения сайта с помощью Google Maps (только для иллюстрации).
Стол 1: Строительные данные, необходимые для расчета снеговой нагрузки.
| Расположение | Огден, Калгари, Альберта (только для иллюстрации) |
| Заполняемость | Склад или хранение материалов |
| Размеры | 19.508 м х 31.70 м для каждой конструкции Высота карниза меньшего здания 9.144 м Высота апекса меньшего здания 11.941 м Разница верхней и нижней кровли составляет 3.50 м Угол наклона крыши 16° |
| дополнительные детали | Крыша имеет скользкую поверхность Промежуток между конструкциями составляет 2.30 м |
Из таблицы 1, заданная снеговая нагрузка, (S), можно рассчитать по формуле:
(S = {я}_{s}[{S}_{s}{С}_{б}{С}_{вес}{С}_{s}{С}_{а } +{S}_{р}]) (1)
куда:
({я}_{s}) = коэффициент важности для снеговой нагрузки, Таблица 4.1.6.2-A
({S}_{s}) знак равно 1-через 50 лет снеговая нагрузка на грунт, кПа, Подраздел 1.1.3
({С}_{б}) = базовый коэффициент снеговой нагрузки на крышу, 4.1.6.2 (2)
({С}_{вес}) = коэффициент воздействия ветра на основе, 4.1.6.2 (3) и (4)
({С}_{s}) = коэффициент наклона, 4.1.6.2 (5), (6), и (7)
({С}_{а }) = коэффициент накопления, 4.1.6.2 (8)
({S}_{р}) = Связанная дождевая нагрузка 1 из 50 лет, кПа, Подраздел 1.1.3, но не больше чем ({S}_{s}{С}_{б}{С}_{вес}{С}_{s}{С}_{а })
Каждый параметр будет рассмотрен индивидуально в следующих разделах.. Будут рассчитаны следующие случаи снеговой нагрузки: сбалансированная и несбалансированная снеговая нагрузка на каждую крышу (ветер нормальный к гребню), а также снос, образующийся на нижней крыше с учетом накопления от скольжения.
Фактор важности, ({я}_{s})
Первое, что определяется, - это фактор важности, ({я}_{s}), который находится с использованием Таблица 4.1.6.2-A как указано. Так как конструкция представляет собой складское здание, которое в случае поломки практически не повлияет на человеческую жизнь., категория важности Низкий. более того, расчет будет в предельном состоянии Ultimate (ULS). Так что из Таблица 4.1.6.2-A, ({я}_{s}) равно 0.80.
| Категория важности | Фактор важности, ({я}_{s}) | |
|---|---|---|
| ULS | СЛС | |
| Низкий | 0.8 | 0.9 |
| Обычный | 1.0 | 0.9 |
| Высокая | 1.15 | 0.9 |
| После катастрофы | 1.25 | 0.9 |
Снеговая нагрузка на грунт, ({S}_{s}), и сопутствующая дождевая нагрузка, (({S}_{р}))
Снеговая нагрузка на землю, ({S}_{s}), и сопутствующая дождевая нагрузка, (({S}_{р})), значения приведены в таблице Приложение C, Дивизион B NBCC 2015 в зависимости от местоположения и провинции. Для этого примера, соответствующий ({S}_{s}) и (({S}_{р})) в Калгари Альберта равно 1.10 кПа и 0.1 кПа, соответственно.
Трудно найти снег на земле и связанную с ним дождевую нагрузку для NBCC 2015? Пытаться в Инструмент генератора свободной нагрузки SkyCiv чтобы ускорить поиск и получить соответствующий ({S}_{s}) и ({S}_{р}) в зависимости от расположения вашей конструкции.
Фактор воздействия ветра, ({С}_{вес})
Для фактора воздействия ветра, ({С}_{вес}), разрешается быть равным 1.0 на основе 4.1.6.2 (3). Этот коэффициент все еще может быть уменьшен до тех пор, пока условия в 4.1.6.2 (4) доволен. Для этого примера, ({С}_{вес}) должен быть равен 1.0 поскольку локация не является открытой местностью, полностью открывающей доступ к конструкции ветру.
Базовый коэффициент снеговой нагрузки на крышу, ({С}_{б})
Базовый коэффициент снеговой нагрузки на крышу, ({С}_{б}), можно рассчитать по следующим формулам, как указано в 4.1.6.2 (2):
({С}_{б} знак равно 0.8) (2) для ({L}_{с} ≤ (70/{{С}_{вес}}^{2})) и
({С}_{б} знак равно (1/{С}_{вес}) [1 – (1 – 0.8{С}_{вес})exp(-0.01({L}_{с}{{С}_{вес}}^{2} – 70))] ) (3) для ({L}_{с} > (70/{{С}_{вес}}^{2}))
куда:
({L}_{с}) = характерная длина верхней или нижней крыши, определяемая как: (2вес -{вес}^{2}/L)
(L) = больший размер крыши в плане
(вес) = меньший размер крыши в плане
Для этого примера,(L) и (вес) равно 31.7 м и 19.51 м, соответственно, следовательно, ({L}_{с}) равно 27.01. поскольку ({L}_{с}) меньше чем ((70/{1.0}^{2})), базовый коэффициент снеговой нагрузки крыши, ({С}_{б}), равно 0.8.
Коэффициент наклона, ({С}_{s})
Расчет коэффициента наклона ({С}_{s}) подробно в 4.1.6.2 (5), (6), и (7) показано ниже.
Для беспрепятственной скользкой крыши:
({С}_{s} знак равно 1.0) для (α ≤ 15 ° )
({С}_{s} знак равно 0) для (а > 60°)
({С}_{s} знак равно (60° – а )/45°) для (15° < α ≤ 60 ° )
Для других случаев:
({С}_{s} знак равно 1.0) для (α ≤ 30 ° )
({С}_{s} знак равно 0) для (а > 70°)
({С}_{s} знак равно (70° – а )/40°) для (30° < α ≤ 70 ° )
Удельный вес снега, (с)
Удельный вес снега указан в 4.1.6.13 и принимается как:
(γ = 0.43{S}_{s} + 2.2 кН /{м}^{3} ≤ 4,0 кН /{м}^{3}) (4)
Для этого примера, (с) равно (2.673 кН /{м}^{3}).
Фактор накопления, ({С}_{а })
Фактор накопления, ({С}_{а }), рассчитывается в зависимости от случая нагрузки рассматривается как подробно описанный в 4.1.6.2 (8). Это значение будет рассчитываться подробно для каждого случая..
Указанная снеговая нагрузка, (S)
В этой секции, нормативная снеговая нагрузка, (S), будет рассчитан для сбалансированного и смещенного случаев.
Сбалансированный / нерасположенный корпус
Для сбалансированного / нерасположенного корпуса, в коэффициент накопления ({С}_{а }) равно 1.0. более того, так как угол наклона крыши (а ) является (16°) и поверхность крыши предполагается беспрепятственной скользкой, коэффициент наклона, ({С}_{s}), для нашего примера равно 0.978. Используя уравнение (1), заданная снеговая нагрузка, (S), для сбалансированного / нерасположенного корпуса:
(S = 0.8((1.10)(0.8)(1.0)(0.978)(1.0) +0.1)) знак равно 0.769 кПа
фигура 3: Диаграмма нагрузки для сбалансированной снеговой нагрузки на двускатную крышу.
Несбалансированный / дрейфующий корпус
Ветер, действующий перпендикулярно хребту
Поскольку конструкции имеют двускатную крышу, неуравновешенная снеговая нагрузка (ветер, действующий нормально к гребню) коэффициент накопления ({С}_{а }) находится с использованием 4.1.6.9:
({С}_{а , против ветра} знак равно 0)
({С}_{а , подветренный} знак равно 0.25 +α / 20 ) для (15° ≤ α ≤ 20 ° )
({С}_{а , подветренный} знак равно 1.25) для (20° < α ≤ 90 ° )
Поскольку обе конструкции имеют угол наклона кровли равный 16 °., факторы накопления ({С}_{а , против ветра}) и ({С}_{а , подветренный}) равны 0 и 1.05, соответственно. более того, так как угол наклона крыши (а ) является (16°) и поверхность крыши предполагается беспрепятственной скользкой, коэффициент наклона, ({С}_{s}), для нашего примера равно 0.978.
В несбалансированном / заносном корпусе перпендикулярно гребню, ({С}_{а }) рассчитывается на основе 4.1.6.9 для двускатной крыши. Из расчета выше, ({С}_{а , против ветра} знак равно 0) и ({С}_{а , подветренный} знак равно 1.05). следовательно, указанные снеговые нагрузки для каждой стороны:
({S}_{против ветра} знак равно 0.8((1.10)(0.8)(1.0)(0.978)(0) +0.1)) знак равно 0.08 кПа знак равно ({п}_{1})
({S}_{подветренный} знак равно 0.8((1.10)(0.8)(1.0)(0.978)(1.05) +0.1)) знак равно 0.803 кПа знак равно ({п}_{2})
фигура 4: Диаграмма нагрузки при неуравновешенной снеговой нагрузке на двускатную крышу (не в масштабе).
Ветер, действующий параллельно хребту – Случай I – Ветер от верхней части крыши к нижней
Когда ветер дует параллельно гребню, на нижней крыше скорее всего будет образовываться сугроб. Для того, чтобы определить коэффициент накопления ({С}_{а }), следующие формулы из 4.1.6.2 (8) используются:
({С}_{а } знак равно{С}_{а0} – ({С}_{а0} – 1)(Икс/{Икс}_{d})) для (0 ≤ х ≤ {Икс}_{d})
({С}_{а } знак равно 1.0) для (Икс > {Икс}_{d})
куда:
({С}_{а0}) = пиковое значение ({С}_{а0}) при x = 0
(Икс) = расстояние от ступеньки крыши
({Икс}_{d}) = длина выколотки, как показано на рисунке 3 ниже
фигура 5: Иллюстрация параметров размеров крыши
фигура 6: Соответствующая нагрузка заноса на нижнюю крышу на основе Рисунок 4.1.6.5-A.
({С}_{а0}) и ({Икс}_{d}) можно рассчитать по следующим формулам:
({С}_{а0} = frac{βγh}{{С}_{б}{S}_{s}}) или ({С}_{а0} = frac{F}{{С}_{б}}) (5), в зависимости от того, что меньше
({Икс}_{d} знак равно 5 гидроразрыва{{С}_{б}{S}_{s}}{с}({С}_{а0} – 1)) (6)
(F = 0,35β sqrt{гидроразрыва{с({L}_{cs} – 5{{час}_{п}}^{‘})}{{S}_{s}}} +{С}_{б}) но (F ≤ 5) для ({С}_{WS} знак равно 1.0) (7)
({час}^{‘} = ч – гидроразрыва{{С}_{б}{С}_{вес}{S}_{s}}{с}) (8)
({{час}_{п}}^{‘} знак равно{час}_{п} – гидроразрыва{0.8{S}_{s}}{с}) но (0 ≤ {{час}_{п}}^{‘} ≤ frac{{L}_{cs}}{5}) (9)
куда:
({час}_{п}) = высота парапета на верхней крыше (0 в этом случае из-за отсутствия парапета)
(час) = разница в высоте между верхним и нижним уровнем крыши
({С}_{WS}) = значение ({С}_{вес}) применимо к источнику дрейфа
({L}_{cs}) = характерная длина области источника, определяемая как: (2{вес}_{s} -{{вес}_{s}}^{2}/{L}_{s})
({L}_{s}) = больший размер в плане исходной области, как показано на рисунке 7 и 8, показано ниже
({вес}_{s}) = меньший размер в плане исходной области, как показано на рисунке 7 и 8, показано ниже
(б) знак равно 1.0 для случая I, и 0.67 для случаев II и III.
фигура 7: Случай I – сугроб, образованный ветром с верхней кровли на основе Рисунок 4.1.6.5-B.
фигура 8: Дело II – сугроб, образовавшийся от ветра, идущего от нижней кровли на основании Рисунок 4.1.6.5-B.
фигура 7: Дело III – частичный сугроб, образованный ветром с нижней кровли на основе Рисунок 4.1.6.5-B.
Для этого примера, Случаи I и II будут рассмотрены..
фигура 10: План конструкции с указанием направления ветра и области источника.
фигура 11: Вертикальный вид с указанием зазора и разницы между верхней и нижней крышей.
Для неуравновешенного / смещенного корпуса параллельно гребню, ({С}_{а }) рассчитывается для случая I и случая II на основе 4.1.6.5 для многоуровневой кровли. Для случая I, следующие параметры должны быть сначала рассчитаны с использованием различных уравнений, ранее упомянутых в этом примере.:
(β = 1.0)
({час}^{‘} знак равно (3.5) – гидроразрыва{(0.8)(1.0)(1.10)}{(2.673)} знак равно 3.17 м)
({час}_{п} знак равно 0)
({{час}_{п}}^{‘} = 0 )
({L}_{cs} знак равно 2(19.507) -{(19.507)}^{2}/(31.7) знак равно 27.01 м)
(F = 0.35(1.0)SQRT{гидроразрыва{(2.673)((27.01) – 5(0))}{(1.10)}} +(0.8) знак равно 3.636)
({С}_{а0} = frac{(1.0)(2.673)(3.5)}{(0.8)(1.10)} знак равно 10.631) или ({С}_{а0} = frac{3.66}{0.8} знак равно 4.544)
({С}_{а0} знак равно 4.544)
({Икс}_{d} знак равно 5 гидроразрыва{(0.8)(1.10)}{2.673}(4.544 – 1) знак равно 5.835 м)
По этим параметрам, коэффициент накопления, ({С}_{а }), можно рассчитать, подставив значение ({С}_{а0}) на каждом (Икс) расстояние. Обратите внимание, что нам нужно рассчитать ({С}_{а }) в (х = а ) где (а ) это зазор между кровлей, поскольку зазор в крыше меньше, чем 5 м, как указано в 4.1.6.6.
в (х = 0): ({С}_{а } = 4,544 – (4.544 – 1)(0/5.835) знак равно 4.544)
в (х = а ): ({С}_{а } = 4,544 – (4.544 – 1)(2.3/5.835) знак равно 3.147)
в (х = {Икс}_{d}): ({С}_{а } = 1.0 )
в (х = 10{час}^{‘}): ({С}_{а } = 1.0 )
Поскольку угол крыши для этого случая равен 0° по ссылке в этом разделе, ({С}_{s} знак равно 1.0). более того, при нахождении заданной снеговой нагрузки на верхнюю кровлю, коэффициент накопления, ({С}_{а }), и коэффициент наклона, ({С}_{s}), оба равны 1.0. следовательно, величина указанных снеговых нагрузок в каждом месте составляет:
в (х = 0): (S = 0,8((1.10)(0.8)(1.0)(1.0)(4.544) +0.1) знак равно 3.279 кПа)
в (х = а ): (S = 0,8((1.10)(0.8)(1.0)(1.0)(3.147) +0.1) знак равно 2.295 кПа = {п}_{1})
в (х = {Икс}_{d}): (S = 0,8((1.10)(0.8)(1.0)(1.0)(1.0) +0.1) знак равно 0.784 кПа ={п}_{2} знак равно {п}_{3})
на верхнем уровне крыши: (S = 0,8((1.10)(0.8)(1.0)(1.0)(1.0) +0.1) знак равно 0.784 кПа)
Ветер, действующий параллельно хребту – Дело II – Ветер от нижней части крыши к верхней
фигура 12: План конструкции с указанием направления ветра и области источника – ветер с нижней крыши на верхнюю.
Для случая II, расчет аналогичен случаю I, но отличается (β = 0.67):
(β = 0.67)
({час}^{‘} знак равно (3.5) – гидроразрыва{(0.8)(1.0)(1.10)}{(2.673)} знак равно 3.17 м)
({час}_{п} знак равно 0)
({{час}_{п}}^{‘} = 0 )
({L}_{cs} знак равно 2(19.507) -{(19.507)}^{2}/(31.7) знак равно 27.01 м)
(F = 0.35(0.67)SQRT{гидроразрыва{(2.673)((27.01) – 5(0))}{(1.10)}} +(0.8) знак равно 2.70)
({С}_{а0} = frac{(1.0)(2.673)(3.5)}{(0.8)(1.10)} знак равно 10.631) или ({С}_{а0} = frac{2.70}{0.8} знак равно 3.375)
({С}_{а0} знак равно 3.375)
({Икс}_{d} знак равно 5 гидроразрыва{(0.8)(1.10)}{2.673}(3.375 – 1) знак равно 3.909 м)
в (х = 0): ({С}_{а } = 3,375 – (3.375 – 1)(0/3.909) знак равно 3.375)
в (х = а ): ({С}_{а } = 3,375 – (3.375 – 1)(2.3/3.909) знак равно 1.978)
в (х = {Икс}_{d}): ({С}_{а } = 1.0 )
в (х = 10{час}^{‘}): ({С}_{а } = 1.0 )
в (х = 0): (S = 0,8((1.10)(0.8)(1.0)(1.0)(3.375) +0.1) знак равно 2.456 кПа)
в (х = а ): (S = 0,8((1.10)(0.8)(1.0)(1.0)(1.978) +0.1) знак равно 1.473 кПа = {п}_{1})
в (х = {Икс}_{d}): (S = 0,8((1.10)(0.8)(1.0)(1.0)(1.0) +0.1) знак равно 0.784 кПа = {п}_{2} знак равно {п}_{3})
на верхнем уровне крыши: (S = 0,8((1.10)(0.8)(1.0)(1.0)(1.0) +0.1) знак равно 0.784 кПа)
Для иллюстрации, соответствующий ({п}_{1}), ({п}_{2}), и ({п}_{3}) показаны на рисунках 13 и 14 ниже для случаев I и II, соответственно.
фигура 13: Иллюстрация снеговой нагрузки для случая I (не в масштабе).
фигура 14: Иллюстрация снеговой нагрузки для варианта II (не в масштабе).
Выполните эти расчеты автоматически за считанные минуты
Это был долгий расчет, что вы можете сделать как инженер, чтобы ускорить этот процесс для ваших будущих проектов? Недавно SkyCiv выпустила и автоматизировала генератор снеговой нагрузки как часть генератора нагрузки SkyCiv., которые также могут создавать ветровые нагрузки. Чтобы найти снеговые нагрузки в показанном примере, это займет всего несколько кликов с помощью инструмента:
фигура 15: Ввод данных сайта в модуль SkyCiv Load Generator на нашем примере.
фигура 16: Ввод параметров зданий и снега в модуль SkyCiv Load Generator на нашем примере.
фигура 17: Вход снеговой нагрузки для нескольких несбалансированных случаев для примера.
фигура 18: Сводка используемых параметров снеговой нагрузки и сбалансированной снеговой нагрузки, применяемой к конструкции.
фигура 19: Сводка результатов несбалансированной снеговой нагрузки.
Расчеты снеговой нагрузки в модуле SkyCiv Load Generator поддерживаются ссылочными кодами, такими как ASCE. 7-10, 7-16, В 1991-1-3, NBCC 2015, и AS / NZS 1170.3, и доступен на Standalone (Только генератор нагрузки) и Professional учетные записи. Знаком с программированием и API? Эту функциональность можно автоматизировать с помощью SkyCiv API.
Инженер-строитель, Разработка продукта
MS Гражданское строительство
Ссылки:
- Национальный исследовательский совет Канады. (2015). Национальный строительный кодекс Канады, 2015. Национальный исследовательский совет Канады.
Заметка:
- Ссылка на код NBCC для “Базовый коэффициент снеговой нагрузки на крышу” — Ищу 4.1.6.2 Приговор (2)
- Ссылка на код NBCC для “Фактор воздействия ветра” — Ищу 4.1.6.2 Предложения (3) и (4)
- Ссылка на код NBCC для “Коэффициент наклона” — Ищу 4.1.6.2 Предложения (5), (6), и (7)
- Ссылка на код NBCC для “Фактор накопления” — Ищу 4.1.6.2 Приговор (8), 4.1.6.5 для многоуровневой кровли, 4.1.6.6 для крыш с разрывом, и 4.1.6.9 для двускатных крыш
