117x

002021

Alex Bacon, EIT

15.1.2026

Zohlednění případů zatížení větrem 2 a 4 v programu RFEM 6 podle ASCE 7-22

Zvažování případů zatížení větrem 2 a 4 v RFEM 6 podle ASCE 7-22

1. Úvod:

Zatížení větrem je kritickou součástí návrhu jakékoli konstrukce, zejména pro systémy odolávající hlavní síle větru (MWFRS). Norma ASCE 7-22 [1] uvádí několik případů zatížení, které zohledňují různé směry větru a účinky kroutícího momentu budovy.

Historicky umožňoval Průvodce zatížením větrem v RFEM 6 automatické generování zatížení větrem podle ASCE 7 pro tradiční Případy 1 a 3, které představují typické scénáře zatížení, kdy vítr působí přímo na hlavní stěny konstrukce.

S nejnovější aktualizací nyní RFEM 6 podporuje Případy 2 a 4, které zohledňují účinky kroutícího zatížení způsobené nerovnoměrnými tlaky větru na diafragmu. Tato vylepšení umožňují uživatelům vytvářet realističtější efekty zatížení větrem na základě ASCE 7-22, zejména pro nepravidelné nebo pružné diafragmové struktury.

2. Pochopení případů zatížení větrem podle ASCE 7-22

Podle kapitoly 27 ASCE 7-22 jsou případy zatížení větrem pro MWFRS definovány takto:

Případ 1: Návětrné a závětrné stěny zatíženy současně, bez torze (kladný vnitřní tlak).
Případ 2: Stejný jako Případ 1, ale zahrnuje torzní zatížení způsobené větrem působícím excentricky na budovu (kladný vnitřní tlak).
Případ 3: Obrácený směr Případu 1 (záporný vnitřní tlak).
Případ 4: Obrácený směr Případu 2 (záporný vnitřní tlak s torzí).

Zatímco Případy 1 a 3 představují symetrické rozložení tlaku, Případy 2 a 4 aplikují na konstrukci kroutící moment, aby simulovaly variace tlaku větru přes šířku budovy.

3. Implementace v RFEM 6

3.1 Automatická detekce diafragmy

Průvodce zatížením větrem v RFEM 6 nyní automaticky detekuje definované diafragmy ve strukturálním modelu. To může nastat dvěma způsoby:

Prostřednictvím Doplňku pro model budovy, který definuje diafragmy automaticky na každé úrovni podlahy.
Ručním definováním diafragmy s pevným spojením pomocí nástroje Pevné spojení v modelu.

Jakmile je diafragma detekována, Průvodce zatížením větrem vyhodnotí excentricitu tlaku větru na diafragmě, aby určil kroutící moment, který musí být aplikován v souladu s Případy 2 a 4 ASCE 7.

3.2 Generování případů zatížení

Při generování zatížení větrem podle ASCE 7-22 nyní RFEM 6 automaticky vytvoří následující případy zatížení:

Případ 1: Vítr ve směru A-B (např. 180°) — standardní rozložení tlaku.
Případ 2: Vítr ve směru A-B s torzní excentricitou.
Případ 3: Vítr ve směru B-A — obrácené rozložení tlaku.
Případ 4: Vítr ve směru B-A s torzní excentricitou.

Každý případ aplikuje odpovídající koeficienty vnějšího tlaku (C_p) a vnitřního tlaku (GC_pi) podle kapitol 26 a 27, zatímco kroutící moment pro Případy 2 a 4 je aplikován přímo na detekovanou rovinu diafragmy.

Případ 2 - Krouticí moment

Případ 4: Zkrutný moment

V ověřovacím příkladu v další sekci byly některé směry a případy zatížení deaktivovány za účelem zjednodušení příkladu a modelu.

4. Ověřovací příklad

K ověření této nové funkčnosti byl v RFEM 6 modelován jednoduchý obdélníkový objekt s valbovou střechou (viz níže) a porovnán s ručními výpočty podle kapitol 26 a 27 ASCE 7-22.

Parametry modelu
Parametr	Symbol	Hodnota
Šířka budovy	B	32 ft
Délka budovy	L	40 ft
Výška okapů	h_e	20 ft
Výška hřebene	h_r	30 ft
Střední výška střechy	h_m = (h_e + h_r)/2	25 ft
Sklon střechy	θ	≈33°

4.1 Určení návrhových parametrů tlaku větru

Podle ASCE 7-22 Section 26.10:

q_{z} = 0.00256 K_{z} K_{z t} K_{e} V^{2}

Parametry návrhového tlaku větru: Návětrná strana

q_{z} = 0.00256 K_{h} K_{z t} K_{e} V^{2}

Parametry návrhového namáhání větrem: Návětrná strana, Boční stěna, Střecha

Pro tento příklad platí q_z pro návštěvné stěny podle

Riziková kategorie III
V=107 mph
K_z = 0.57 (Expoziční třída B, od 0 do 15 stop)
K_z = 0.62 (Expoziční třída B, ve výšce 20 stop)
K_h = 0.66 (Expoziční třída B, ve výšce 25 stop)
K_zt = 1.0
k_d = 0.85
K_e = 1.0
G = 0.85

q_{z, (0 - 15)} = 0.00256 (0.57) (1.0) (1.0) (107)^{2} = 16.71 p s f

q_{z, (20)} = 0.00256 (0.62) (1.0) (1.0) (107)^{2} = 18.17 p s f

q_{h, (25)} = 0.00256 (0.66) (1.0) (1.0) (107)^{2} = 19.34 p s f

Parametry pro posouzení tlaků větru

4.2 Koeficienty vnějšího tlaku

Z ASCE 7-22 Obr. 27.3-1 (valbová střecha, sklon 18°):

Povrch	Cp
Návětrná stěna	+0.8
Závětrná stěna	-0.5
Boční stěny	-0.7
Střecha (návětrná)	-0.12
Střecha (závětrná)	-0.6

4.3 Návrhové tlaky

p_{w i n d w a r d} = q_{z} K G C_{p} - q_{h} K_{d} (G C_{p i})

Tlak - návětrná strana

p = q_{h} (K_{d} G C_{p} - K_{d} (G C_{p i}))

Tlak - závětrná strana

Předpokládejme koeficient vnitřního tlaku GC_pi = +/- 0.18

Povrch	Cp	GCpi	p+ (psf)	p- (psf)
Návětrná stěna (0-15 ft)	+0.8	+-0.18	6.70	12.62
Návětrná stěna (20 ft)	+0.8	+-0.18	7.54	13.423
Závětrná stěna	-0.5	+-0.18	-9.92	-4.00
Boční stěna	-0.7	+-0.18	-12.82	-6.91
Střecha návetrná	-0.23	+-0.18	-6.25	-0.25
Střecha závětrná	-0.6	+-0.18	-11.34	-5.42

4.4 Návrhové torzní momenty

Torzní moment kolem osy Z (+GC_pi)

Případ 2:

M_{z, 2} = 0.75 (p_{w, x} + p_{l, x}) (B_{x}) (e_{x})

= 0.75 (6.7 psf (15 ft) + 7.54 psf (5 ft) + 9.92 psf (20 ft)) (40 ft) (6 ft)

M_{z, 2} = 63.25 kip - ft

Krouticí moment - Případ 2

Případ 4:

M_{z, 4} = 0.563 (p_{w, x} + p_{l, x}) (B_{x}) (e_{x}) + 0.563 (p_{w, y} + p_{l, y}) (B_{y}) (e_{y})

= 0.563 (6.7 psf (15 ft) + 7.54 psf (5 ft) + 9.92 psf (20 ft)) (40 ft) (6 ft) + 0.563 ((2) (12.82 psf) (20 ft)) (32 ft) (4.8 ft)

M_{z, 4} = 89.82 kip - ft

Točivý moment - Případ 4

5. Porovnání s Průvodcem zatížením větrem v RFEM 6

V RFEM 6 použijte Průvodce zatížením větrem s ASCE 7-22 a stejnými parametry:

Program automaticky vypočítá q_z a q_h na základě střední výšky střechy a výšky stěn.
Hodnoty C_p byly přiřazeny ke každému povrchu na základě orientace a sklonu stěn a střechy.
Pro Případy 1 a 3 byly vygenerovány symetrické tlaky.
Pro Případy 2 a 4 byla detekována excentricita diafragmy a aplikován další torzní moment dle ASCE 7-22 27.3-8

Výsledné tlaky a rozložení zatížení z RFEM 6 se blízce shodovaly s ručně vypočítanými hodnotami, což potvrzuje přesnost implementace. Menší rozdíly (≤ 5%) lze přičíst preciznějšímu geometrickému vzorkování výšek povrchu a tlakových zón programu.

Porovnání výsledků mezi ručními výpočty a RFEM 6:

5.1 Konstrukční tlaky z RFEM 6

Následující hodnoty jsou převzaty z RFEM 6, konkrétně Případ 1 a kladný/záporný vnitřní tlak. Srovnání bude provedeno s analytickými hodnotami vypočítanými ručně z kapitoly 4 tohoto článku. Soubor modelu lze nalézt na konci stránky pro individuální porovnání:

Riziková kategorie III
V = 107 mph
K_z = 0.57 (Expoziční třída B, od 0 do 15 stop)
K_z = 0.62 (Expoziční třída B, ve výšce 20 stop)
K_h = 0.6565 (Expoziční třída B, ve výšce 25 stop)
K_zt = 1.0
k_d = 0.85
K_e = 1.0
G = 0.85

* q_{z, (0 - 15)} = 0.00256 (0.57) (1.0) (1.0) (107)^{2} = N / A

q_{z, (20)} = 0.00256 (0.62) (1.0) (1.0) (107)^{2} = 18.130 p s f

q_{h, (25)} = 0.00256 (0.66) (1.0) (1.0) (107)^{2} = 19.242 p s f

Parametry návrhového tlaku větru

Poznámka: q_z není zobrazen v Průvodci zatížením větrem

p_{w i n d w a r d} = q_{z} K G C_{p} - q_{h} K_{d} (G C_{p i})

Tlak - návětrná strana

p = q_{h} (K_{d} G C_{p} - K_{d} (G C_{p i}))

Tlak - závětrná strana

Předpokládejme koeficient vnitřního tlaku GC_pi = +/- 0.18

Povrch	Cp	GCpi	p+ (psf)	p- (psf)
Návětrná stěna (0-15 ft)	+0.8	+-0.18	6.761	12.649
Návětrná stěna (20 ft)	+0.8	+-0.18	7.535	13.460
Závětrná stěna	-0.5	+-0.18	-9.895	-4.007
Boční stěna	-0.7	+-0.18	-12.675	-6.787
Střecha návetrná	-0.23	+-0.18	-6.193	-0.305
Střecha závětrná	-0.6	+-0.18	-11.285	-5.397

5.3 Návrhové torzní momenty z RFEM 6

Torzní moment kolem osy Z (+GC_pi)

V RFEM 6 je torzní moment vypočítán interně a parametry nejsou zobrazeny. Důvodem je, že potřebné výpočty jsou složité a bylo by obtížné je zobrazit v dialogovém okně.

Následující obrázek ukazuje malý příklad způsobu, jakým RFEM 6 provádí výpočty:

Výpočet krouticího momentu - RFEM 6

Krouticí moment

M = 7.54 * A1 * 0.15 * b1 + 9.92 * A2 * 0.15 * b2
A1 ... plocha zatížení na diafragmě na návetrné straně
A2 ... plocha zatížení na diafragmě na závětrné straně
b1 ... šířka budovy na návetrné straně
b2 ... šířka budovy na závětrné straně

Zde jsou momenty pro Případy 2 a 4, které RFEM 6 vypočítal:

Případ 2:

M_z,2 = 60.66 kip-ft

Případ 4:

M_z,4 = 80.84 kip-ft

6. Závěr a porovnání výsledků

Přidání Případů 2 a 4 v RFEM 6 představuje významný pokrok v automatizovaném generování zatížení větrem podle ASCE 7-22. Automatickým detekováním diafragmů a aplikováním torzních efektů mohou nyní inženýři:

Zachytit plný rozsah zatížení MWFRS (1-4) bez manuálního vstupu
Zajistit shodu s kapitolami 26 a 27 ASCE 7-22.
Zlepšit efektivitu modelování a spolehlivost návrhu.

Tento ověřovací příklad ukázal, že Průvodce zatížením větrem v RFEM 6 poskytuje výsledky konzistentní s ručními výpočty podle ASCE 7-22, čímž poskytuje uživatelům důvěru v přesnost a automatizaci. To lze vidět v tabulce níže, která porovnává hodnoty vypočítané ručně s hodnotami nalezenými v RFEM 6:

Poznámka: Hodnoty jako K_h a C_p jsou zaokrouhleny při ručním výpočtu, což způsobuje určité rozdíly. RFEM 6 používá přesné hodnoty.

Kladný vnitřní tlak (+GC_pi)

Povrch	Analytický tlak (psf)	Tlak RFEM 6 (psf)	RFEM/Analytický
Návětrná stěna (0-15 ft)	6.70	6.761	1.01
Návětrná stěna (20 ft)	7.54	7.54	1.00
Závětrná stěna	-9.92	-9.895	1.00
Boční stěna	-12.82	-12.675	0.99
Střecha (návětrná)	-6.25	-6.193	0.99
Střecha (závětrná)	-11.34	-11.285	1.00

Záporný vnitřní tlak (-GC_pi)

Povrch	Analytický tlak (psf)	Tlak RFEM 6 (psf)	RFEM/Analytický
Návětrná stěna (0-15 ft)	12.62	13.423	1.00
Návětrná stěna (20 ft)	10.50	12.649	1.00
Závětrná stěna	-4.00	-4.01	1.00
Boční stěna	-6.91	-6.787	0.98
Střecha (návětrná)	-0.33	-0.305	0.92
Střecha (závětrná)	-5.42	-5.397	1.00

Návrhové torzní momenty (+GC_pi)

Případ	Analytický moment (kip-ft)	Moment RFEM 6 (kip-ft))	RFEM/Analytický
2	63.25	60.66	0.96
4	89.82	80.84	0.90

Databáze znalostí

Zvažování případů zatížení větrem 2 a 4 v RFEM 6 podle ASCE 7-22

Pohled na statický analýzový 3D model s růrnými úrovněmi detailů ilustrující inženýrské prvky a prezentaci výsledků.

37x

11x

ASCE 7 – 22 Průvodce zatížením větrem - Případ 2 a 4

Autor

Alex Bacon je zodpovědný za školení zákazníků, technickou podporu a vývoj programů pro severoamerický trh.

;