SkyCiv выпустила бесплатный калькулятор ветровой нагрузки который имеет несколько ссылок на код, включая ASCE 7-10 процедура ветровой нагрузки. В этой секции, мы собираемся продемонстрировать, как рассчитать ветровые нагрузки, используя модель склада S3D ниже:
фигура 1. Модель склада в SkyCiv S3D на примере.
фигура 2. Местонахождение площадки (из Google Maps).
Стол 1. Данные здания, необходимые для расчета ветра.
| Расположение | Кордова, Мемфис, Теннесси |
| Заполняемость | Разное – Структура растений |
| местность | Плоские сельхозугодья |
| Размеры | 64 футов × 104 футы в плане Высота карниза 30 фут Высота апекса на высоте. 36 фут Скат крыши 3:16 (10.62°) С открытием |
| покрытие | Purlins на расстоянии 2 фута Стенные шпильки на расстоянии 2 фута |
В нашем примере ветровой нагрузки, расчетное давление ветра для большого, Трехэтажная структура завода будет определена. инжир. 1 показаны размеры и каркас здания. Данные здания приведены в таблице. 1.
Хотя существует ряд программ, в которых расчет ветровой нагрузки уже интегрирован в их проектирование и анализ., только некоторые из них обеспечивают подробный расчет этого конкретного типа нагрузки.. Пользователям потребуется выполнить ручные вычисления этой процедуры, чтобы проверить, совпадают ли результаты с результатами, полученными с помощью программного обеспечения..
Формулы расчета ветровой нагрузки
Ниже приведены формулы определения расчетного ветрового давления..
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
\({С}_{п}\) знак равно коэффициент внешнего давления
\(({GC}_{число Пи})\)= коэффициент внутреннего давления
\(д ) = скорость давления, в ПСФ, определяется по формуле:
\(q = 0.00256{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 зданий но можно принять за \({Q}_{час}\) для консервативного значения.
\({К}_{с участием}\) = коэффициент скорости давления
\({К}_{ZT}\)= топографический фактор
\({К}_{d}\)= коэффициент направленности ветра
\(V) = базовая скорость ветра в милях в час
Мы углубимся в детали каждого параметра ниже. более того, мы будем использовать Направленную процедуру (глава 30 ASCE 7-10) при решении расчетных ветровых давлений.
Пояснения к параметрам
Категория риска
Первое, что нужно сделать при определении расчетного ветрового давления, - это классифицировать категорию риска конструкции, основанную на использовании или занятости конструкции.. Для этого примера, так как это структура растения, структура классифицируется как Категория риска IV. Смотрите таблицу 1.5-1 ASCE 7-10 для получения дополнительной информации о классификации категорий риска.
Основная скорость ветра, \(V)
ASCE 7-10 обеспечивает карту ветра, где соответствующая базовая скорость ветра местоположения может быть получена из рисунков 26.5-1A-1C. Категория размещения определяется и классифицируется в Международном строительном кодексе..
При просмотре карт ветра, взять наибольший номер категории из определенной категории риска или занятости. В большинстве случаев, включая этот пример, они одинаковые. Из рисунка 26.5-1B, Кордова, Мемфис, Теннесси как-то рядом, где красная точка на рисунке 3 ниже, и оттуда, основная скорость ветра, \(V), является 120 миль / ч. Обратите внимание, что для других мест, вам нужно будет интерполировать базовое значение скорости ветра между контурами ветра.
фигура 3. Базовая карта скорости ветра от ASCE 7-10.
SkyCiv теперь автоматизирует расчеты скорости ветра с помощью нескольких параметров. Пытаться наш SkyCiv Free Wind Tool
Категория экспозиции
Смотрите раздел 26.7 подробнее о порядке 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. Чтобы лучше проиллюстрировать каждый случай, примеры каждой категории приведены в таблице ниже.
Стол 2. Примеры областей, классифицированных в соответствии с категорией воздействия (Глава С26).
| Контакт | пример |
|---|---|
| Экспозиция Б |
|
| Выдержка С |
|
| Экспозиция D |
|
Для нашего примера, так как строение расположено на сельскохозяйственных угодьях 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 таблице 26.6-1 ASCE 7-10 как показано ниже на рисунке 4.
фигура 4. Коэффициент направленности ветра в зависимости от типа конструкции (Стол 26.6-1).
Топографический фактор, \({К}_{ZT}\)
Так как конструкция находится на плоской сельхозугодии, можно предположить, что топографический фактор, \({К}_{ZT}\), является 1.0. В противном случае, фактор может быть решен с помощью рисунка 26.8-1. Чтобы определить, требуются ли дальнейшие расчеты топографического фактора, см раздел 26.8.1, если ваш сайт не соответствует всем перечисленным условиям, тогда топографический фактор можно принять за 1.0.
фигура 5. Параметры, необходимые для расчета топографического фактора, \({К}_{ZT}\) (Стол 26.8-1).
Заметка: Факторы топографии могут быть автоматически рассчитаны с использованием SkyCiv Wind Design Software
Коэффициент Давления Скорости, \({К}_{с участием}\)
Коэффициент скорости давления, \({К}_{с участием}\), можно рассчитать с помощью таблицы 27.3-1. 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 15 футов < \({с участием}\) < \({с участием}_{грамм}\): \({К}_{с участием} знак равно 2.01(с участием/{с участием}_{грамм})^{2/а }\) (4)
Для \({с участием}\) < 15фут: \({К}_{с участием} знак равно 2.01(15/{с участием}_{грамм})^{2/а }\) (5)
куда:
Стол 3. Значения и \({с участием}_{грамм}\) из таблицы 26.9-1 ASCE 7-10.
| Контакт | а | \({с участием}_{грамм}\)(фут) |
| В | 7 | 1200 |
| С | 9.5 | 900 |
| D | 11.5 | 700 |
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..
Структура завода имеет три (3) этажей, поэтому мы разделим наветренное давление на эти уровни. более того, так как крыша двускатная, средняя высота крыши может быть взята за среднее значение карниза крыши и высоты вершины, который 33 фут.
Стол 4. Расчетные значения коэффициента давления скорости для каждой высоты возвышения.
| высота (фут) | \({К}_{с участием}\) |
| 10 | 0.85 |
| 20 | 0.90 |
| 30 | 0.98 |
| 33 | 1.00 \({К}_{zh}\) |
Скоростное давление
Из уравнения (3), мы можем решить для скорости давления, \(д ) в PSF, на каждой рассматриваемой высоте.
Стол 5. Расчетные значения скоростного давления на каждой высоте возвышения.
| высота (фут) | \({К}_{с участием}\) | \(д )(PSF) | замечания |
| 10 | 0.85 | 26.63 | 1первый этаж |
| 20 | 0.90 | 28.20 | 2второй этаж |
| 30 | 0.98 | 30.71 | Карниз крыши |
| 33 | 1.00 | 31.33 | Средняя высота крыши, \({Q}_{час}\) |
Методика расчета
Фактор порыва, грамм
Фактор порыва, \(ГРАММ), установлен в 0.85 поскольку структура считается жесткой (Раздел 26.9.1 ASCE 7-10).
Классификация корпуса и коэффициент внутреннего давления
Предполагается, что в конструкции завода есть проемы, которые удовлетворяют определению частично закрытого здания в Разделе 26.2 ASCE 7-10. таким образом, коэффициент внутреннего давления, \(({GC}_{число Пи})\), должен быть +0.55 и -0.55 на основании таблицы 26.11-1 ASCE 7-10.
фигура 6. Коэффициент внутреннего давления, \(({GC}_{число Пи})\) (Стол 26.11-10).
Коэффициент внешнего давления, \({С}_{п}\)
Для закрытых и частично закрытых зданий, Коэффициент внешнего давления, \({С}_{п}\), рассчитывается с использованием информации, представленной на рисунке 27.4-1 через рисунок 27.4-3. Для частично закрытого здания с двускатной крышей, использовать рисунок 27.4-1.
Коэффициенты внешнего давления для стен и крыши рассчитываются отдельно с использованием параметров здания L, В, и ч, которые определены в примечании 7 рисунка 27.4-1.
таким образом, нам нужно рассчитать ФУНТ и ч / л:
Средняя высота крыши, h = 33′
Длина здания, L = 64′
Ширина здания, B = 104′
L / B = 0.615
ч / л = 0.516
ч / б = 0.317
Из этих значений, мы можем получить коэффициенты внешнего давления, \({С}_{п}\), для каждой поверхности используя стол 27.4-1. Обратите внимание, что мы можем использовать линейную интерполяцию, когда угол крыши, θ, ФУНТ, и ч / л значения находятся между теми, которые указаны в таблице. Для нашего примера, коэффициенты внешнего давления для каждой поверхности показаны в таблицах. 6 в 8.
Стол 6. Расчетные коэффициенты внешнего давления для поверхностей стен.
| поверхность | \({С}_{п}\) |
| Навесная стена | 0.8 |
| Подветренная стена | -0.5 |
| Боковая стенка | -0.7 |
Стол 7. Расчетные коэффициенты внешнего давления для поверхностей крыши (ветровая нагрузка вдоль L).
| Коэффициенты внешнего давления для кровли \({С}_{п}\) (вдоль L) | ||||||
| ч / л | наветренный | подветренный | ||||
| 10° | 10.62° | 15° | 10° | 10.62° | 15° | |
| 0.5 | -0.9 -0.18 |
-0.88 -0.18 |
-0.7 -0.18 |
-0.50 | -0.50 | -0.50 |
| 0.516 | -0.91 -0.18 |
-0.89 -0.18 |
-0.71 -0.18 |
-0.51 | -0.51 | -0.50 |
| 1.0 | -1.3 -0.18 |
-1.26 -0.18 |
-1.0 -0.18 |
-0.70 | -0.69 | -0.60 |
Стол 8. Расчетные коэффициенты внешнего давления для поверхностей крыши (ветровая нагрузка вдоль В).
| Коэффициенты внешнего давления для кровли \({С}_{п}\) (вдоль Б) | ||
| ч / B | Расположение | \({С}_{п}\) |
| 0.317 | 0 в час | -0.9 -0.18 |
| ч / 2 в час | -0.9 -0.18 |
|
| час в 2час | -0.5 -0.18 |
|
| >2час | -0.3 -0.18 |
|
Коэффициент внешнего давления с двумя значениями, как показано в таблицах 7 и 8 должны быть проверены в обоих случаях.
Расчетное давление ветра
Основная система сопротивления ветровой раме
Используя уравнение (1), расчетное давление ветра можно рассчитать. Результаты наших расчетов приведены в таблицах. 8 и 9 ниже. Обратите внимание, что на структуру будут воздействовать четыре случая, так как мы будем рассматривать давление, решаемое с помощью \((+{GC}_{число Пи})\) и \((-{GC}_{число Пи})\) , и \(+{С}_{п}\) и \(-{С}_{п}\) для крыши.
Стол 9. Расчетное давление ветра для поверхностей стен.
| Расчетное давление, \(п), для стен |
|||||||
| Высота этажа | \({Q}_{с участием}\), PSF | наветренный | подветренный | Боковая стенка | |||
| \((+{GC}_{число Пи})\) | \((-{GC}_{число Пи})\) | \((+{GC}_{число Пи})\) | \((-{GC}_{число Пи})\) | \((+{GC}_{число Пи})\) | \((-{GC}_{число Пи})\) | ||
| 10 | 26.63 | 0.88 (0.88) | 35.35 (35.35) | -30.55 (-30.55) |
3.92 (3.92) |
-35.88 (-35.88) |
-1.41 (-1.41) |
| 20 | 28.20 | 1.94 (1.94) | 36.41 (36.41) | ||||
| 30 | 30.71 | 3.65 (3.65) | 38.12 (38.12) | ||||
| 33 | 31.33 | 4.07 (4.07) | 38.54 (38.54) | ||||
(Результаты SkyCiv Wind Load)
Стол 10. Расчетное давление ветра для поверхностей крыши.
| Расчетное давление крыши, PSF (вдоль L) | Расчетное давление крыши, PSF (вдоль Б) | ||||
| поверхность | \((+{GC}_{число Пи})\) | \((-{GC}_{число Пи})\) | Расположение (от наветренного края) |
\((+{GC}_{число Пи})\) | \((-{GC}_{число Пи})\) |
| наветренный | -40.87 (-40.87) | -6.41 (-6.40) | 0 в ч / 2 | -41.20(-41.20) | 12.44(12.44) |
| -22.03 (-22.03) | 12.44 (12.44) | ч / 2 в час | -41.20(-41.20) | ||
| подветренный | -30.71 (-30.71) | 3.76 (3.83) | час в 2час | -30.55(-30.55) | |
| >2час | -25.22(-25.22) | ||||
(Результаты SkyCiv Wind Load)
Чтобы применить эти давления к конструкции, будем рассматривать единый каркас на конструкции. Образец подачи заявления 1 и 2 (для обоих \(({GC}_{число Пи})\)) показаны на рисунках 7 и 8. Направление ветра, показанное на вышеупомянутых фигурах, соответствует длине, L, здания.
Обратите внимание, что положительный знак означает, что давление действует по направлению к поверхности, а отрицательный знак - от поверхности.. Длина бухты 26 ноги.
фигура 7. Расчетное давление ветра, приложенное к одной раме – \((+{GC}_{число Пи})\) и абсолютное максимальное давление в кровле.
фигура 8. Расчетное давление ветра, приложенное к одной раме – \((-{GC}_{число Пи})\) и абсолютное максимальное давление в кровле.
SkyCiv упрощает эту процедуру, просто определяя параметры. Пытаться наш SkyCiv Free Wind Tool
Компоненты и облицовка (С&С)
Компоненты и оболочки определены в главе C26 как: «Компоненты получают ветровые нагрузки напрямую или от оболочки и передают нагрузку на MWFRS», тогда как «оболочка получает ветровые нагрузки напрямую». Примеры компонентов включают в себя «крепежные элементы», прогоны, шпильки, настил крыши, и стропильные фермы »и для облицовки« настенные покрытия, навесные стены, кровельные покрытия, наружные окна, и т.д."
Из главы 30, Расчетное давление для компонентов и оболочки должно быть рассчитано по формуле (30.4-1), показано ниже:
\(р = {Q}_{час}[({GC}_{п})-({GC}_{число Пи})]\) (6)
куда:
\({Q}_{час}\): скоростное давление оценивается на средней высоте крыши, час (31.33 PSF)
\(({GC}_{число Пи}\)): коэффициент внутреннего давления
\(({GC}_{п}\)): коэффициент внешнего давления
Для этого примера, \(({GC}_{п}\)) будет найден с помощью рисунка 30.4-1 для зоны 4 и 5 (стены), и рисунок 30.4-2B для зоны 1-3 (крыша). В нашем случае, правильная используемая цифра зависит от наклон крыши, θ, что составляет 7 °< θ ≤ 27 °. \(({GC}_{п}\)) можно определить для множества типов крыш, изображенных на рисунке 30.4-1 через рисунок 30.4-7 и рисунок 27.4-3 в разделе 30 и глава 27, соответственно.
Мы рассчитаем только расчетное давление ветра для прогонов и стенных шпилек.. Зоны для компонентов и давления оболочки показаны на рисунке 9.
фигура 9. Расположение рассчитанного C&Давление C.
Расстояние а от краев можно рассчитать как минимум 10% наименьшего горизонтального размера или 0.4час но не меньше чем либо 4% наименьшего горизонтального размера или 3 фут.
а : 10% из 64 футов = 6.4 фут > 3фут
0.4(33фут) знак равно 13.2 фут 4% из 64 футов = 2.56 фут
а = 6.4 фут
Стенные шпильки (С&C Стена Давления)
На основании рисунка 30.4-1, в \(({GC}_{п}\)) можно рассчитать для зон 4 и 5 на основе эффективной площади ветра. Обратите внимание, что определение эффективной площади ветра в главе C26 гласит, что: «Чтобы лучше аппроксимировать фактическое распределение нагрузки в таких случаях, ширина зоны эффективного ветра, используемой для оценки \(({GC}_{п}\)) не должны быть приняты как менее одной трети длины области ". следовательно, эффективная площадь ветра должна составлять максимум:
Эффективная площадь ветра = 10 футов *(2фут) или 10 футов *(10/3 фут) знак равно 20 sq.ft. или 33.3 кв. футов.
Эффективная зона ветра = 33.3 кв. футов.
Положительное и отрицательное \(({GC}_{п}\)) для стен может быть аппроксимирован с помощью приведенного ниже графика, как часть рисунка 30.4-1:
фигура 10. Приближенный \(({GC}_{п}\)) значения из рисунка 30.4-1 ASCE 7-10.
Стол 11. Расчетный C&C давления для настенного шпильки.
| зона | \(+({GC}_{п}\)) | \(-({GC}_{п}\)) | С&C Давления, PSF | |
| \(+({GC}_{п}\)) | \(-({GC}_{п}\)) | |||
| 4 | 0.90 | -1.0 | 10.97 45.43 |
-48.56 -14.10 |
| 5 | 0.90 | -1.2 | 10.97 45.43 |
-54.83 -20.36 |
Прогоны (С&C Крыша Давление)
С 30.4-2Б, эффективное давление ветра для зон 1, 2, и 3 можно определить. Так как фермы расположены на 26 футов, следовательно, это будет длина прогонов. Эффективная площадь ветра должна составлять максимум:
Эффективная площадь ветра = 26 футов *(2фут) или 26 футов *(26/3 фут) знак равно 52 фут2 или 225.33 sq.ft.
Эффективная зона ветра = 225.33 sq.ft.
Положительное и отрицательное \(({GC}_{п}\)) для крыши может быть аппроксимирован с помощью приведенного ниже графика, как часть рисунка 30.4-2B:
фигура 11. \(({GC}_{п}\)) значения из рисунка 30.4-2B.
Стол 12. Расчетный C&С давления для прогонов.
| зона | +(граммСп) | -(граммСп) | С&C Давления, PSF | |
| +(граммСчисло Пи) | -(граммСчисло Пи) | |||
| 1 | 0.30 | -0.80 | -7.83 26.63 |
-42.30 -7.83 |
| 2 | 0.30 | -1.2 | -7.83 26.63 |
-54.83 -20.36 |
| 3 | 0.30 | -2.0 | -7.83 26.63 |
-79.89 -45.43 |
Все эти расчеты можно выполнить, используя SkyCiv Wind Load Software для ASCE 7-10, 7-16, В 1991, НЦББ 2015, и, как 1170. Пользователи могут войти в местоположение сайта, чтобы получить скорость ветра и факторы топографии, введите параметры здания и создайте давление ветра. С профессиональной учетной записью, пользователи могут автоматически применять это к структурной модели и запускать структурный анализ в одном программном обеспечении.
В противном случае, пытаться наш SkyCiv Free Wind Tool или забронируйте БЕСПЛАТНАЯ ДЕМО поэтому мы можем помочь вам с вашими конкретными потребностями
Инженер-строитель, Разработка продукта
MS Гражданское строительство
Ссылки:
- Мехта, К. C., & Coulbourne, W. L. (2013, июнь). Ветровые нагрузки: Руководство по положениям ветровой нагрузки ASCE 7-10. Американское общество гражданских инженеров.
- Минимальные проектные нагрузки для зданий и других сооружений. (2013). ASCE / SEI 7-10. Американское общество гражданских инженеров.
