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AS / NZS 1170.2 风荷载计算实例

AS / NZS的完整示例 1170.2 风荷载计算

SkyCiv的 风荷载计算器 现在有几个代码参考,包括澳大利亚/新西兰标准. 在这篇文章中, 我们将计算仓库结构的设计风压. 我们将使用S3D中的模型来演示负载如何 (AS 1170.2 / NZS1170.2 ) 涂在每个表面上.

示例风负荷计算as1170-screenshot-1

数字 1. 以SkyCiv S3D中的仓库模型为例.

数字 2. 地点坐标 (从Google地图).

桌子 1. 风能计算所需的建筑数据.

位置 跑马地道, 挑战它, 昆士兰州, 澳大利亚
占用 各种各样的 – 仓库结构
地形 平坦的农田
方面 19.507 米× 31.699 计划中的m
屋檐高度 9.144 米
海拔高度. 10.973 米
屋顶坡度 3:16 (10.62°)
不开
覆层 条间距为 0.6 米
墙钉间距为 0.6 米

确定设计风压的公式为:

用于设计风速:

\({V}_{坐,b} = {V}_{[R} {中号}_{d} {中号}_{与,猫} {中号}_{s} {中号}_{Ť} \) (1)

在哪里:

\({V}_{坐,b}\) =设计风速,m / s
\({V}_{[R}\) = 区域3s阵风风速 (从风图), 小姐 (AS / NZS 1170.2 部分 3)
\({中号}_{d}\)=的风向乘数 8 基本方向 (b) (AS / NZS 1170.2 部分 3)
\({中号}_{与,猫}\) =地形/高度乘数 (AS / NZS 1170.2 部分 4)
\({中号}_{s}\)=屏蔽倍增器, 设置 1.0 (AS / NZS 1170.2 部分 4)
\({中号}_{Ť}\)=地形乘数 (AS / NZS 1170.2 部分 3)

用于设计风压:

\(p = 0.5 {⍴}_{空气} ({V}_{的,θ})^ 2 {C}_{如图} {C}_{男人} \) (2)

在哪里:

\(p ) =设计风压Pa
\({⍴}_{空气}\) = 空气密度 (1.2 公斤/立方米)
\({V}_{的,θ}\)=建立正交设计风速
\({C}_{男人}\)=动态响应因子, 设置 1.0
\({C}_{如图}\) =空气动力学形状因数 (用于内部或外部压力) 对于封闭的建筑物:

\({C}_{如图,一世} = {C}_{p,一世} {ķ}_{C,一世} \) – 用于内部压力 (3)
\({C}_{如图,Ë} = {C}_{p,Ë} {ķ}_{一个} {ķ}_{C,Ë} {ķ}_{升} {ķ}_{p}\) – 用于外部压力 (4)

\({C}_{p,一世}\) =内部压力系数
\({ķ}_{C,一世}\) =适用于内部压力的组合系数
\({C}_{p,Ë}\) =外部压力系数
\({ķ}_{一个}\) =面积减少系数
\({ķ}_{C,Ë}\) =适用于外部压力的组合系数
\({ķ}_{升}\) =局部压力系数
\({ķ}_{p}\) =多孔包层系数

每个参数将在后面讨论.

区域风速, \({V}_{[R}\)

区域风速数据详见图 3.1 AS / NZS的 1170.2 (如图所示 3 和 4 下面). 每个行政区域被划分为具有相应风速的风速区域. 对于我们的例子, 该网站位于红点附近,分类为 A4区 因为大约 106 距平滑的澳大利亚主岛海岸线公里. 相应的风速可以用表来计算 3.1 AS / NZS的 1170.2 如图 5. 根据结构的重要性级别和设计工作寿命选择年度重复间隔,如表中所示 3.3 AS / NZS的 1170.0.

数字 3. 澳大利亚的区域风速图 (数字 3.1(一个) AS / NZS的 1170.2).

示例风负荷计算as1170-截屏4

数字 4. 新西兰的区域风速图 (数字 3.1(乙) AS / NZS的 1170.2).

示例风负荷计算as1170-截屏5

数字 5. 基于风域和年重复间隔的相应风速 (桌子 3.1 AS / NZS的 1170.2).

对于极限或可使用性极限状态, 桌子 3.1 和 3.3 AS / NZS的 1170.0 (数字 6 和 7) 详细介绍如何根据重要性等级及其相应的年度超标概率对结构进行分类.

示例风负荷计算as1170-屏幕截图-6

数字 6. 根据表定义重要性等级 3.1 AS / NZS的 1170.0.

示例风负荷计算as1170-屏幕截图-7

数字 7. 根据表定义年度超出概率 3.3 AS / NZS的 1170.0.

对于我们的例子, 我们只考虑极限极限状态. 我们的示例结构分类为 “普通的” 并假定设计寿命为 50 年份. 因此, 我们将采用的年度超出概率等于 1/500. 因此, 我们的对应值 \({V}_{[R}\) 是 45 小姐.

SkyCiv现在可以自动检测风域并仅需少量输入即可获得相应的风速值. 尝试 我们的 SkyCiv自由风工具

风向乘数, \({中号}_{d}\)

对于每个风向区域和对应的风向 (8 基本方向), 风向乘数, \({中号}_{d}\), 表中的值不同 3.2 AS / NZS的 1170.2.

示例风负荷计算as1170-截屏8

数字 8. 根据表,每个风向和风向的风向系数值 3.2 AS / NZS的 1170.2.

对于这个例子, 我们将检查来自的风速 “出生” 在其中 \({中号}_{d}\) = 0.85. 然而, 也可以假设 \({中号}_{d}\) = 1.0 给出保守的结果.

地形/高度乘数, \({中号}_{与,猫}\)

为了计算地形/高度乘数 \({中号}_{与,猫}\), 我们需要对网站的地形类别进行分类. 桌子 2 根据“剖面”显示每个地形类别的定义 4.2.1 AS / NZS的 1170.2. \({中号}_{与,猫}\) 现在可以使用表计算 4.1 AS / NZS的 1170.2 取决于高度, 结构的风区和地形类别.

桌子 2. AS / NZS的地形类别定义 1170.2.

地形类别 定义
类别 1 在适用的风速下,无障碍物或水面的裸露开放地形
类别 2 水面, 开阔的地形, 草原很少, 高度分散的障碍物 1.5 m至10m
类别 3 地形上有许多密集的障碍物 3 米到 5 米高, 例如郊区房屋的区域.
类别 4 地形众多, 高的 (10 米到 30 米高) 和近距离的障碍物, 例如大城市中心和发达的工业园区.

示例风负荷计算as1170-屏幕截图9

数字 9. 计算的地形/高度乘数, \({中号}_{与,猫}\) , 根据相应的地形类别和风域 (桌子 4.1 AS / NZS的 1170.2).

对于我们的例子, 该网站的位置可以归类为 “2类” 假设我们对每个风向都有统一的地形类别. 我们将每3m的结构高度与平均屋顶高度相除. 的列表值 \({中号}_{与,猫}\) 每个级别如表所示 3.

桌子 3. 已计算 \({中号}_{与,猫}\) 对于结构的每个级别.

高度, 米 \({中号}_{与,猫}\)
3 米 0.91
6 米 0.928
9 米 0.982
10.06 米 1.001

屏蔽倍增器, \({中号}_{s}\)

在使用AS / NZS计算设计风压时可以考虑屏蔽效果 1170.2. 考虑附近建筑物存在时的风压降低. 部分 4.3 AS / NZS的 1170.2 详细介绍屏蔽系数的计算 \({中号}_{s}\). 对于这个例子, 由于站点位置位于空旷的地方, 附近的建筑物距离大于20小时 (201.2 米) 从结构上, 我们可以假设 \({中号}_{s}\) = 1.0.

地形乘数, \({中号}_{Ť}\)

地形乘数记录了地形对风压的影响, \({中号}_{Ť}\), 根据场地的地面标高放大设计风压, 结构是在山坡上还是在悬崖上. 部分 4.4 AS / NZS的 1170.2 详细说明此参数的计算. 在当地地形区域之外, 与丘陵或悬崖顶峰的距离, 的 \({中号}_{Ť}\) 可以认为等于 1.0 如图所示 4.2 和 4.3 AS / NZS的 1170.2 (数字 10).

数字 10. 计算地形因子所需的参数, \({中号}_{Ť}\) , 根据部分 4.4 AS / NZS的 1170.2.

从现场的地面标高数据 (从Google地图, 来自NE), 我们推断出地形可以归类为丘陵. 基于图 4.2 AS / NZS的 1170.2, 如表所示,可获得以下几点 4:

桌子 4. 从地面高程数据中提取数据点 (从Google地图) 如图 11.

参数
中号Ť 1.076
0.07
高峰位置 -380.00 距结构位置m
峰高 628.16 米
脚的位置 -2000.00 距结构位置m
脚高程 515.37 米
H 112.79 米
地方. H / 2 -1154.23 距结构位置m
X 380.00 米
大号ü 774.23 米
大号1 278.72 米
大号2 1114.89 米

example-风荷载计算as1170-截屏-10

数字 11. NE-SW部分上的地面标高 (从Google地图).

从表中显示的数据 4, 计算的地形乘数, \({中号}_{Ť}\), 等于 1.08 根据方程式 4.4(2) AS / NZS的 1170.2 如方程式所示 (5).

\({中号}_{Ť} = {中号}_{H} = 1 + [ H / 3.5(与 + {大号}_{1})] [ 1 – ( |X| / {大号}_{2})] \) (5)
\({中号}_{Ť} = 1.08 \)

最后, 使用方程式 (1), 计算出的设计风速见表 5.

桌子 5. 已计算 \({V}_{坐,b}\) 对于结构的每个级别.

高度, 米 \({V}_{坐,b}\), 小姐
3 37.45
6 38.19
9 40.42
10.06 41.20

在哪里:

\({V}_{坐,b (最低)}\) = 30 永久结构的m / s和 25 临时结构的m / s (设计寿命≤ 5 年份)

为了计算设计风压, 空气动力学形状因子, \({C}_{如图}\), 需要内部和外部表面. 下一节将对此进行讨论.

空气动力学形状因数, \({C}_{如图}\)

空气动力学形状因数, \({C}_{如图}\), 用于确定施加到每个表面的风压值。正值 \({C}_{如图}\) 表示压力作用于表面,而负值则作用于远离表面.

内压的空气动力学形状因数, \({C}_{如图,一世}\)

内压系数, \({C}_{p,一世}\)

对于 \({C}_{如图,一世}\), 内压系数的计算 \({C}_{p,一世}\) 表中有详细说明 5.1 AS / NZS的 1170.2 如图 12.

example-风负荷计算as1170-屏幕截图-12

数字 12. 内压系数, \({C}_{p,一世}\), 如本节中所定义 5.3 AS / NZS的 1170.2.

对于这个例子, 我们的结构是封闭的,假定没有开口, 因此, 合适的条件是结构是 “建筑物有效缩放且具有未打开的窗户” 相应的内部压力系数为 \({C}_{p,一世}\) = -0.2, 0.0.

外部压力的空气动力学形状因数, \({C}_{如图,Ë}\)

外压系数, \({C}_{p,Ë}\)

部分 5.4 AS / NZS的 1170.2 定义获取外部压力系数的过程, \({C}_{p,Ë}\), 用于矩形建筑. 图中定义了用于外部压力分布的建筑表面 5.2 的代码如图所示 13. 此外, 桌子 5.2 至 5.3 AS / NZS的 1170.2 详细说明的计算值 \({C}_{p,Ë}\) 如图所示,每个表面定义 14 至 18.

示例风负荷计算as1170的屏幕截图-13

数字 13. 外部压力分布的表面定义, 如本节中所定义 5.4 AS / NZS的 1170.2.

示例风负荷计算as1170-屏幕截图-14

数字 14. 计算的外部压力系数, \({C}_{p,Ë}\), 用于矩形封闭建筑的迎风墙 (桌子 5.2(一个) AS / NZS的 1170.2).

示例风负荷计算as1170-屏幕截图-15

数字 15. 计算的外部压力系数, \({C}_{p,Ë}\), 用于矩形封闭建筑物的背风墙 (桌子 5.2(乙) AS / NZS的 1170.2).

示例风负荷计算as1170-屏幕截图16

数字 16. 计算的外部压力系数, \({C}_{p,Ë}\), 用于矩形封闭式建筑物的侧壁 (桌子 5.2(C) AS / NZS的 1170.2).

示例风负荷计算as1170的屏幕截图17

数字 17. 计算的外部压力系数, \({C}_{p,Ë}\), 用于倾斜角度的山墙屋顶的上风和下风表面 < 10° (桌子 5.3(一个) AS / NZS的 1170.2).

示例风负荷计算as1170-屏幕截图20

数字 18. 计算的外部压力系数, \({C}_{p,Ë}\), 适用于带有俯仰角的山墙和臀部屋顶的上风和下风表面 10° (桌子 5.3(一个) 和表 5.3(乙) AS / NZS的 1170.2).

对于这个例子, \({C}_{p,Ë}\) 墙面的值列于表中 6 和 7 在下面 \(b/d\) = 0.616, \(高清) = 0.516, 和 \(h/b\) = 0.317 . 此外, 桌子 8 显示 \({C}_{p,Ë}\) 屋顶表面的值.

桌子 6. 计算的外部压力系数, \({C}_{p,Ë}\), 用于迎风面和背风面.

高度, 米 \({C}_{p,Ë}\) (迎风) \({C}_{p,Ë}\) (下风) –沿着L \({C}_{p,Ë}\) (下风) –沿B
3 0.8 -0.3 -0.5
6 0.8
9 0.8
10.06 0.7

桌子 7. 计算的外部压力系数, \({C}_{p,Ë}\), 用于侧壁表面.

迎风墙位置, 米 \({C}_{p,Ë}\) (侧壁)
0 至10.06m -0.65
10.06 至 19.507 米 -0.50

桌子 8. 计算的外部压力系数, \({C}_{p,Ë}\), 用于侧壁表面.

屋顶表面 \({C}_{p,Ë}\)
迎风 -0.913, -0.406
顺风 -0.503
侧风 -0.354

面积缩小系数, \({ķ}_{一个}\)

面积缩小系数, \({ķ}_{一个}\), 仅适用于侧壁和屋顶表面. 否则计算, \({ķ}_{一个}\) 总是等于 1.0. 桌子 5.4 AS / NZS的 1170.2 显示的值 \({ķ}_{一个}\) 取决于侧壁和屋顶表面的贡献面积,如图所示 19.

示例风负荷计算as1170-屏幕截图-21

数字 19. 面积缩小系数的值, \({ķ}_{一个}\), 用于侧壁和屋顶表面 (桌子 5.4 AS / NZS的 1170.2).

对于我们的例子, 面积减少率的计算值见表 9 下面.

桌子 9. 面积缩小系数的值, \({ķ}_{一个}\), 对于这个例子.

表面 区, 平方米. \({ķ}_{一个}\)
侧壁 (沿d) 196.21 0.8
侧壁 (沿b) 285.29 0.8
屋顶 – 迎风 314.564 0.8
屋顶 – 下风 314.564 0.8
屋顶 – 侧风 629.129 0.8

覆层的局部压力系数, \({ķ}_{升}\)

局部压力系数, \({ķ}_{升}\), 总是等于 1.0 除组件和覆层外的所有表面. 部分 5.4.4 AS / NZS的 1170.2 详细说明了获取 \({ķ}_{升}\) 对于这些组件.

example-风荷载计算as1170-屏幕截图-22

数字 20. 表中定义的包层压力位置 5.6 AS / NZS的 1170.2.

示例风负荷计算as1170-屏幕截图-23

数字 21. 局部压力系数值, \({ķ}_{升}\), 对于每个区域,如图所示 20.

对于这个例子, 的值 \(a\) 是的最小值 \(0.2b\) (3.91 米), \(02.d\) (6.34 米), 要么 \(H) (10.06米), 因此, \(a\) = 3.91 米. 表中显示pur条和墙钉的相应面积和局部压力系数 10 下面假设pur条的跨度等于桁架的间距 (7.924 米) 墙钉的跨度等于故事高度 (3 米). 建筑长宽比最大 \(高清) (0.516) 和 \(h/b\) (0.317).

桌子 10. 局部压力系数值 \({ķ}_{升}\) 用于pur条和墙钉.

覆层 区, 平方米. 区域 正压KL 负压KL
4.75 RC1 1.0 3.0
RA1 1.0 1.5
RA2 1.0 2.0
3号 1.0 1.5
RA4 1.0 2.0
墙钉 1.80 WA1 1.0 1.0
SA1 1.0 1.5
SA2 1.0 2.0
SA3 1.0 1.5
SA4 1.0 2.0
SA5 1.0 3.0

渗透率降低系数, \({ķ}_{p}\), 用于屋顶和侧壁

渗透率降低系数, \({ķ}_{p}\), 总是等于 1.0 除外表面由可渗透覆层组成且固体比小于 0.999 固体比是固体面积与总表面积之比. 对于这个例子, 我们假设 \({ķ}_{p}\) 等于 1.0.

动作组合因素, \({ķ}_{C,一世}\) 和 \({ķ}_{C,Ë}\)

动作组合因素, \({ķ}_{C,一世}\) 和 \({ķ}_{C,Ë}\), 用于计算同时作用于特定表面上的风荷载的影响 (例如风吹在墙上, 屋顶, 和内部压力). 桌子 5.5 AS / NZS的 1170.2 显示了动作组合的示例及其相应的动作组合因子,如图所示 22.

示例风负荷计算as1170-屏幕截图-24

数字 22. 动作组合因素 \({ķ}_{C,Ë}\) 和 \({ķ}_{C,一世}\) 从表 5.5 AS / NZS的 1170.2.

对于这个例子, 我们将考虑设计案例 (b) 哪里 4 有效表面承受设计压力. 因此, \({ķ}_{C,一世}\)\({ķ}_{C,Ë}\) 都等于 0.8.

主机设计风压

因为我们已经有了必要的参数, \(p ), 我们可以使用公式获得设计风压值 (2) 至 (4). 桌子 11 至 13 显示每个表面的参数摘要.

桌子 11. 迎风壁的设计压力值.

高度, 米 \({中号}_{与,猫}\) \({V}_{的,θ}\) \({C}_{如图}\) \({C}_{p,Ë}\) \({ķ}_{一个}\) \({ķ}_{C,Ë}\) \({ķ}_{升}\) \({ķ}_{p}\) 设计压力 \(p ), 出色地
3 0.910 37.45 0.640 0.8 1 0.8 1 1 538.64
6 0.928 38.19 0.640 0.8 1 0.8 1 1 560.16
9 0.982 40.42 0.640 0.8 1 0.8 1 1 627.25
10.06 1.001 41.20 0.560 0.7 1 0.8 1 1 570.29

桌子 12. 计算的背风和侧壁设计压力值, 和屋顶表面.

表面 \({V}_{的,θ}\) \({C}_{如图}\) \({C}_{p,Ë}\) \({ķ}_{一个}\) \({ķ}_{C,Ë}\) \({ķ}_{升}\) \({ķ}_{p}\) 设计压力 \(p ), 出色地
背风墙 41.20 -0.24 -0.3 1 0.8 1 1 -244.41
侧墙
(0 至10.06m)
-0.520* -0.65 0.8 0.8 1 1 -529.55
侧墙
(0 至10.06m)
-0.400* -0.5 0.8 0.8 1 1 -407.35
屋顶
(迎风)
-0.710* -0.888 0.80 0.8 1.0 1.0 -723.13
-0.315* -0.394 0.80 0.8 1.0 1.0 -320.99
屋顶
(顺风)
-0.402* -0.503 0.80 0.8 1.0 1.0 -409.79
屋顶
(侧风)
-0.720*
-0.400*
-0.240*
-0.160*
-0.90
-0.50
-0.30
-0.20
0.80
0.80
0.80
0.80
0.8
0.8
0.8
0.8
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
-733.23 (0 到h)
-407.35 (小时到2小时)
-244.41 (2h至3h)
-162.94 (> 3H)

桌子 13. 计算得出的内部风压与外部风压同时作用.
* – 的产品 \({ķ}_{一个}\) 和 \({ķ}_{C,Ë}\) 不得少于 0.8 (部分 5.4.3 AS / NZS的 1170.2).

表面 \({V}_{的,θ}\) \({C}_{如图,一世}\) \({C}_{p,一世}\) \({ķ}_{C,一世}\) 设计压力 \(p ), 出色地
内部压力 41.20 0.0 0.0 0.8 0.0
41.20 -0.16 -0.2 0.8 -169.73

总结设计压力见表 14 和 15 结合内部和外部压力作用.

桌子 14. 计算出的迎风壁设计风压.

高度, 米 外压 \({p}_{Ë}\), 出色地 内部压力, 出色地 综合压力, 出色地
\({p}_{一世,最高}\) \({p}_{一世,分}\) \({p}_{Ë}-{p}_{一世,最高}\) \({p}_{Ë}-{p}_{一世,分}\)
3 538.64 0.00 -169.73 538.64 708.4
6 560.16 0.00 -169.73 560.16 729.9
9 627.25 0.00 -169.73 627.25 797.0
10.06 570.29 0.00 -169.73 570.29 740.0

桌子 15. 计算其他表面的设计风压.

表面 外压 \({p}_{Ë}\), 出色地 内部压力, 出色地 综合压力, 出色地
\({p}_{一世,最高}\) \({p}_{一世,分}\) \({p}_{Ë}-{p}_{一世,最高}\) \({p}_{Ë}-{p}_{一世,分}\)
背风墙 -244.41 0.00 -169.73 -244.41 -74.68
侧墙 (0 至10.06m) -529.55 0.00 -169.73 -529.55 -359.83
侧墙 (10.06 至19.507m) -407.35 0.00 -169.73 -407.35 -237.62
屋顶 (迎风) -723.13 0.00 -169.73 -723.13 -553.40
-320.99 0.00 -169.73 -320.99 -151.26
屋顶 (顺风) -409.79 0.00 -169.73 -409.79 -240.06
屋顶 (侧风) -733.23 (0 到h)
-407.35 (小时到2小时)
-244.41 (2h至3h)
-162.94 (> 3H)
0.00 -169.73 -733.23 (0 到h)
-407.35 (小时到2小时)
-244.41 (2h至3h)
-162.94 (> 3H)
-563.50 (0 到h)
-237.62 (小时到2小时)
-74.68 (2h至3h)
6.79 (> 3H)

由于每帧的间距等于7.925m, 考虑一帧, 图中显示了等效的分布在框架上的风荷载 23 和 24. 请注意,我们将考虑两个负载情况, 每种情况都应考虑到屋顶上风压力的最大绝对值.

example-风负荷计算as1170-屏幕截图-25

数字 23. 一帧的等效设计风压 (案子 1).

示例风负荷计算as1170截屏26

数字 24. 一帧的等效设计风压 (案子 2).

这些计算都可以使用 SkyCiv的风荷载软件 对于ASCE 7-10, 7-16, 在 1991, 全国广播公司 2015 并作为 1170. 用户可以输入站点位置以获取风速和地形因子, 输入建筑参数并生成风压. 拥有专业账户, 用户可以在一个软件中自动将其应用于结构模型并运行结构分析.

除此以外, 尝试 我们的 SkyCiv自由风工具 用于简单结构上的风速和风压计算.

Patrick Aylsworth Garcia 结构工程师, 产品开发
帕特里克·艾尔斯沃斯·加西亚
结构工程师, 产品开发
土木工程硕士
领英

参考资料:

  • 联合技术委员会. (2011). AS / NZS 1170.2: 2011 结构设计动作-零件 2: 风动作. 澳大利亚/新西兰标准 (AS / NZS), BD联合技术委员会-006, 澳洲/纽西兰.
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