Asunto:
Cargas de viento en estructuras circulares de cubierta de cúpula según ASCE 7-22
Comentario:
Cuando se trata de cargas de viento en estructuras de tipo edificio según ASCE 7, se pueden encontrar numerosos recursos para complementar las normas de diseño y ayudar a los ingenieros con esta aplicación de carga lateral. De todas formas, a los ingenieros/as les puede resultar más difícil encontrar recursos parecidos para las cargas de viento o para el tipo de estructuras que no son de construcción. Este artículo examinará los pasos para calcular y aplicar cargas de viento según ASCE 7-22 en un tanque circular de hormigón armado con una cubierta de cúpula.
Descripción:
'''Determinación de cargas de viento según ASCE 7-22'''
La tabla 29.1-2 en ASCE 7-22 [1] describe los pasos necesarios para determinar las cargas de viento en una estructura de tanque circular según el Sistema principal de resistencia a la fuerza del viento (MWFRS).
'''Paso 1''': La Categoría de riesgo se determina a partir de la tabla 1.5-1 [1] en función del uso u ocupación del edificio. Las estructuras de cúpula se pueden utilizar como almacenes, lo que representa un riesgo relativamente bajo para la vida humana. Por otro lado, las cúpulas también se utilizan en el diseño de estadios deportivos, que pueden tener un impacto extremadamente alto en la vida humana en caso de fallo.
'''Paso 2''': Después de determinar la categoría de riesgo del paso 1, la velocidad básica del viento (V) se puede encontrar en las Figs. 26.5-1 y 26.5-2 [1]. Estas figuras muestran los mapas de velocidad del viento con ráfagas de 3 s para los Estados Unidos, que varían según la ubicación y la categoría de riesgo de la estructura. Se permite la interpolación lineal entre las líneas de contorno dadas.
'''Paso 3''': Se requieren múltiples parámetros de carga de viento en este paso que finalmente influyen en la presión de la carga de viento.
El factor de direccionalidad del viento (Kd) de la tabla 26.6-1 [1] se da como 1.0 para cúpulas circulares y tanques redondos.
Teniendo en cuenta dos direcciones de viento, la Categoría de exposición se establece en función de la topografía, la vegetación y otras estructuras en el lado de exposición a barlovento. Cuanto mayor sea la categoría de exposición (es decir, la categoría D), más expuesta puede estar la estructura.
El Factor topográfico (K-zt) considera la aceleración del viento sobre colinas, crestas y escarpes. Este valor se calcula en la ecuación 26.8-1 [1] utilizando los factores K-1, K-2 y K-3 dados en la figura 26.8-1 [1].
K-zt = (1 + K-1K-2K-3)²
Los factores K de la figura 26.8-1 [1] dependen del terreno, como la altura de la colina (H), la distancia desde la cima hasta el sitio del edificio (x), la altura sobre la superficie del terreno (z), etc.
La tabla 26.9-1 [1] proporciona el coeficiente de elevación del terreno (Ke) basado en la elevación de la estructura sobre el nivel del mar. Este factor también se puede tomar de forma conservadora como 1,0 para todas las elevaciones.
La clasificación de la envolvente se puede determinar en la sección 26.2 [1]. Las aberturas en la estructura pueden influir en esta clasificación. En muchos casos, para los almacenes, la clasificación del recinto se considera "cerrada". Sin embargo, para estadios deportivos, esto puede depender de las aberturas de las paredes de la estructura, el techo retráctil, etc.
Dependiendo de la clasificación de la envolvente, el coeficiente de presión interna (GC-pi) como valor positivo y negativo para tener en cuenta la presión que actúa hacia y desde las superficies internas se puede encontrar en la tabla 26.13-1 [1].
El factor de efecto de ráfaga (G) depende de la definición de rigidez de la estructura como rígida o flexible de la sección 26.2 [1]. La frecuencia natural fundamental juega un papel importante en la determinación de esta clasificación. El complemento Análisis modal en RFEM 6 se puede utilizar para encontrar la frecuencia natural fundamental de la estructura. La sección 26.11 [1] proporciona las fórmulas relevantes para calcular G para estructuras rígidas o flexibles. Alternativamente, se permite usar 0.85 solo para estructuras rígidas.
'''Paso 4''': El coeficiente de exposición de la presión de la velocidad (Kz) se puede encontrar en la tabla 26.10-1 [1] en función de la categoría de exposición. Se deben determinar dos valores Kz en base a la altura media de la pared de la cúpula y la altura media de la cubierta de la cúpula. La interpolación lineal se puede utilizar para valores de altura intermedios.
'''Paso 5''': La presión de velocidad (qh) se determina a partir de la ecuación 26.10-1 [1].
qh = 0,00256K-zK-ztK-eV²
Todas las variables en esta ecuación se determinaron en los pasos anteriores. Se deben calcular dos valores de qh para usar en un paso posterior. El primero será qh a la altura del centro de gravedad del muro y el segundo se basará en la altura media de la cubierta de la cúpula, que dependen de los valores Kz del paso 4. La notación del subíndice qh frente a qz se usa indistintamente en la ecuación 26.10-1 [1] dependiendo de la presión de la velocidad evaluada para muros frente a la cubierta, respectivamente.
'''Paso 6''': El coeficiente de fuerza (Cf) para muros de una cúpula aislada en la sección 29.4.2.1 [1] se puede establecer en 0,63, donde hc/D está en el intervalo de 0,25 a 4,0 con hc = altura del cilindro sólido y D = diámetro. Cf para muros de cúpulas agrupadas se calcula en base a la figura 29.4-6 [1].
'''Paso 7''': El coeficiente de presión externa (Cp) para una cubierta de cúpula con un ángulo de cubierta superior a 10° se determina en la figura 27.3-2 [1...
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