ASCE的一个例子 7-16 风荷载计算 (定向程序) 对于 L 形建筑
在这篇文章中, 科尔多瓦L型建筑物的风荷载压力计算示例, 田纳西州将显示. 此计算将符合ASCE 7-16 风荷载计算 (定向程序).
对于此案例研究, 结构数据如下:
| 位置 | 科尔多瓦, 孟菲斯, 田纳西州 海拔 +110.0m |
| 占用 | 各种各样的 – 厂房结构 |
| 地形 | 平坦的农田 |
| 方面 | 28米 (12米宽) x 24m (8米宽) 计划中 屋檐高度 5 米 海拔高度. 8 米 屋顶坡度: 1:2 对于主框架 (26.57°) 3:4 用于扩展 (36.87°) 有开孔 |
使用 ASCE 对山墙屋顶结构进行类似计算 7-10 (英制单位) 在这个例子中被引用并且可以使用这个访问 链接. 确定设计风压的公式为:
对于封闭和部分封闭的建筑物:
\(p = qG{C}_{p} -{q}_{一世}({GC}_{pi})\) (1)
对于开放式建筑物:
\(p = q{G}_{F}{C}_{p} -{q}({GC}_{pi})\) (2)
在哪里:
\(G) =阵风影响因子
\({C}_{p}\) =外部压力系数
\(({GC}_{pi})\)=内部压力系数
\(q) =速度压力, 在Pa, 由公式给出:
\(q = 0.613{ķ}_{与}{ķ}_{t}{ķ}_{d}V^2) (3)
\(q) = \({q}_{H}\) 用于背风墙, 侧壁, 和屋顶,在屋顶平均高度评估, \(H)
\(q) = \({q}_{与}\) 用于迎风墙, 高处评估, \(z)
\({q}_{一世}\) = \({q}_{H}\) 负内压, \((-{GC}_{pi})\) 评估和 \({q}_{与}\) 用于积极的内压评估 \((+{GC}_{pi})\) 部分封闭的建筑物，但可以视为 \({q}_{H}\) 为了保守的价值.
\({ķ}_{与}\) =速度压力系数
\({ķ}_{t}\)=地形因子
\({ķ}_{d}\)=风向因子
\(V) = 以 m/s 为单位的基本风速
风险类别
确定设计风压的第一件事是对结构的风险类别进行分类, 这是基于结构的使用或占用. 由于这个例子是一个植物结构, 该结构分类为 第四类风险. 看 桌子 1.5-1 ASCE的 7-16 有关风险类别分类的更多信息.
基本风速, \(V)
在 ASCE 7-16, 风速数据可以从 数字 26.5-1 至 26.5-2. 从 图 26.5-1A, 科尔多瓦, 孟菲斯, 田纳西靠近如图所示的红点 3 下面, 然后, 的 基本风速, \(V), 是 52 小姐. 请注意，这些值应在已知风等值线之间进行插值.
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暴露类别
看 部分 26.7 ASCE的 7-16 详细说明确定暴露类别的步骤.
根据所选的风向, 结构的暴露应从迎风45°扇区确定. 应采用的暴露量应为从上述方向产生最大风荷载的暴露量. 每种暴露类别的说明在第节中进行了详细说明 26.7.2 和 26.7.3 ASCE的 7-16.
对于我们的例子, 因为该结构的位置在科尔多瓦的一片农田中, 孟菲斯, 田纳西州, 没有比这更高的建筑物 30 英尺, 因此该区域被分类为 曝光C. 确定曝光类别的有用工具是通过卫星图像查看您的潜在站点。 (以Google地图为例).
风向因子, \({ķ}_{d}\)
风向因素, \({ķ}_{d}\), 因为我们的结构都等于 0.85 由于该建筑物是主要的抗风系统，并且还具有与该结构相连的组件和覆层. 这显示在 桌子 26.6-1 ASCE的 7-16.
地形因素, \({ķ}_{t}\)
由于该结构位于平坦的农田中, 我们可以假设地形因素, \({ķ}_{t}\), 是 1.0. 除此以外, 该因素可以解决使用 数字 26.8-1 ASCE的 7-16. 确定是否需要进一步计算地形因子, 看到 部分 26.8.1, 如果您的网站不符合列出的所有条件, 那么地形因子可以看作是 1.0.
注意: 地形因子可以使用 SkyCiv风设计软件. 有关地形因子计算的更多信息, 检查这个 文章.
地面高程系数, \({ķ}_{Ë}\)
地面高程系数, \({ķ}_{Ë}\), 在 ASCE 中介绍 7-16 考虑基于平均海平面以上地面高程的空气密度变化. 这个因子可以用:
\( {ķ}_{Ë} = {Ë}^{-0.000119{与}_{G}}\) (4)
在哪里:
\({与}_{G}\) 是高于平均海平面的地面高程，以米为单位
因此, 对于这个案例研究, 因为地面高程是+110.0m, \({ķ}_{Ë}\) 等于 0.987.
速度压力系数, \({ķ}_{与}\)
速度压力系数, \({ķ}_{与}\), 可以用表来计算 26.10-1 ASCE的 7-16. 此参数取决于考虑风压的点的高于地面的高度, 和曝光类别. 此外, 表中显示的值基于以下公式:
对于 4.6 米 < \({与}\) < \({与}_{G}\): \({ķ}_{与} = 2.01(和/{与}_{G})^{2/一种}\) (5)
对于 \({与}\) < 4.6 米: \({ķ}_{与} = 2.01(4.6/{与}_{G})^{2/一种}\) (6)
在哪里:
| 接触 | 一种 | \({与}_{G}\)(米) |
| 曝光B | 7.0 | 365.76 |
| 曝光C | 9.5 | 274.32 |
| 曝光D | 11.5 | 213.36 |
通常, 平均车顶高度处的速度压力系数, \({ķ}_{H}\), 在每个楼层, \({ķ}_{日}\), 是解决设计风压所需的值. 对于这个例子, 因为上风侧的风压本质上是抛物线形的, 我们可以通过假设在地板之间的墙壁上施加均匀的压力来简化此负载. 我们可以简化迎风压力并将其分为 2 等级, 在屋檐高度 (+5.0米), 并且在平均屋顶高度 (+6.5米). 此外, 一种 = 9.5 和 \({与}_{G}\) 等于 274.32 米 因为结构的位置被归类为暴露 C.
| 海拔 (米) | \( {ķ}_{与} \) |
| 5 (屋檐高度) | 0.865 |
| 6.5 (平均屋顶高度) | 0.914 |
速度压力, \( q \)
从方程式 (3), 我们可以解决速度压力, \( q \) 在Pa, 在考虑的每个海拔高度.
| 海拔, 米 | \( {ķ}_{与} \) | \( {ķ}_{t} \) | \( {ķ}_{d} \) | \( {ķ}_{Ë} \) | \( V \), 小姐 | \( q \), 出色地 |
| 5 (屋檐高度) | 0.865 | 1.0 | 0.85 | 0.987 | 52 | 1202.87 |
| 6.5 (平均屋顶高度) | 0.914 | 1.0 | 0.85 | 0.987 | 52 | \( {q}_{H} \) = 1271.01 |
阵风影响因子, \( G \)
阵风影响因素, \( G \), 设定为 0.85 因为假定该结构是刚性的 (部分 26.11 ASCE的 7-16).
外壳分类和内压系数, \( ({GC}_{pi}) \)
假设工厂结构具有满足定义的开口 部分封闭的建筑 在 部分 26.2 ASCE的 7-16. 从而, 内部压力系数, \( ({GC}_{pi}) \), 应该 +0.55 和 -0.55 基于 桌子 26.13-1 ASCE的 7-16. 因此:
\(+{p}_{一世} = {q}_{一世}(+G{C}_{pi}) \) = (1271.01)(+0.55) = 699.06 出色地
\(-{p}_{一世} = {q}_{一世}(-G{C}_{pi}) \) = (1271.01)(-0.55) = -699.06 出色地
外压系数, \({C}_{p}\)
对于封闭和部分封闭的建筑物, 外部压力系数, \({C}_{p}\), 使用中提供的信息计算 数字 27.4-1 通过 数字 27.4-3. 对于带有山墙屋顶的部分封闭建筑, 用 数字 27.4-1. 使用建筑物参数L分别计算墙壁和屋顶的外部压力系数, 乙和小时, 注意中定义的 7 的 数字 27.4-1.
对于这个例子, 因为结构是不对称的, 将考虑四个风向: 二 (2) 风向平行于24m边, 和两个 (2) 风向平行于28m边.
对于平行于 24m 边的风向
从而, 我们需要计算 L/B 和 h/L:
屋顶平均高度, h = 6.5 米
建筑长度, L = 24 米
建筑宽度, 乙 = 28 米
L / B = 0.857
h / L = 0.271
h / B = 0.232
壁面压力系数, \({C}_{p}\), 和外部压力, \({p}_{Ë}\)
.用于墙壁, 外部压力系数由图计算 27.3-1 ASCE的 7-16 哪里 \({q}_{H}\) = 1271.011 出色地 和 \( G \) = 0.85.
| 表面 | H, 米 | 壁面压力系数, \({C}_{p}\) | \({p}_{Ë}\), 出色地 |
| 迎风墙 | 5.0 | 0.8 | 817.953 |
| 6.5 | 0.8 | 864.288 | |
| 背风墙 | 6.5 | -0.5 | -540.180 |
| 侧壁 | 6.5 | -0.7 | -756.252 |
屋顶压力系数, \({C}_{p}\), 和外部压力, \({p}_{Ë}\)
屋顶用, 外部压力系数由图计算 27.3-1 ASCE的 7-16 哪里 \({q}_{H}\) = 1271.011 出色地. 请注意，对于该风向, 迎风和背风的屋顶压力 (屋顶表面 1 和 2) 使用以下方法计算 θ = 36.87° 和 θ = 0° 用于屋顶表面 3 和 4.
| 表面 | 位置 | 屋顶压力系数, \({C}_{p}\) | \({p}_{Ë}\), 出色地 |
| 迎风屋顶 | – | 0.4 | 432.144 |
| 背风屋顶 | – | -0.6 | -648.216 |
| 平行于风 (沿着山脊) | 0 从边缘到h | -0.9 -0.18 |
-972.324 -194.465 |
| 从边缘到2小时 | -0.5 -0.18 |
-540.180 -194.465 |
|
| > 2距边缘h | -0.3 -0.18 |
-324.108 -194.465 |
因此, 结合 \({p}_{Ë}\) 和 \({p}_{一世}\), 可以得到相应的设计压力:
| 类型 | 表面 | 海拔/位置, 米 | \({p}_{Ë}\), 出色地 | \({p}_{Ë}\) – +\({p}_{一世}\), 出色地 | \({p}_{Ë}\) – -\({p}_{一世}\), 出色地 |
| 墙 | 迎风墙 | 5.0 | 817.953 | 118.897 | 1517.009 |
| 6.5 | 864.288 | 165.231 | 1563.344 | ||
| 背风墙 | – | -540.180 | -1239.236 | 158.876 | |
| 侧壁 | – | -756.252 | -1455.308 | -57.196 | |
| 屋顶 | 迎风 | – | 432.144 | -266.912 | 1131.200 |
| 背风 | – | -648.216 | -1347.272 | 50.840 | |
| 平坦的 (沿着山脊) | 0 到h | -972.324 -194.465 |
-1671.380 -893.521 |
-273.267 504.592 |
|
| 小时到2小时 | -540.180 -194.465 |
-1239.236 -893.521 |
158.876 504.592 |
||
| > 2H | -324.108 -194.465 |
-1023.164 -893.521 |
374.948 504.592 |
对于平行于 28m 边的风向
从而, 我们需要计算 L/B 和 h/L:
屋顶平均高度, h = 6.5 米
建筑长度, L = 28 米
建筑宽度, 乙 = 24 米
L / B = 0.857
h / L = 0.232
h / B = 0.271
壁面压力系数, \({C}_{p}\), 和外部压力, \({p}_{Ë}\)
.对于设计壁压力, 外部压力系数由图计算 27.3-1 ASCE的 7-16 哪里 \({q}_{H}\) = 1271.011 出色地 和 \( G \) = 0.85.
| 表面 | H, 米 | 壁面压力系数, \({C}_{p}\) | \({p}_{Ë}\), 出色地 |
| 迎风墙 | 5.0 | 0.8 | 817.953 |
| 6.5 | 0.8 | 864.288 | |
| 背风墙 | 6.5 | -0.467 | -504.528 |
| 侧壁 | 6.5 | -0.7 | -756.252 |
屋顶压力系数, \({C}_{p}\), 和外部压力, \({p}_{Ë}\)
屋顶用, 外部压力系数由图计算 27.3-1 ASCE的 7-16 哪里 \({q}_{H}\) = 1271.011 出色地. 请注意，对于该风向, 迎风和背风的屋顶压力 (屋顶表面 3 和 4) 使用以下方法计算 θ = 26.57° 和 θ = 0° 用于屋顶表面 1 和 2.
| 表面 | 位置 | 屋顶压力系数, \({C}_{p}\) | \({p}_{Ë}\), 出色地 |
| 迎风屋顶 | – | -0.2 0.3 |
-216.072 324.108 |
| 背风屋顶 | – | -0.6 | -648.216 |
| 平行于风 (沿着山脊) | 0 从边缘到h | -0.9 -0.18 |
-972.324 -194.465 |
| 从边缘到2小时 | -0.5 -0.18 |
-540.180 -194.465 |
|
| > 2距边缘h | -0.3 -0.18 |
-324.108 -194.465 |
因此, 结合 \({p}_{Ë}\) 和 \({p}_{一世}\), 可以得到相应的设计压力:
| 类型 | 表面 | 海拔/位置, 米 | \({p}_{Ë}\), 出色地 | \({p}_{Ë}\) – +\({p}_{一世}\), 出色地 | \({p}_{Ë}\) – -\({p}_{一世}\), 出色地 |
| 墙 | 迎风墙 | 5.0 | 817.953 | 118.897 | 1517.009 |
| 6.5 | 864.288 | 165.231 | 1563.344 | ||
| 背风墙 | – | -504.528 | -1203.584 | 194.528 | |
| 侧壁 | – | -756.252 | -1455.308 | -57.196 | |
| 屋顶 | 迎风 | – | -216.072 324.108 |
-915.128 -374.948 |
482.984 1023.164 |
| 背风 | – | -648.216 | -1347.272 | 50.840 | |
| 平坦的 (沿着山脊) | 0 到h | -972.324 -194.465 |
-1671.380 -893.521 |
-273.267 504.592 |
|
| 小时到2小时 | -540.180 -194.465 |
-1239.236 -893.521 |
158.876 504.592 |
||
| > 2H | -324.108 -194.465 |
-1023.164 -893.521 |
374.948 504.592 |
结构工程师, 产品开发
土木工程硕士
领英
参考资料:
- 库尔伯恩, w ^. L。, & 斯塔福德, Ť. Ë. (2020, 四月). 风荷载: ASCE风荷载规定指南 7-16. 美国土木工程师学会.
- 美国土木工程师学会. (2017, 六月). 建筑物和其他结构的最小设计载荷和相关标准. 美国土木工程师学会.
