SkyCiv Load Generator, yakın zamanda ASCE7-16'ya göre sismik yük hesaplamasını ekledi. Bu, USGS Sismik Verilerinin entegre edilmesini ve Bölüm kullanılarak sismik taban kesmesini oluşturmak için işlenmesini içerir. 12.8 Eşdeğer Yan Prosedür. Bu makalede, ASCE kullanarak bir bina için sismik yükleri hesaplama sürecine daha derinden dalacağız 7-16.
SkyCiv artık USGS Web API'sinden gelen site sismik verilerini entegre etti. Deneyin SkyCiv Yük Jeneratörü!
Yapı Verileri
Bu örnekte, sismik yükün hesaplanmasında aşağıdaki verileri kullanacağız:
Tablo 1. Sismik yük hesaplamamız için gerekli bina verileri.
| yer | 8050 GB Beaverton Hillsdale Yolu, Portland, VEYA 97225, Amerika Birleşik Devletleri |
| Doluluk | Konut inşaatı |
| Boyutlar | 64 ft (4 koylar) × 104 ft (6 koylar) planda Zemin yüksekliği 15 ft Tavan yüksekliği. 75 ft Düz çatı Sütun: 20″x20″ Işın: 14″x20″ Döşeme: 8″ kalınlık |
| Yükleniyor | Beton birim ağırlığı : 156 pcf Üst üste bindirilmiş ölü yük (yerde): 100 psf Üst üste bindirilmiş ölü yük (çatıda): 50 psf |
Figür 1. Site konumu (Google Haritalar'dan).
Figür 2. Bu örnek için yapı.
USGS Sismik Verileri
USGS'nin bir açık kaynaklı site sismik verileri Tasarım Web Hizmetleri API'sinden kullanılabilecek. Bu hesaplamada, sadece aşağıdaki verilere ihtiyacımız olacak:
- \({S}_{D1}\) bir periyotta tasarım spektral tepki ivme parametreleridir. 1.0 s
- \({S}_{1}\) haritalanmış maksimum dikkate alınan deprem spektral tepki ivme parametreleridir
- \({S}_{DS}\)kısa periyot aralığında tasarım spektral tepki ivme parametresidir
- \({T}_{L}\) uzun dönemli geçiş dönemidir
Figür 3. USGS Sismik Tasarım Web Hizmetleri.
Yukarıdaki verileri talep etmek için aşağıdaki verilere ihtiyacımız olacak:
- Enlem, Google Haritalar'dan alabileceğimiz boylam
- Bölüme Göre Yapının Risk Kategorisi 1.5 ASCE'nin 7-16
- Tabloya Göre Site Sınıfı 20.3-1 ASCE'nin 7-16
Eşdeğer Yanal Kuvvet Prosedürü
Sismik tasarım taban kesmesi, Denklem kullanılarak hesaplanabilir. 12.8-1 ASCE'nin 7-16:
\( V = {C}_{S} W \) (Eşitlik. 12.8-1)
Nerede:
\( V \) sismik tasarım taban kesmesidir
\( {C}_{s} \) Bölüme dayalı sismik tepki katsayısıdır 12.8.1.1
\( W \) Bölüme göre efektif sismik ağırlıktır 12.7.2
Sismik tepki katsayısını belirleme formülü şu şekildedir::
\( {C}_{s} = frac{{S}_{DS}}{ \çatlamak { R }{ {ben}_{e} } } \) (Eşitlik. 12.8-2)
Nerede:
\( {S}_{DS} \) kısa periyot aralığında tasarım spektral tepki ivme parametresidir (USGS Verilerinden)
\( R \) Tabloya göre yanıt değiştirme faktörüdür 12.2-1
\( {ben}_{e} \) Bölümden belirlenen önem faktörüdür 11.5.1
ancak, Denklemleri sağlamamız gerekiyor 12.8-3 -e 12.8-6:
Çelik Taban Plakası Tasarımı, Beton mesnedi kontrol eder \({C}_{s}\) aşmamalı 12.8-3 veya 12.8-4
İçin \( T ≤ {T}_{L}\):
\({C}_{s,max} = frac { {S}_{D1}}{ \çatlamak{TR}{{ben}_{e}}} \) (Eşitlik. 12.8-3)
İçin \( T > {T}_{L}\) :
\({C}_{s,max} = frac { {S}_{D1} {T}_{L} }{ \çatlamak{ {T}^{2} R}{{ben}_{e}}} \) (Eşitlik. 12.8-4)
Dahası, \( {C}_{s} \) Denklem'den az olamaz 12.8-5
\( {C}_{s,min} = 0.044 {S}_{DS} {ben}_{e} ≥ 0.01 \) (Eşitlik. 12.8-5)
Ek olarak, bulunduğu yapılar için \( {S}_{1} ≥ 0.6g):
\( {C}_{s,min} = 0.5 \çatlamak {{S}_{1}} { \çatlamak{R}{{ben}_{e}}} \) (Eşitlik. 12.8-6)
Nerede
\( {S}_{D1} \) periyodundaki tasarım spektral tepki ivme parametresidir. 1.0 s (USGS Verilerinden)
\( T \) yapının temel periyodudur
\( {T}_{L} \) uzun dönem geçiş dönemidir (USGS Verilerinden)
\( {S}_{1} \) haritalanmış maksimum dikkate alınan deprem spektral tepki ivme parametresidir (USGS Verilerinden)
Sismik tasarım taban kesmesinin değerini hesapladığımızda \( V \), Kesit kullanarak kuvvetleri yapının yüksekliği boyunca dağıtmamız gerekiyor. 12.8.3 ASCE'nin 7-16. Bu örnekte, yapının dikey veya yatay düzensizlikleri olmadığını varsayacağız.
\( {F}_{x} ={C}_{vx} V \) (Eşitlik. 12.8-11)
\( {C}_{vx} = frac {{w}_{x}{{h}_{x}}^{k}} { \toplam_{ben=1}^n{w}_{ben}{{h}_{ben}}^{k}} \) (Eşitlik. 12.8-12)
Nerede
\( {C}_{vx} \) dikey dağılım faktörüdür
\( {w}_{ben} \) ve \( {w}_{x} \) yapının toplam efektif sismik ağırlığının oranıdır. \( W \) seviyeye yerleştirilmiş veya atanmış ben veya x
\( {h}_{ben} \) ve \( {h}_{x} \) tabandan seviyeye olan yüksekliktir ben veya x
\( k \) aşağıdaki gibi tanımlanır:
- \( k = 1 \) yapılar için \( T ≤ 0.5 s\)
- \( k = 2 \) yapılar için \( T ≥ 2.5 s\)
- lineer enterpolasyon \( k \) için \( 0.5 < T < 2.5 s \)
Ek olarak, Zemin ve çatı diyafram kuvvetleri Bölüm kullanılarak belirlenebilir 12.10.1 ASCE'nin 7-16. Tasarım kuvveti Denklemler kullanılarak hesaplanabilir 12.10-1 -e 12.10-3:
\( {F}_{pks} = frac { \toplam_{ben=x}^n {F}_{ben}} { \toplam_{ben=x}^n {w}_{ben} }{w}_{pks} \) (Eşitlik. 12.10-1)
\( {F}_{pks,min} = 0.2 {S}_{DS}{ben}_{e}{w}_{pks} \) (Eşitlik. 12.10-2)
\( {F}_{pks,max} = 0.4 {S}_{DS}{ben}_{e}{w}_{pks} \) (Eşitlik. 12.10-3)
Nerede
\( {F}_{pks} \) seviyedeki diyafram tasarım kuvvetidir. x
\( {F}_{ben} \) seviyede uygulanan tasarım kuvvetidir ben
\( {w}_{ben} \) seviyenin ağırlığıdır ben
\( {w}_{pks} \) seviyede diyaframın ağırlığına bağlıdır x
Aşağıda bu parametrelere daha derinden dalacağız ve konsepti yapımıza uygulayacağız..
Önem Faktörü, \( {ben}_{e} \)
önem faktörü, \( {ben}_{e} \), yapı için Bölümden belirlenebilir 11.5.1 Hangi Tabloya işaret ediyor 1.5-2 ASCE'nin 7-16.
Figür 4. Tablo 1.5-2 ASCE'nin 7-16 Risk Kategorisi başına önem faktörü değerlerini gösteren.
yapının altına düştüğü için Risk Kategorisi II, karşılık gelen önem faktörü \( BEN_{e} \) eşittir 1.0 Tabloya göre 1.5-2.
\( {ben}_{e} = 1.0 \)
Yanıt Değiştirme Faktörü, \( R \)
Yanıt değiştirme faktörü, \( R \), Güneş paneli yapısını tek eğimli çatılı bina olarak ele alacağız ve 12.2-1 kullanılan yapısal sisteme bağlı olarak. Bu örnekte, kullanılan yapısal sistemin olduğunu varsayacağız. “Özel Betonarme Moment Çerçeveleri” hem X hem de Z yönleri için. Bundan, bu değeri belirleyebiliriz \( R \) eşittir 8 Tabloya göre 12.2-1.
Figür 5. Tablonun kesilmiş değerleri 12.2-1 ASCE'nin 7-16 Tepki Değiştirme Katsayını gösteren, \( R \), yapısal sistem başına.
Site Sınıfı
Sismik yükümüzü hesaplamak için, kullanacağımız konum şurada Raleigh Tepeleri, Portland, VEYA, Amerika Birleşik Devletleri Sismik Yüklere göre: ASCE'nin Sismik Yük Hükümleri Rehberi 7-16 (Charney ve ark., 2020) hangisi olarak sınıflandırılır Site Sınıfı C.
USGS Sismik Verileri
.Konum için USGS Sismik Verileri aşağıdaki gibidir:
SkyCiv artık USGS Web API'sinden gelen site sismik verilerini entegre etti. Deneyin SkyCiv Yük Jeneratörü!
Figür 6. USGS Web Servislerinden site sismik verileri.
\({S}_{D1} = 0.402 \)
\({S}_{1} = 0.402 \)
\({S}_{DS} = 0.708 \)
\({T}_{L} = 16 s \)
\({T}_{0} = 0.114 \)
Sismik Tasarım Kategorisi
Bölüm 11.6 ASCE'nin 7-16 Yapı için Risk Kategorisi ve Saha Sınıfına göre yapının Sismik Tasarım Kategorisini belirleme prosedürünün nasıl olduğunu detaylandırır.
- İçin \({S}_{1} ≥ 0.75 \) ve Risk Kategorisi I, II, veya III, Sismik Tasarım Kategorisi, Sismik Tasarım Kategorisi E'ye atanacaktır.
- İçin \({S}_{1} ≥ 0.75 \) ve Risk Kategorisi IV, Sismik Tasarım Kategorisi, Sismik Tasarım Kategorisi F'ye atanacaktır.
- Aksi takdirde, Tablo 11.6-1 ve Tablo 11.6-2 kullanılacak, hangisi daha şiddetliyse.
Figür 7. Bölümden sismik tasarım kategorisi 11.6 ASCE'nin 7-16.
Bu yapı için, Risk Kategorisi II ile, \({S}_{D1} = 0.402 \), ve \({S}_{DS} = 0.708 \) Sismik Tasarım Kategorisi her iki tabloya göre D'dir 11.6-1 ve 11.6-2 ASCE'nin 7-16. Yedeklilik faktörü için Sismik Tasarım Kategorisi kullanılacaktır \( r \) diyafram tasarım kuvvetlerinin hesaplanmasında.
Yapının Temel Dönemi \( T \)
Bir yapının temel periyodu, yapının modal analizinden belirlenebilir.. EKSENLER 7-16 Kesit kullanarak bir yapının temel periyodunun yaklaşıklığına izin verir 12.8.2.1.
\( {T}_{a} = {C}_{t} {{h}_{n}}^{x} \)
Nerede \( {h}_{n} \) yapının yapısal yüksekliğidir (yapının sismik kuvvete dayanıklı sisteminin tabandan en üst seviyesine kadar olan düşey mesafe), ve \( {C}_{t} \) ve \( x \) Güneş paneli yapısını tek eğimli çatılı bina olarak ele alacağız ve 12.8-2.
Figür 8. Değerleri \( {C}_{t} \) ve \( x \) Tablodan 12.8-2 ASCE'nin 7-16.
Yapı, moment dirençli beton bir çerçeve olduğundan:
\( {C}_{t} = 0.016\)
\( x = 0.9\)
Bu nedenle, yapı yüksekliğini kullanma \( {h}_{n} \) eşittir 75 ft., yapının yaklaşık temel periyodu \( {T}_{a} \) Belirlenebilir:
\( {T}_{a} = {C}_{t} {{h}_{n}}^{x} = (0.016) {(75)}^{0.9}\)
\( T = {T}_{a} = 0.7792 s\)
Sismik Tepki Katsayısı \({C}_{s}\)
Yukarıdaki değerlerden, Sismik Tepki Katsayısı için zaten hesaplayabiliriz \({C}_{s}\):
\( {C}_{s} = frac{ {S}_{DS} }{ \çatlamak {R}{{ben}_{e}} } = frac{ 0.402 }{ \çatlamak {8}{1.0} } \)
\( {C}_{s} = 0.0885\)
Dan beri \( T ≤ {T}_{L}\):
\({C}_{s,max} = frac { {S}_{D1}}{ \çatlamak{TR}{{ben}_{e}}} = frac { (0.402)}{ \çatlamak{(0.7792)(8)}{(1.0)}} \)
\({C}_{s,max} = 0.0645 \)
Ek olarak, minimum değeri \( {C}_{s} \) daha az olmayacak:
\( {C}_{s,min} = 0.044 {S}_{DS} {ben}_{e} ≥ 0.01 \)
\( {C}_{s,min} = 0.044 (0.402) (1.0) ≥ 0.01 \)
\( {C}_{s,min} = 0.0312 \)
son değeri \( {C}_{s} \) hesaplamada kullanılacak:
\( {C}_{s} = 0.0645\)
Efektif Sismik Ağırlık \( W \)
Bu örnekte, zeminlere uygulanan ölü ve bindirilmiş ölü yükü kullanarak efektif sismik ağırlığı hesaplayacağız. Dış ve iç duvarların, bindirilmiş zemin ölü yüküne eşit olarak dahil edildiği varsayılır. 100 psf. Beton birim ağırlığının eşit kullanılması 156 lb/cu.ft.:
Tipik zemin seviyesi için (zemin ve çatı seviyeleri hariç):
Sütun: Tipik kat yüksekliği x kesit alanı x beton birim ağırlığı x toplam no. sütun sayısı = 15 ft x 156 lb/cu.ft. x (20″x20″) x 35 = 227.5 kips
Döşeme: Zemin alanı x kalınlık x beton birim ağırlığı = 64ft (104 ft) x 8″ x 156 lb/cu.ft. = 692.224 kips
Kirişler: Toplam uzunluk x kesit alanı x beton birim ağırlığı = 968 ft x 156 lb/cu.ft. x (14″x20″) = 293.627 kips
Üst üste bindirilmiş ölü yük: Taban alanı x yük= 64ft (104 ft) x 100 psf= 665.6 kips
Seviye başına toplam ölü yük: 1878.951 kips
Çatı seviyesi için:
Sütun: Tipik kat yüksekliği x kesit alanı x beton birim ağırlığı x toplam no. sütun sayısı = 7.5 ft x 156 lb/cu.ft. x (20″x20″) x 35 = 113.75 kips
Döşeme: Zemin alanı x kalınlık x beton birim ağırlığı = 64ft (104 ft) x 8″ x 156 lb/cu.ft. = 692.224 kips
Kirişler: Toplam uzunluk x kesit alanı x beton birim ağırlığı = 968 ft x 156 lb/cu.ft. x (14″x20″) = 293.627 kips
Üst üste bindirilmiş ölü yük: Taban alanı x yük= 64ft (104 ft) x 50 psf= 332.8 kips
Çatı seviyesinde toplam ölü yük: 1432.401 kips
Özetle:
| Kat seviyesi | Yükseklik, ft | Ağırlık, wx, kips |
| Çatı | 75 | 1432.401 |
| 5inci seviye | 60 | 1878.951 |
| 4inci seviye | 45 | 1878.951 |
| 3üçüncü seviye | 30 | 1878.951 |
| 22. seviye | 15 | 1878.951 |
| Efektif Sismik Ağırlık, W | 8948.203 | |
\( çatı yüzeyinin altındaki engel 8949.203 kips)
Sismik Temel Kesme \( V \)
Denklemi Kullanma 12.8-1 ASCE'nin 7-16, sismik taban kesmesi hesaplanabilir:
\( V = {C}_{S} çatı yüzeyinin altındaki engel (0.0645)(8948.203) \)
\( V = 577.159 kips \)
Sismik Kuvvetlerin Dikey Dağılımı \( {F}_{x} \)
Sismik yükü yapı boyunca dağıtmamız gerekiyor. Yapının temel periyodu olduğu için \( T = {T}_{a} = 0.7792 s\), bu nedenle:
\( k = 1.1396\)
Sismik kuvveti hesaplamak için \( {F}_{x} \) seviye başına, en iyi yaklaşım, seviye başına sismik ağırlıkları tablo haline getirmektir.:
| Kat seviyesi | \( {w}_{x} \) kips | \( {h}_{x} \) ft | \( {w}_{x} {{h}_{x}}^{k} \) | \( {C}_{vx} \) |
\( {F}_{x} \) kips |
| Çatı | 1432.401 | 75 | 196303.644 | 0.2923 | 168.6950 |
| 5inci seviye | 1878.951 | 60 | 199681.715 | 0.2973 | 171.5980 |
| 4inci seviye | 1878.951 | 45 | 143865.010 | 0.2142 | 123.6315 |
| 3üçüncü seviye | 1878.951 | 30 | 90631.141 | 0.1349 | 77.8845 |
| 22. seviye | 1878.951 | 15 | 41135.482 | 0.0612 | 35.3501 |
| S = 671616.992 | \( V \) = 577.1591 |
Diyafram Kuvvetleri \( {F}_{pks} \)
Diyafram kuvvetlerinin hesaplanması aşağıda gösterilmiştir.. Herhangi bir usulsüzlük olmadığını varsaydığımız için, artıklık faktörü \( r \) ayarlandı 1.0. Bu parametre ile çarpılır \( {F}_{pks} \):
| Kat seviyesi | \( {w}_{pks} \) kips | \( Σ {w}_{ben} \) |
\( Σ {F}_{ben} \) | \( {F}_{pks,min} \) | \( {F}_{pks,max} \) | \( {F}_{pks} \) | Tasarım \( {F}_{pks} \) |
| Çatı | 1432.401 | 1432.401 | 168.6950 | 202.8279 | 405.6559 | 168.6950 | 202.8279 |
| 5inci seviye | 1878.951 | 3311.351 | 340.2930 | 266.0594 | 532.1188 | 193.0915 | 266.0594 |
| 4inci seviye | 1878.951 | 5190.302 | 463.9245 | 266.0594 | 532.1188 | 167.9461 | 266.0594 |
| 3üçüncü seviye | 1878.951 | 7069.253 | 541.8090 | 266.0594 | 532.1188 | 144.0085 | 266.0594 |
| 22. seviye | 1878.951 | 8948.203 | 577.1591 | 266.0594 | 532.1188 | 121.1923 |
266.0594 |
SkyCiv Yük Jeneratörü
Tüm bu hesaplamalar SkyCiv Yük Üreticisine zaten dahil edilmiştir.. ASCE için Ücretsiz Sismik Yük Hesaplayıcımızı kullanarak hesaplamanızı kolaylaştırın 7-16!
Saha Sismik Verileri
USGS Sismik Verileri, Risk Kategorisi belirlendikten sonra elde edilebilir., Site Sınıfı, ve Proje Adresi tanımlanır. parametrelere dikkat edin \({S}_{D1} \), \({S}_{1} \), \({S}_{DS} \), ve \({T}_{L} \) Sismik Yük Hesabına devam edebilmek için değerlere sahip olmalıdır.
Figür 9. Konum için USGS Sismik verilerini almak için gereken parametreler.
Figür 9. USGS Sismik verilerinden elde edilen sonuçlar.
Kullanıcılar, yapıya en uygun sismik yükü elde etmek için USGS Web Servislerinden elde edilen parametreleri değiştirebilirler..
Yapı Verileri
Yapı Verileri sekmesinde, standart bina verilerini tanımlamanız yeterlidir: Çatı Profili, Bina Uzunluğu, Bina Genişliği, Ortalama Çatı Yüksekliği, ve Çatı Eğimi Açısı.
Figür 10. Bina veri girişi.
Sismik Veriler
Sismik hesaplamalara devam etmek için, gerekenler şunlar:
- Yapı sistemi – değerlerinin belirlenmesi için \({C}_{t} \) ve \(x \) yapının yaklaşık temel periyodunun hesaplanmasında kullanılacak olan \({T}_{a} \)
- Yapının yaklaşık temel periyodu \({T}_{a} \) – daha uygun sismik yük hesaplaması için kullanıcı tanımlı olabilir
- Yanıt Değiştirme Faktörü \( R \) – varsayılan değer 8.5 ve daha uygun sismik sonuçlar için değiştirilmelidir
- artıklık faktörü, \( r \) – varsayılan değer 1.0 ve değiştirilebilir. Diyafram kuvvetleri hesabında kullanılır
- Kat Ağırlıkları – taban kesmesinin dikey dağılımı ve diyafram kuvvetleri için kullanılır. Gereken düzey başına veriler:: Seviye (atama için), Yükseklik, ve ağırlık
Figür 11. Sismik hesaplama için gerekli sismik parametreler.
Sonuçlar
Hesaplamanın çıktısı, kullanılan sismik parametreler ve hesaplanan sismik taban kesme kuvvetidir. \(V \), seviye başına sismik kuvvetler, ve seviye başına diyafram kuvvetleri.
Figür 12. Sismik yük hesaplaması için giriş parametreleri ve sonuçları.
Figür 13. Diyafram tasarım kuvvetleri dahil olmak üzere seviye başına tablolu sismik kuvvetler.
Detaylı rapor
Sonuçları ürettikten sonra, Profesyonel hesap kullanıcıları ve satın alanlar bağımsız yük üreteci modülü detaylı bir sismik hesaplama üretebilir. Rapor, kullanıcı için şeffaf hale getirmek için sismik hesaplamada kullanılan tüm parametreleri ve varsayımları görüntüler.. Bu örnek hesaplama için oluşturulan rapora bu adresten ulaşılabilir. bağlantı.
Figür 14. SkyCiv Load Generator'ın detaylı sismik yükü hesaplaması.
Bu özellikten yararlanarak Profesyonel Hesap için kaydolma veya satın alarak bağımsız Yük Üreteci modülü! Mevcut kullanıcılar için, a ÜCRETSİZ DEMO Yük hesaplamaları için daha kapsamlı bir çözüme ihtiyaç duymanız durumunda da mevcuttur.
Ek kaynaklar için, güneş paneli projeniz için detaylı rüzgar ve kar hesaplamaları raporu oluşturabileceksiniz.:
Yapı mühendisi, Ürün geliştirme
Yüksek Lisans İnşaat Mühendisliği
Referanslar:
- Amerikan İnşaat Mühendisleri Derneği. (2017, Haziran). Binalar ve diğer yapılar için minimum tasarım yükleri ve ilgili kriterler. Amerikan İnşaat Mühendisleri Derneği.
- Charney, F., Heausler, T., ve Marshall, J. (2020). sismik yükler: ASCE'nin sismik yük hükümlerine ilişkin kılavuz 7-16. Amerikan İnşaat Mühendisleri Derneği.
- Google Maps
