Tamamen çalışılmış bir Eurocode örneği 1 (İÇİNDE 1991-1-4) rüzgar yükü hesaplamaları

Bu örnekte, Aachen'de bulunan bir depo yapısı için tasarım rüzgar basıncını hesaplayacağız, Almanya. Referanslarımız Eurocode olacaktır 1 İÇİNDE 1991-1-4 Yapılar üzerinde eylem (Rüzgar yükü) ve DIN EN 1991-1-4 / NA:2010-12. Yüklerin her yüzeye nasıl uygulandığını göstermek için S3D'mizden bir model kullanacağız..

Rüzgar Yükü Hesaplayıcı

Figür 1. Örnek olarak SkyCiv S3D'deki depo modeli.

Figür 2. Site konumu (Google Haritalar'dan).

Tablo 1. Rüzgar hesaplamamız için gereken bina verileri.

yer	Aachen, Almanya
Doluluk	Çeşitli – Depo Yapısı
Arazi	Düz tarım arazisi
Boyutlar	19.507 m (d) × 31.699 m (b) planda Saçak yüksekliği 9.144 m Yüksekte Apex yüksekliği. 10.973 m (h) Çatı eğimi 3:16 (10.62°) Açmadan
Kaplama	Sıralı aşıklar 0.6 m Duvar saplamaları aralıklı 0.6 m

Tasarım rüzgar basıncını belirlemedeki formül:

Temel rüzgar hızı için:

\({v}_{b} = {c}_{sana} {c}_{mevsim} {v}_{b,0}\) (1)

Nerede:

\({v}_{b}\) = m / s cinsinden temel rüzgar hızı
\({c}_{sana}\) = yön faktörü
\({c}_{mevsim}\)= mevsimsel faktör
\({v}_{b,0}\) = temel rüzgar hızının temel değeri (EN için DIN Ulusal Ek 1991-1-4)

Temel hız basıncı için:

\({q}_{b} = 0.5 {⍴}_{hava} {{v}_{b}}^{2} \) (2)

Nerede:

\({q}_{b}\) = Pa cinsinden tasarım rüzgar basıncı
\({⍴}_{hava}\) = hava yoğunluğu (1.25 kg / cu.m.)
\({v}_{b}\)= m / s cinsinden temel rüzgar hızı

En yüksek basınç için:

\({q}_{p}(ile) = 0.5 [1 + 7 {l}_{v}(ile)] {⍴}_{hava} {{v}_{m}(ile)}^{2} \) (3)

Nerede:

\({v}_{m}(ile)\) = ortalama rüzgar hızı, m / s = \({c}_{r}(ile) {c}_{Ö}(ile) {v}_{b}\) (4)
\({c}_{Ö}(ile)\) = topografya faktörü
\({c}_{r}(ile)\) = pürüzlülük faktörü:

\({c}_{r}(ile) = {k}_{T} ln(\çatlamak{ile}{{ile}_{0}}) : {ile}_{min} ≤ {ile} ≤ {ile}_{max}\) (5)
\({c}_{r}(ile) = {c}_{r}({ile}_{min}) : {ile} ≤ {ile}_{min}\) (6)

Nerede:

\({ile}_{0}\) = pürüzlülük uzunluğu, m
\({k}_{T}\) = arazi faktörü, pürüz uzunluğuna bağlı olarak, \({ile}_{0}\) kullanılarak hesaplandı:

\({k}_{T} = 0.19 {(\çatlamak{{ile}_{0}}{{ile}_{0,II}})}^{0.07} \) : \( {ile}_{0,II} = 0.05\) (arazi kategorisi II) (7)

\({ile}_{min}\) = minimum yükseklik
\({ile}_{max}\) = olarak alınan maksimum yükseklik 200 m.

Bu Denklemlerden (4) -e (7), DIN EN 1991-1-4 / NA:2010-12 Ek B, arazi kategorisine bağlı olarak her parametrenin formülünü özetlemektedir.:

Figür 3. DIN EN 1991-1-4 / NA Tablo NA.B.2:2010-12.

Her parametre daha sonra tartışılacaktır..

Arazi Kategorisi

Yapı tarım arazisinde yer almaktadır., hangisi olarak sınıflandırılır Arazi Kategorisi II EN Ek A'da tanımlandığı gibi 1991-1-4 ve DIN Ulusal Ek Tablo NA.B-1.

Figür 4. DIN EN 1991-1-4 / NA Tablo NA.B.1:2010-12.

Yön ve Mevsimsel Faktörler, \({c}_{sana}\) & \({c}_{mevsim}\)

Denklemi hesaplamak için (1), yönlü ve mevsimsel faktörleri belirlememiz gerekiyor, \({c}_{sana}\) & \({c}_{mevsim}\). EN için DIN Ulusal Ek 1991-1-4 bu faktörlerin önerilen değerleri eşit olduğu için bu hesaplamayı basitleştirir 1.0.

Temel Rüzgar Hızı ve Basıncı, \({v}_{b,0}\) & \({q}_{b,0}\)

Daha önce belirtildiği gibi, Almanya için rüzgar hızı haritası EN için DIN Ulusal Ek'ten alınabilir. 1991-1-4. Her Avrupa ülkesinin, EN'nin önerilen rüzgar yükü parametrelerini kalibre ettiği ayrı bir Ulusal Eki vardır. 1991-1-4.

Figür 5. DIN EN 1991-1-4 / NA Tablo NA.A.1:2010-12.

Site konumumuz için, Aachen, Almanya WZ2'de yer almaktadır. \({v}_{b,0}\) = 25.0 Hanım yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi. Bu değerden, dan beri \({c}_{sana}\) & \({c}_{mevsim}\) her ikisi de eşittir 1.0, temel rüzgar basıncını hesaplayabiliriz, \({q}_{b,0}\), Denklemleri kullanma (1) ve (2). Bu nedenle, karşılık gelen değeri \({q}_{b,0}\) = 0.39 kPa, EN için DIN Ulusal Ek'in rüzgar haritasında da belirtilmiştir 1991-1-4.

SkyCiv artık rüzgar bölgesinin algılanmasını ve karşılık gelen rüzgar hızı değerini yalnızca birkaç girişle almayı otomatikleştiriyor. Deneyin bizim SkyCiv Ücretsiz Rüzgar Aracı

Rüzgar Yükü Hesaplayıcı

Ortalama Rüzgar Hızı, \({v}_{m}(ile)\)

Tepe basıncı hesaplamak için, \({q}_{p}(ile)\), ortalama rüzgar hızının değerini belirlememiz gerekiyor, \({v}_{m}(ile) \). Şekilden 3, ortalama hızı hesaplayabiliriz, \({v}_{m}(ile) \):

İçin \({ile}_{min} ≤ {ile} ≤ {ile}_{max} : 1.0 {v}_{b} {(0.1ile)}^{0.16} \)
İçin \({ile}_{min} ≤ {ile} ≤ {ile}_{max} : 0.86 {v}_{b} \)

Tepe Basıncı, \({q}_{p}(ile)\)

benzer şekilde, en yüksek basınç, \({q}_{p}(ile)\), Şekil kullanılarak çözülebilir 3:

İçin \({ile}_{min} ≤ {ile} ≤ {ile}_{max} : 2.1 {q}_{b} {(0.1ile)}^{0.24} \)
İçin \({ile} ≤ {ile}_{min} : 1.7 {q}_{b} \)

Tepe basıncı hesaplamak için, \({q}_{p}(ile) \), ortalama rüzgar hızının değerini belirlememiz gerekiyor, \({v}_{m}(ile) \). Şekilden 3, ortalama hızı hesaplayabiliriz, \({v}_{m}(ile) \):

için \({ile}_{min} ≤ {ile} ≤ {ile}_{max} : 1.0 {v}_{b} {(0.1ile)}^{0.16} \)
için \({ile} ≤ {ile}_{min} : 0.86 {v}_{b} \)

Her seviye için ortalama rüzgar hızı ve tepe basıncı sonuçları Tabloda gösterilmektedir. 2 altında.

Tablo 2. Yapının her seviyesi için hesaplanan ortalama rüzgar hızı ve tepe basıncı.

yükseklik / seviye	\({v}_{m}(ile)\), Hanım	\({q}_{p}(ile)\), İyi
3.00	21.5	664.06
6.00	23.04	725.66
9.00	24.58	799.83
10.97 (h)	25.37	838.80

Dış Rüzgar Basıncı, \({w}_{e}\)

Tepe basıncının hesaplanması üzerine, \({q}_{p}(ile)\), Yapının yüzeyine etki eden dış rüzgar basıncı kullanılarak çözülebilir:

\({w}_{e} = {q}_{p}(ile) {c}_{açık}\) (8)

Nerede:

\({w}_{e}\) = dış rüzgar basıncı, İyi
\({q}_{p}(ile)\) = tepe basıncı, İyi
\({c}_{açık}\) = dış yüzey için basınç katsayısı

a) Dikey Duvarlar

Rüzgar yönündeki basıncın dağıtılması için (Bölge D), Bölüm 7.2.2 veya VE 1991-1-4 bağlı olarak nasıl dağıtılması gerektiğini açıklar \(h), \(b\), ve \(d\). Örneğimiz için, sahibiz \(h < b\) (10.973 < 31.699m), dolayısıyla, \({ile}_{e} = h\) Şekilde gösterildiği gibi 6.

Figür 6. Şekle göre rüzgar duvarı için basınç dağılımı 7.4 veya VE 1991-1-4.

Diğer taraftan, yan duvarlar için basınç dağılımı (A'dan C'ye Bölgeler) Şekilde gösterilmiştir 7.5 veya VE 1991-1-4 ve bağlıdır \(e = b < 2h). Örneğimiz için, değeri \(e = 21.946\), dolayısıyla, \(e > d\) Şekilde gösterildiği gibi 7. Dahası, Leeward duvar basıncı E Bölgesi olarak belirlenmiştir. Dış basınç katsayıları daha sonra Şekilde gösterilmektedir. 8 DIN EN 1991-1-4 / NA Tablo NA.1'e göre:2010-12.

Figür 7. Şekle göre yan duvar için basınç dağılımı 7.5 veya VE 1991-1-4.

Figür 8. Dikey duvarlar için dış basınç katsayısı (A'dan E'ye Bölgeler) DIN EN 1991-1-4 / NA Tablo NA.1'e göre:2010-12.

Dan beri \(h / d = 0.563\), enterpolasyon yapmamız gerekecek \({c}_{açık}\) tasarım rüzgar basıncını hesaplamak için değerler. Abonelikleri \({c}_{açık,10}\) ve \({c}_{açık,1}\) değerin rüzgar basıncının uygulandığı alana bağlı olduğu anlamına gelir, her ikisi için 1 metrekare. ve 10 metrekare. Genelde, binalar için, \({c}_{açık,10}\) o zamandan beri evlat edinilecek olan \({c}_{açık,1}\) kaplamalar ve çatı kaplama elemanları gibi küçük elemanlar için kullanılır. İçin enterpolasyonlu değerler \({c}_{açık}\) Tabloda gösterilmiştir 3 altında.

Tablo 3. Dikey duvarlar için hesaplanan dış basınç katsayısı.

\(h/d\)	Bir	B	C	D	E
1.000	-1.2	-0.8	-0.5	0.8	-0.5
0.563	-1.2	-0.8	-0.5	0.742	-0.383
0.250	-1.2	-0.8	-0.5	0.7	-0.3

b) Çatı

Çatı için tasarım rüzgar basınçlarının dağılımı Bölümlerde detaylandırılmıştır. 7.2.3 -e 7.2.10 ve 7.3 veya VE 1991-1-4. Özellikle, Yapımızın çatı profili duopitch olduğundan, Bölüm kullanacağız 7.2.5 çatı dış basınç katsayılarını elde etmek için, \({c}_{açık}\), Şekilde gösterildiği gibi 9 ve 10 altında.

Figür 9. Şekle göre duopitch çatı için basınç dağılımı 7.8 veya VE 1991-1-4.

Figür 9. Çatı yüzeyleri duvarları için dış basınç katsayısı (F - J bölgeleri) EN Tablo 7.4a'ya göre 1991-1-4.

Çatı eğim açısı 10.62 ° 'ye eşit olduğu için, enterpolasyon yapmalıyız \({c}_{açık}\) 5 ° ve 15 ° değerleri. Bu nedenle, hesaplanan \({c}_{açık}\) Yapımız için değerler Tabloda gösterilmiştir 4 altında.

Tablo 4. Çatı yüzeyleri için hesaplanan dış basınç katsayısı.

\(h/d\)	Bölge F		Bölge G		Bölge H		Bölge I		Bölge J
	\(-{c}_{NS}\)	\(+{c}_{NS}\)	\(-{c}_{NS}\)	\(+{c}_{NS}\)	\(-{c}_{NS}\)	\(+{c}_{NS}\)	\(-{c}_{NS}\)	\(+{c}_{NS}\)	\(-{c}_{NS}\)	\(+{c}_{NS}\)
5.00	-1.7	0.0	-1.2	0.0	-0.6	0.0	-0.6	–	-0.6	0.2
10.62	-1.250	0.112	-0.975	0.112	-0.431	0.112	-0.488	–	-0.825	0.088
15.00	-0.9	0.2	-0.8	0.2	-0.3	0.2	-0.4	–	-1.0	0.0

İç Rüzgar Basıncı, \({w}_{ben}\)

İç rüzgar basıncı, \({w}_{ben}\), dış rüzgar basıncıyla aynı anda gelişebilir ve hareket edebilir. Bu nedenle, hesaplama ihtiyacı \({w}_{ben}\) gerekli. Hesaplanacak formül \({w}_{ben}\) dır-dir:

\({w}_{ben} = {q}_{p}(ile) {c}_{pi}\) (9)

Nerede:

\({w}_{ben}\) = dahili rüzgar basıncı, İyi
\({q}_{p}(ile)\) = tepe basıncı, İyi
\({c}_{pi}\) = iç basınç katsayısı

Bölüm 7.2.9 veya VE 1991-1-4 şunu belirtir \({c}_{pi}\) daha zahmetli olarak alınabilir +0.2 ve -0.3. Yapımızın baskın bir açıklığı olmadığını varsayıyoruz.

Tasarım Rüzgar Basıncı

Bunlarla \({c}_{açık}\) ve \({c}_{pi}\) değerler, Şimdi Tabloda gösterildiği gibi her bölge için karşılık gelen harici rüzgar basıncını hesaplayabiliriz 5.

Tablo 5. Her yüzeyde hesaplanan dış rüzgar basıncı.

Yüzey	Bölge	\({w}_{e}\)		\({w}_{ben}\)		Kombine \({w}_{e}\) ve \({w}_{ben}\)
		\(-{c}_{açık}\)	\(+{c}_{açık}\)	\(+{c}_{pi}\)	\(+{c}_{pi}\)	minimum değer	maksimum değer
Duvar	Bölge A	-1006.56		167.76	-251.64	-1174.32	754.92
	Bölge B	-671.04	–			-838.80	-419.40
	Bölge C	-419.40	–			-587.16	167.76
	Bölge D	–	622.11			454.35	873.75
	E Bölgesi	-321.54	–			-489.30	-69.9
Çatı	Bölge F	-1048.83	94.28			-1216.59	345.92
	Bölge G	-818.00	94.28			-985.76	345.92
	Bölge H	-361.86	94.28			-529.62	345.92
	Bölge I	-409.00				-576.76	-157.36
	Bölge J	-691.84	73.48			-859.60	325.12

Bu değerlerden, şimdi bu tasarım rüzgar basınçlarını yapımıza uygulayabiliriz. Bir çerçeve yuvası düşünüldüğünde (iç), kombine \({w}_{e}\) ve \({w}_{ben}\) Şöyleki:

Figür 10. Dikkate alınacak iç çerçeve.

Figür 11. Kombine için minimum durum \({w}_{e}\) ve \({w}_{ben}\).

Figür 12. Kombine için maksimum durum \({w}_{e}\) ve \({w}_{ben}\).

Bu hesaplamaların tümü kullanılarak yapılabilir SkyCiv’in Rüzgar Yükü Yazılımı ASCE için 7-10, 7-16, İÇİNDE 1991, NBBC 2015 ve benzeri 1170. Kullanıcılar rüzgar hızlarını ve topografya faktörlerini öğrenmek için bir saha konumuna girebilirler., bina parametrelerini girin ve rüzgar basınçlarını oluşturun. Profesyonel Hesap ile, kullanıcılar bunu yapısal bir modele otomatik olarak uygulayabilir ve yapısal analizi tek bir yazılımda çalıştırabilir.

Aksi takdirde, Deneyin bizim SkyCiv Ücretsiz Rüzgar Aracı basit yapılarda rüzgar hızı ve rüzgar basıncı hesaplamaları için.

Rüzgar Yükü Hesaplayıcı

Referanslar:

• İçinde, B. (2005). Eurocode 1: Yapılar Üzerindeki Eylemler - Bölüm 1–4: Genel Eylemler - Rüzgar Eylemleri.
• DIN EN 1991‐1‐4. (2005). Eurocode 1: Yapılar üzerinde eylemler Bölüm 1‐4: Genel eylemler, Windlasten; Almanca versiyonu EN 1991-1-4: 2005.