Charges de vent sur les toitures en dôme circulaires selon l'ASCE 7-22

Article technique sur le calcul de structure et l'utilisation des logiciels Dlubal

  • Base de connaissance

Article technique

Ce texte a été traduit par Google Translate

Lire le texte source

De nombreuses ressources sont disponibles en complément des normes de calcul, et facilitant le travail des ingénieurs sur l'application de charges latérales dans le cas de charges de vent sur des structures relevant de la norme ASCE 7. Cependant, les ingénieurs peuvent avoir du mal à trouver des ressources similaires pour le chargement de vent sur les structures de type autre que bâtiment. Dans cet article, nous vous expliquons les étapes de calcul et d'application des charges de vent selon l'ASCE 7-22 sur un réservoir circulaire en béton armé avec une toiture en forme de dôme.

Détermination des charges de vent selon l'ASCE 7-22

Le tableau 29.1-2 de l'ASCE 7-22 [1] décrit les étapes à suivre pour déterminer les charges de vent sur une structure de réservoir circulaire selon le système principal résistant à la force du vent (MWFRS).

Étape 1 : La catégorie de risque est déterminée à partir du Tableau 1.5-1 [1] en fonction de l'utilisation ou de l'occupation du bâtiment. Les structures en dôme peuvent être utilisées comme entrepôts, ce qui présente un risque relativement faible pour la vie humaine. D'un autre côté, les dômes sont également utilisés pour le calcul des stades de sports, qui peuvent avoir un impact extrêmement élevé sur la vie humaine en cas de rupture.

Étape 2 : Après avoir déterminé la catégorie de risque à partir de l'étape 1, la vitesse de référence du vent (V) est disponible dans les Figs 26.5-1 et 26.5-2 [1]. Ces figures affichent les cartes de la vitesse de rafales aux États-Unis, qui varient selon l'emplacement et la catégorie de risque de la structure. Une interpolation linéaire est permise entre les lignes de contour données.

Étape 3 : Cette étape requiert plusieurs paramètres de charge de vent qui influencent en fin de compte la pression de la charge de vent.

Le facteur de directionnalité du vent (Kd ) du Tableau 26.6-1 [1] est de 1,0 pour les dômes circulaires et les réservoirs ronds.

La catégorie d'exposition est définie en fonction de la topographie, de la végétation et d'autres structures du côté d'exposition au vent, en considérant deux directions du vent. Plus la catégorie d'exposition est élevée (c'est-à-dire la catégorie D), plus la structure peut être exposée.

Le facteur de topographie (Kzt ) considère la vitesse du vent sur les collines, les faîtages et les escarpements. Cette valeur est calculée dans l'Équation 26.8-1 [1] à l'aide des facteurs K1, K2 et K3 donnés dans la Figure 26.8-1 [1].

Kzt = (1 + K1K2K3

Les facteurs K de la Figure 26.8-1 [1] dépendent du terrain, tels que la hauteur de la pente (H), la distance entre la crête et le site du bâtiment (x), la hauteur au-dessus du sol (z), etc.

Le Tableau 26.9-1 [1] donne le facteur d'élévation du sol (Ke) basé sur l'élévation de la structure au-dessus du niveau de la mer. Ce facteur peut également être considéré de manière conservatrice à 1,0 pour toutes les élévations.

La classification de revêtement peut être déterminée dans la section 26.2 [1]. Les ouvertures dans la structure peuvent avoir une influence sur cette classification. Dans de nombreux cas de locaux de stockage, la classification de revêtement est considérée comme « fermée ». Pour les stades de sport, cela peut dépendre des ouvertures dans les murs de la structure, de la toiture escamotable, etc.

Selon la classification de revêtement, le coefficient de pression interne (GCpi ) est affiché dans le Tableau 26.13-1 [1] comme une valeur positive et négative pour considérer la pression agissant vers et hors des surfaces internes.

Le facteur de l'effet de rafale (G) dépend de la définition de rigidité de la structure comme rigide ou flexible dans la Section 26.2 [1]. La fréquence propre fondamentale joue un rôle important dans la détermination de cette classification. Le module complémentaire Analyse modale de RFEM 6 peut être utilisé pour trouver la fréquence propre fondamentale de la structure. La Section 26.11 [1] donne les formules appropriées pour calculer G pour les structures rigides ou flexibles. Autrement, la valeur 0,85 ne peut être utilisée que pour les structures rigides.

Étape 4 : Le coefficient d'exposition à la pression de vitesse (Kz) se trouve dans le Tableau 26.10-1 [1] en fonction de la catégorie d'exposition. Deux valeurs Kz doivent être déterminées à partir de la hauteur moyenne de la paroi du dôme et de la hauteur moyenne de la toiture du dôme. L'interpolation linéaire peut être utilisée pour les valeurs de hauteur intermédiaire.

Étape 5 : La pression dynamique (qh) est déterminée à partir de l'Équation 26.10-1 [1].

qh = 0.00256KzKztKe

Toutes les variables de cette équation ont été déterminées dans les étapes précédentes. Deux valeurs qh doivent être calculées pour être utilisées dans une étape ultérieure. Le premier sera qh à la hauteur du centre de gravité du mur et le second à partir de la hauteur moyenne de la toiture en forme de dôme, qui dépend des valeurs Kz de l'étape 4. La notation de l'indice qh vs qz est utilisée de manière interchangeable dans l'Équation 26.10-1 [1] dépendant de la pression dynamique évaluée pour les parois par rapport à la toiture, respectivement.

Étape 6 : Le coefficient de force (Cf) pour les parois d'un dôme isolé dans la Section 29.4.2.1 [1] peut être défini à 0,63, où hc/D est compris entre 0,25 et 4,0 où hc = hauteur du cylindre et D = diamètre. Le facteur Cf pour les voiles des dômes groupés est calculé à partir de la Figure 29.4-6 [1].

Étape 7 : Le coefficient de pression externe (Cp) pour une toiture en forme de dôme avec un angle de toiture supérieur à 10° est déterminé dans la Figure 27.3-2 [1]. Trois valeurs de Cp seront déterminées à partir de cette figure pour les emplacements A, B et C de la structure (Figure 01) en se basant sur les dimensions de la hauteur à la base et le diamètre du dôme (Figure 01).

Deux cas de charge de vent doivent être considérés le long du périmètre et à la hauteur à l'aide de ces différentes valeurs de Cp :

Cas A : Les valeurs de Cp entre A et B et entre B et C doivent être déterminées par une interpolation linéaire le long des arcs du dôme parallèles à la direction du vent.

Cas B : Cp doit être la valeur constante de A pour θ ≤ 25° et doit être déterminée par une interpolation linéaire de 25° à B et de B à C.

Étape 8 : La force du vent (F) pour les parois est calculée avec l'Équation 29.4-1 [1].

F = qzKdGCfAf

La force du vent (F) peut à son tour être divisée par l'aire projetée perpendiculaire au vent (Af) afin de trouver dans RFEM la pression sur le mur à appliquer comme charge surfacique. Veuillez noter que qz est la pression dynamique calculée précédemment à l'étape 5, mais qu'elle est utilisée avec un autre indice, car ils sont tous deux utilisés de manière interchangeable et évalués au centre de gravité de Af (la hauteur moyenne d'une paroi).

La pression de calcul (p) pour les toitures en dôme isolées et groupées est obtenue à l'aide de l'Équation 29.4-4 [1].

p = qhKd(GCp - GCpi)

La valeur qh de l'étape 5 est évaluée à la hauteur moyenne de la toiture en forme de dôme. G et GCpi sont déterminés à l'étape 3, tandis que plusieurs valeurs de Cp pour une toiture en forme de dôme > 10 ° sont trouvées à l'étape 7.

Application de la pression sur une paroi dans RFEM

La pression du vent est déterminée à partir de l'étape 8 de la séquence ci-dessus. La pression du vent doit être appliquée à la zone projetée perpendiculairement au vent, dans la direction du vent comme sous le vent. Cette charge de surface projetée peut être facilement appliquée sur la face des parois du dôme dans la section « Insérer » → « Charges » → « Charges surfaciques ». Dans la boîte de dialogue correspondante, vous pouvez d'abord sélectionner les surfaces de paroi et définir la direction de projection (Figure 02).

Pour contrôler visuellement les charges appliquées, cochez la case « Distribution de charges » dans le navigateur Résultats (voir la Figure 03) après avoir effectué l'analyse. Une seul itération du calcul suffit pour le cas de charge correspondant. Cela peut faire gagner un temps considérable au lieu de résoudre tous les cas de charge et toutes les combinaisons de charges pour les grandes structures avec un maillage EF fin. La précision de la distribution de charge dépend du maillage EF. Plus le maillage EF est petit, plus la grandeur de distribution de charge sera précise et exacte.

Application de la pression sur une toiture en forme de dome dans RFEM

Comme expliqué dans l'étape 7 ci-dessus, la Figure 27.3-2 dans l'ASCE 7-22 spécifie les coefficients de pression externe pour les dômes à base circulaire. La Remarque 4 de la Figure 27.3-2 [1] indique que les coefficients de pression externe sont constants le long de tout plan perpendiculaire à la direction du vent. La Figure 27.3-2 [1] mentionnée à l'étape 7 affiche les coefficients de pression externe à appliquer à trois zones le long de la toiture en forme de dôme (A, B et C). Deux cas de charge doivent être considérés comme spécifié dans la Note 1 de la Figure 27.3-2 [1]. Dans les deux cas, les emplacements entre les points A, B et C doivent être déterminés par une interpolation linéaire.

Le coefficient de pression externe a une valeur de -0,4 pour le point A, -1,1 pour le point B et -0,4 pour le point C (voir la Figure 01). Selon l'Équation 29.4-4 [1] et l'étape 8 ci-dessus, les résultats de la pression du vent sont -12,79 psf/-3,94 psf pour le point A, -27,43 psf/-18,573 psf pour le point B et -12,79 psf/-3,94 psf pour le point C pour a +GCpi et -GCpi, respectivement.

Ces charges peuvent être facilement définies dans RFEM avec des charges rectangulaires libres qui peuvent être générées dans le menu « Insérer » → « Charges » → « Charges rectangulaires libres ». Outre la définition du plan de projection et de la direction de charge, vous pouvez considérer une fonction linéaire pour la distribution de charge qui couvre l'interpolation entre les différents points (A, B et C). Deux charges rectangulaires libres sont créées. L'un est désigné pour les zones A à B (Figure 04), le second pour les zones B à C (Figure 05).

La fonction de distribution de charge mentionnée précédemment dans le navigateur de Résultats permet d'afficher la charge de vent appliquée sur la toiture en forme de dôme. Pour analyser clairement l'effet de la charge le long d'une ligne de coupe de la toiture, on peut créer une « coupe de résultats » (Figure 06).

Auteur

Cisca Tjoa, PE

Cisca Tjoa, PE

Ingénieur - support technique

Cisca est responsable du support technique à la clientèle et du développement continu des programmes pour le marché nord-américain.

Mots-clés

ASCE ASCE-7 Charge de vent Toiture en coupole

Littérature

[1]   ASCE/SEI 7-22, Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Structures

Laissez un commentaire...

Laissez un commentaire...

  • Vues 1059x
  • Mis à jour 15 février 2024

Contactez-nous

Contacter Dlubal

Vous avez d'autres questions ou besoin de conseils ? Contactez-nous par téléphone, e-mail, chat ou via le forum, ou consultez notre FAQ, disponible 24h/24 et 7j/7.

+33 9 80 40 58 20

[email protected]

RFEM 6
Halle avec toit en arc

Programme de base

La nouvelle génération de logiciels aux éléments finis est utilisée pour le calcul de structures composées de barres, de surfaces et de solides.

Prix de la première licence
4 650,00 EUR