Téma:
Zatížení větrem na kupole s kruhovou základnou podle ASCE 7-22
Komentář:
Pro zatížení větrem na konstrukce typu budov podle ASCE 7 lze najít řadu zdrojů, které doplňují konstrukční normy a pomáhají projektantům s analýzou účinků tohoto bočního zatížení. Mnohem obtížnější je ovšem najít podobné zdroje pro zatížení větrem na zvláštních konstrukcích jiných typů než jsou stavby. V tomto článku se budeme zabývat kroky pro výpočet a aplikaci zatížení větrem podle ASCE 7-22 na kruhovou železobetonovou nádrž s kupolovitou střechou.
Popis:
Stanovení zatížení větrem podle ASCE 7-22
Tabulka 29.1-2 v ASCE 7-22 [1] uvádí nezbytné kroky pro stanovení zatížení větrem na kruhovou konstrukci nádrže podle systému odolnosti proti hlavnímu zatížení větrem (MWFRS).
Krok 1: Kategorie rizika se stanoví z tabulky 1.5-1 [1] na základě využití nebo obsazenosti budovy. Konstrukce s kupolovitou střechou se používají jako skladiště, což klade poměrné malé nároky na riziko pro lidské životy. Na druhé straně se kupole používají také u sportovních stadionů, kde může mít selhání extrémně vysoký dopad na lidské životy.
Krok 2: Po stanovení kategorie rizika v kroku 1 lze najít základní rychlost větru (V) na obr. 26.5-1 a 26.5-2 [1]. Na těchto obrázcích jsou mapy USA pro nárazové rychlosti větru (průměr za 3 s), které se liší v závislosti na místě a kategorii rizika konstrukce. Mezi danými izoliniemi rychlostí je přípustná lineární interpolace.
Krok 3: V tomto kroku stanovíme několik parametrů zatížení větrem, které v konečném důsledku ovlivňují tlak větru.
Součinitel směru větru (K-d) z tabulky 26.6-1 [1] je u kruhových kupolí a kruhových nádrží 1,0.
Při zohlednění dvou směrů větru je kategorie prostředí stanovena na základě topografie, vegetace a dalších konstrukcí na návětrné straně. Čím vyšší je kategorie prostředí (tj. kategorie D), tím je konstrukce více exponovaná.
Topografický součinitel (K-zt) zohledňuje zrychlení větru přes kopce, hřebeny a srázy. Tato hodnota se vypočítá pomocí rovnice 26.8-1 [1] užitím součinitelů K-1, K-2 a K-3 uvedených na obrázku 26.8-1 [1].
K-zt = (1 + K-1K-2K-3)²
Součinitele K z obrázku 26.8-1 [1] závisí na terénu, jako je například výška kopce (H), vzdálenost od hřebenu k místu stavby (x), výška nad povrchem terénu (z) atd.
Tabulka 26.9-1 [1] uvádí součinitel nadmořské výšky (K-e) na základě nadmořské výšky konstrukce. Tento součinitel lze také konzervativně brát jako 1,0 pro všechny nadmořské výšky.
Klasifikaci okolí lze stanovit podle kapitoly 26.2 [1]. Na tuto klasifikaci mohou mít vliv otvory v konstrukci. V mnoha případech se sklady považují za "uzavřené". Sportovní stadiony však mohou mít otvory ve stěnách, zatahovací střechu atd.
V závislosti na klasifikaci okolí lze v tabulce 26.13-1 [1] najít součinitel vnitřního tlaku (GC-pi) jako kladnou a zápornou hodnotu pro zohlednění tlaku působícího směrem k vnitřním plochám a od nich.
Součinitel nárazu větru (G) závisí na tom, zda je tuhost konstrukce podle článku 26.2 [1] definovaná jako tuhá nebo poddajná. Při určování této klasifikace hraje důležitou roli základní vlastní frekvence. Pro nalezení základní vlastní frekvence konstrukce lze v programu RFEM 6 použít addon Modální analýza. Oddíl 26.11 [1] uvádí příslušné rovnice pro výpočet G pro tuhé nebo poddajné konstrukce. Alternativně lze pouze pro tuhé konstrukce použít 0,85.
Krok 4: Součinitel dynamického tlaku (K-z) je uveden v tabulce 26.10-1 [1] v závislosti na kategorii prostředí. Na základě střední výšky stěny nádrže a střední výšky střechy nádrže by se měly stanovit dvě hodnoty K-z. Pro mezilehlé hodnoty výšky lze použít lineární interpolaci.
Krok 5: Dynamický tlak (q-h) se stanoví podle rovnice 26.10-1 [1].
q-h = 0.00256K-zK-ztK-eV²
Všechny proměnné v této rovnici byly stanoveny v předchozích krocích. Pro následné použití se musí vypočítat dvě hodnoty q-h. První bude qh pro střední výšku stěny a druhé bude vycházet ze střední výšky kupole, obě na základě hodnot K-z z kroku 4. Dolní index q-h resp. qz se v rovnici 26.10-1 [1] zaměňuje v závislosti na dynamickém tlaku stanoveném pro střechu resp. stěny.
Krok 6: Součinitel síly (C-f) pro stěny osamocené nádrže v sekci 29.4.2.1 [1] lze nastavit na 0,63, kde h-C/D je v rozmezí 0,25 až 4,0 pro h-C = výška plného válce a D = průměr. C-f pro stěny seskupených nádrží se vypočítá podle obrázku 29.4-6 [1].
Krok 7: Součinitel vnějšího tlaku (C-p) pro kupoli s úhlem střechy větším než 10° je stanoven na obrázku 27.3-2 [1].
.png?mw=600&hash=49b6a289915d28aa461360f7308b092631b1446e)