在这篇文章中, 我们将引导您了解如何确定场地位置上风侧的地形或暴露类别, 这对于计算风荷载至关重要. 我们将介绍 ASCE 中概述的具体程序 7, NBCC 2015, 和AS / NZS 1170.2 用于确定地形类别并讨论这些类别如何应用于 SkyCiv 负载生成器中可用的每个参考代码.
美国土木工程师学会 7-16/美国土木工程师学会 7-22
我们将通过计算地形因子来讨论地形对结构风荷载的影响 7, 确定场地位置逆风暴露的暴露类别的程序将在第 1 节中讨论 26.7, 取决于地形. 在这篇文章中, 以简化参考, 我们将使用 ASCE 7-16. 对于每个风源方向, 应从延伸 ±45° 的两个逆风区域进行分析.
数字 1. 每个风源方向的地形扇区.
对于每个部门, 表面粗糙度类别应根据以下定义进行检查 26.7.2 ASCE的 7-16:
桌子 1. 基于截面的表面粗糙度定义 26.7.2 ASCE的 7-16.
从表面粗糙度的定义来看, 我们可以确定以逆风区为界的地形的暴露类别. 每个暴露类别的定义在第 1 节中说明。 26.7.3 ASCE的 7-16 如下:
桌子 2. 基于部分的暴露类别定义 26.7.3 ASCE的 7-16.
桌子 2 可以根据图C26.7-2通过下图可视化:
数字 2. 暴露 B 所需的逆风表面粗糙度条件.
数字 3. 暴露 D 所需的逆风表面粗糙度条件 – 案子 1.
数字 4. 暴露 D 所需的逆风表面粗糙度条件 – 案子 2.
应根据每个风源方向确定暴露类别. 使用示例站点位置 – “1200 S 杜萨布尔湖滨大道, 芝加哥, 的 60605, 美国”, 让我们对每个方向进行分析.
数字 4. 暴露类别分析的样本位置.
假设结构的平均屋顶高度为 25 英尺 ( ( 20h = 500 英尺 )), 我们将使用以下程序来检查每个部门的暴露类别:
健康）状况 1. 使用图确定是否暴露 D 3:
使用图 3 – 哪里的距离 ( d_{1} ) 是 5000 英尺 (1524 米), 我们需要检查暴露 D, 其中表面粗糙度 D 在整体上占主导地位 5000 英尺伸展:
数字 5. 偏移距离 5000 使用图进行暴露 D 检查的现场位置 ft 3.
从图 5, 我们已经可以得出结论，风源方向 ñ, 出生, 和E 整体表面粗糙度为D 5000 英尺伸展. 因此, 这些风源方向是 曝光D.
健康）状况 2. 使用图确定是否暴露 D 2
使用图 4 – 哪里的距离 ( d_{1} ) 是 5000 英尺 (1524 米) 和距离 ( d_{2} ) 等于 600 英尺 (183 米), 我们需要检查暴露 D. 从图 5, 这只适用于SE风源方向:
数字 6. 偏移距离 600 英尺及额外 5000 使用图进行暴露 D 检查的现场位置 ft 4.
风源方向SE, 使用 ( d_{2} = 600 英尺 ), 我们可以认为该截面为表面粗糙度B. 然而, 对于距离 ( d_{1} = 5000 英尺 ), 该部分不是 100% 表面粗糙度D. 因此, SE 不应被视为暴露 D.
健康）状况 3. 使用图确定是否暴露 B 1
使用图 3 – 哪里的距离 ( d_{1} ) 是 1500 英尺 (457 米) 以来 ( H < 30 英尺 ), 我们需要检查暴露 B.
数字 7. 偏移距离 1500 使用图进行暴露 B 检查的现场位置 英尺 3.
从图 7, 我们可以确定风源方向为 NW, w ^, 西南, 和 S 被分类为曝光 B，因为每个方向扇区的表面粗糙度为表面粗糙度 B.
健康）状况 4. 如果条件 1 至 3 不是真的, 因此, 地形为Exposure C.
因此, 风源方向SE, 它被归类为暴露类别 C. 综上所述, 各风源方向的暴露类别如图所示 8 下面.
数字 8. 每个风源方向的暴露类别.
这些数据可用于确定最坏的风源方向，如速度压力系数 ( K_{与} ), 地形因素 ( K_{Ť} ), 和阵风效应系数 ( G ) 使用详细计算受暴露类别影响.
NBCC 2015/2020
对于NBCC 2015, 确定场地位置逆风暴露的暴露类别的程序将在第 1 节中讨论 4.1.7.3(5), 取决于地形. 对于每个风源方向, 应从延伸 ±45° 的两个逆风区域进行分析.
数字 9. 每个风源方向的地形扇区.
对于每个部门, 地形类别应根据以下基于Section的定义进行检查 4.1.7.3(5) 全国广播公司 2015:
桌子 3. 地形类别的定义如章节中所定义 4.1.7.3(5) 全国广播公司 2015.
可视化表中的选项 3:
数字 10. 粗糙地形的定义如第 1 节中所定义 4.1.7.3(5) 全国广播公司 2015.
数字 10. 开放地形的定义如章节中所定义 4.1.7.3(5) 全国广播公司 2015.
基于部分 4.1.7.3(5) 全国广播公司 2015, 允许插值 曝光系数 ( C_{Ë} ) 在中间地形. 如果崎岖地形距离建筑物位置大于或等于1公里或 20 乘以结构高度, 以较大者为准, 地形可以认为是 崎岖地形, 如果距离小于 50 米, 它被认为是 开放地形. 除此以外, 曝光系数 ( C_{Ë} ) 按节 4.1.7.3(5) 将根据边界值计算. 这可以在图中可视化 11 下面.
数字 11. 中间地形的定义如第节中所定义 4.1.7.3(5) 全国广播公司 2015.
为了进一步说明这一点, 让我们使用一个示例站点位置 – “657 马斯特斯路东南, 卡尔加里, AB T3M 2B6, 加拿大,” 假设结构高度 ( H ) 是 25 米 ( ( 20高= 500 米 )).
数字 12. 地形类别分析的样本位置.
第一步是对每个风源方向的明显崎岖和开阔地形进行分类. 我们可以画50m和最大 1 公里或 ( 20 H ) 距离站点位置的半径.
数字 13. 根据表确定地形类别的偏移距离为50m和1km 1 定义.
从图 13, 我们可以说风源方向 出生, Ë, 例如林区中的孤立塔 被分类为 地形开阔 由于距场地位置各方向的崎岖地形长度均小于50m. 此外, 用于风源方向 西和西北 可以归类为崎岖地形，因为这些方向的崎岖地形长度大于 1 公里. 对于风源方向 ñ, 我们可以保守地假设开放地形在这个方向上占主导地位. 对于其余的, 南和西南, 我们可以得出结论，这些是中间地形，我们需要测量崎岖地形与场地位置的距离.
数字 14. 从现场位置测量的西南风源方向的近似崎岖地形长度等于 574 米.
数字 15. 从现场位置测量的 S 风源方向的近似崎岖地形长度等于 249 米.
从上面的分析来看, 开放地形的风源方向肯定会产生保守值. 然而, 如果所有风源方向都分类为中间地形, 上述过程是如何确定每个方向适当的地形类别.
AS / NZS 1170.2 (2021)
对于AS / NZS 1170.2, 与上述参考文献相同的程序适用于确定场地位置的逆风暴露的地形类别. 这将在章节中讨论 4.2 AS / NZS的 1170.2 (2021). 对于每个风源方向, 应从延伸 ±45° 的两个逆风区域进行分析. 各地形类别的定义如下所示 4.2.1 AS / NZS的 1170.2 (2021):
桌子 4. 地形类别的定义如章节中所定义 4.2.1 AS / NZS的 1170.2 (2021).
在确定某个方向的地形类别时, 滞后距离等于 ( 20 与 ) 从结构位置来看应忽略不计. 从此, 偏移距离 (平均距离) 的 500 或 ( 40 与), 以较大者为准, 应如图所示使用 16 下面. 的 ( 与 ) 值等于平均屋顶高度, ( H ), 当它小于或等于 25 米. 在此平均距离内可能有多个地形类别, 因此, 应使用线性插值来确定 ( M_{与,猫} ) 价值观, 取决于每个地形类别的长度, 如图所示 4.1 AS / NZS的 1170.2 (2021). 在这篇文章中, 我们只考虑平均距离内的同质地形类别.
数字 16. 用于根据 AS/NZS 确定地形类别的距离图示 1170.2 (2021).
为了进一步说明这一点, 让我们使用一个示例站点位置 – 纬度: 32°43'46″S朗: 151°31’47″Ë – 假设平均屋顶高度 ( H ) 是 10 米 ( 哪里 ( 20z = 20h = 200 米 ) 和 ( 40z = 400 米 )).
数字 17. 滞后距离等于的站点位置 200 m 和平均距离等于 500 m 代表每个风源方向.
由于我们仅将地形类别视为在整个 500m 或 ( 40与 ) 距离, 我们已经可以对每个风源方向进行分类. 假设N上的建筑物, 东北和东, 是建筑物 5 至 10 米高, 我们可以将它们分类为地形类别 3 (TC3) 如表所示 4. 对于风源方向 SE, 小号, 西南, 和W, 因为这些都是没有障碍物的草原, 我们可以将它们分类为地形类别 1 (TC1). 最后, 风源方向 NW, 我们可以推断出多于两个但少于 10 每公顷建筑物, 房屋分散. 因此, 我们可以将其归类为地形类别 2.5 (TC2.5).
数字 18. 我们的样本位置每个风源方向的地形类别分类摘要.
使用 SkyCiv 负载生成器
With SkyCiv Load Generator v6.6.0, we’ve introduced an algorithm to help detect the terrain and exposure for each wind source direction automatically for ASCE 7-16, asce 7-22, NSCP 2015, AS / NZS 1170.2, 并作为 4055. This uses building datasets from the following sources:
- Overpass API (with height);
- 微软全球机器学习建设足迹 (with height); 和
- our trained AI model.
You just need to click the “Detect Building Data” button to generate the analysis. Once finished, it will show the detected Terrain Category for each wind source direction. 此外, using in AS/NZS 1170, it will also calculate the approximate Shielding Multiplier values based on the detected buildings.
数字 19. Results for the “Detect Building Data” for the site location to automatically detect the terrain/exposure categories introduced to SkyCiv Load Generator.
This will also add the detected buildings in the map for reference.
数字 20. The detected buildings in the site location used for analyzing the terrain/exposure categories for each wind source direction.
For locations that have missing building data, users can use the trained AI model to segment and detect the buildings in the site location.
数字 21. The detected buildings in the site location using our trained AI model for locations that have missing building data using the Overpass/MS Global ML Building Footprints.
Once the results are generated from the AI model, there will be a table that will compare and show what value to be adopted based on those data sources:
数字 22. Results from the generated terrain detection using all data sources. Users can edit this to override what data to adopt.
结构工程师, 产品开发
土木工程硕士
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参考资料:
- 建筑物和其他结构的最低设计负荷. (2017). 轴/六 7-16. 美国土木工程师学会.
- 加拿大国家研究委员会. (2015). 加拿大国家建筑法规, 2015. 加拿大国家研究委员会.
- 澳大利亚标准 (2021), 结构设计行动. 部分 2 风动作, 澳大利亚/新西兰标准 AS/NZS1170.2:2021, 澳大利亚标准, 悉尼, 新南威尔士州, 欧洲.
- 你可以通过这个查看我们的 API 文档
