KB 001858 | Obciążenie wiatrem konstrukcji dachowych w kształcie kopuły okrągłej zgodnie z ASCE 7-22

Przedmiot:
Obciążenie wiatrem konstrukcji dachowych w kształcie kopuły okrągłej zgodnie z ASCE 7-22

Komentarz:
Jeśli chodzi o obciążenia wiatrem konstrukcje budowlane zgodnie z ASCE 7, można znaleźć wiele źródeł, które mogą uzupełnić normy projektowe i pomóc inżynierom w zastosowaniu obciążeń poprzecznych. Jednak inżynierom może być trudniej znaleźć podobne zasoby dla obciążeń wiatrem na konstrukcjach innych niż budynki. W tym artykule omówiono etapy obliczania i przykładania obciążeń wiatrem zgodnie z ASCE 7-22 na okrągłym zbiorniku żelbetowym z dachem w kształcie kopuły.

Opis:
'''Określanie obciążeń wiatrem na podstawie ASCE 7-22'''

W tabeli 29.1-2 w ASCE 7-22 [1] zestawiono kroki niezbędne do określenia obciążeń wiatrem dla okrągłej konstrukcji zbiornika, zgodnie z Main Wind Force Resisting System (MWFRS).

'''Krok 1''': Kategorię ryzyka określa się na podstawie tabeli 1.5-1 [1] na podstawie sposobu użytkowania lub zajmowania budynku. Konstrukcje kopułowe mogą być wykorzystywane jako magazyny, które stanowią stosunkowo niewielkie zagrożenie dla życia ludzkiego. Z drugiej strony kopuły są również wykorzystywane przy projektowaniu stadionów sportowych, które w przypadku awarii mogą mieć niezwykle duży wpływ na życie ludzi.

'''Krok 2''': Po określeniu Kategorii ryzyka z kroku 1, podstawową prędkość wiatru (V) można znaleźć na rys. 26,5-1 i 26,5-2 [1]. Liczby te przedstawiają mapy prędkości wiatru w podmuchach 3-ch dla Stanów Zjednoczonych, które różnią się w zależności od lokalizacji i Kategorii ryzyka konstrukcji. Interpolacja liniowa jest dozwolona między podanymi liniami konturowymi.

'''Krok 3''': Na tym etapie wymaganych jest wiele parametrów obciążenia wiatrem, które ostatecznie wpływają na ciśnienie obciążenia wiatrem.

Współczynnik kierunkowości wiatru (Kd) z tabeli 26.6-1 [1] wynosi 1,0 dla kopuł okrągłych i zbiorników okrągłych.

Biorąc pod uwagę dwa kierunki wiatru, Kategoria ekspozycji jest ustawiana na podstawie topografii, roślinności i innych konstrukcji po stronie ekspozycji na wiatr. Im wyższa kategoria ekspozycji (tzn. Kategoria D), tym bardziej narażona może być konstrukcja.

Współczynnik topograficzny (K-zt) uwzględnia prędkość wiatru nad wzgórzami, grzbietami i skarpami. Wartość ta jest obliczana według równania 26.8-1 [1] przy użyciu współczynników K-1, K-2 i K-3 podanych na rysunku 26.8-1 [1].

K-zt = (1 + K-1K-2K-3)²

Współczynniki K z rysunku 26.8-1 [1] zależą od rodzaju terenu, takiego jak wysokość wzniesienia (H), odległość od szczytu budynku do miejsca, w którym znajduje się budynek (x), wysokość nad powierzchnią gruntu (z) itd.

Tabela 26.9-1 [1] podaje współczynnik wysokości terenu (Ke) obliczany na podstawie wysokości konstrukcji nad poziomem morza. Współczynnik ten można również przyjąć ostrożnie jako 1,0 dla wszystkich wysokości.

Klasyfikację otoczenia można określić w rozdziale 26.2 [1]. Otwory w konstrukcji mogą mieć wpływ na tę klasyfikację. W przypadku magazynów w wielu przypadkach klasyfikacja pomieszczeń jest uznawana za „zamkniętą”. W przypadku stadionów sportowych może to jednak zależeć od otworów w konstrukcji w ścianach, rozsuwanego dachu itp.

W tabeli 26.13-1 [1] można znaleźć współczynnik ciśnienia wewnętrznego (GC-pi) jako wartość dodatnią i ujemną, uwzględniającą ciśnienie działające w kierunku do i od powierzchni wewnętrznych [1].

Współczynnik porywów wiatru (G) zależy od definicji sztywności konstrukcji jako sztywnej lub podatnej z rozdz. 26.2 [1]. Przy określaniu tej klasyfikacji istotną rolę odgrywa podstawowa częstotliwość drgań własnych. Rozszerzenie Analiza modalna w programie RFEM 6 może być wykorzystane do znalezienia podstawowej częstotliwości drgań własnych konstrukcji. W rozdziale 26.11 [1] podano odpowiednie wzory do obliczania G dla konstrukcji sztywnych lub sprężystych. Alternatywnie, wartość 0,85 może być stosowana tylko w przypadku konstrukcji sztywnych.

'''Krok 4''': Współczynnik ekspozycji na ciśnienie dynamiczne (Kz) można znaleźć w tabeli 26.10-1 [1] w oparciu o kategorię ekspozycji. Na podstawie średniej wysokości ściany kopuły i średniej wysokości dachu kopuły należy określić dwie wartości Kz. Interpolacji liniowej można użyć dla wartości pośrednich wysokości.

'''Krok 5''': Ciśnienie prędkości (qh) jest określane z równania 26.10-1 [1].

qh = 0,00256K-zK-ztK-eV²

Wszystkie zmienne w tym równaniu zostały wyznaczone w poprzednich krokach. Należy obliczyć dwie wartości qh, które zostaną wykorzystane w późniejszym terminie. Pierwsza z nich będzie wynosić qh na wysokości środka ciężkości ściany, a druga będzie oparta na średniej wysokości dachu kopuły, która zależy od wartości Kz z kroku 4. Notacja qh w indeksie dolnym qz jest stosowana wymiennie w równaniu 26.10-1 [1] w zależności od, odpowiednio, ciśnienia prędkości obliczonego dla ścian w funkcji dachu.

'''Krok 6''': Współczynnik siły (Cf) dla ścian wydzielonej kopuły w rozdziale 29.4.2.1 [1] można ustawić na 0,63, gdzie hc/D mieści się w zakresie od 0,25 do 4,0, gdzie hc = wysokość walca, a D = średnica. Cf dla ścian zgrupowanych kopuł oblicza się w oparciu o Rysunki 29.4-6 [1].

'''Krok 7''': Współczynnik ciśnienia zewnętrznego (Cp) dla dachu kopuły o kącie nachylenia dachu większym niż 10° jest określony na rysunku 27.3-2 [1...