知识库 001858 | 圆顶结构风荷载按照 ASCE 7-22

主题:
圆顶结构风荷载按照 ASCE 7-22

注释:
说到 ASCE 7 中建筑结构上的风荷载，可以找到大量的资源来补充设计规范和帮助工程师处理这种侧向荷载。 然而，工程师们可能会发现，关于非建筑类型的风荷载的计算结果更难找到类似的计算结果。 本文将介绍按照规范 ASCE 7-22 计算风荷载的步骤，并将其施加在钢筋混凝土圆形水箱上。

论文摘要:
'''计算 ASCE 7-22 规范下的风荷载'''

ASCE 7-22 [1] 中表 29.1-2 中给出了按照主要抗风能力体系 (MWFRS) 确定圆形水箱结构风荷载的必要步骤。

'''步骤 1''': 风险类别根据建筑物的用途或居住者从表 1.5-1 [1] 中确定。 可以采用穹顶结构形式的仓库，该结构对人的生命安全的危险性相对较小。 另一方面，穹顶也用于体育场馆的设计，一旦发生倒塌，可能会对人的生命产生极大的影响。

'''步骤 2''': 在步骤1中确定风险类别后，基本风速(V)可以在图2和4中找到。 26.5-1 和 26.5-2 [1]。 这些图显示了美国 3 秒阵风风速地图，这取决于结构的位置和风险类别。 用户可以在给定的等高线之间进行线性插值。

'''步骤 3''': 在此步骤中需要输入多个风荷载参数，这些参数最终会影响风荷载压力。

表 26.6-1 [1] 中的风方向性系数(Kd)对于圆形穹顶和圆形水箱给出为 1.0。

考虑到两个风向，暴露类别根据地形、植被和上风向暴露侧的其他结构设置。 暴露类别（即类别 D）越高，结构可能越暴露。

地形系数 (K-zt) 考虑了山坡、山脊和悬坡的风加速度。 该值是使用公式26.8-1 [1]中使用系数K-1、K-2和K-3计算得到的，见图26.8-1 [1]。

K-zt = (1 + K-1K-2K-3)²

图 26.8-1 [1] 中的系数 K 取决于地形，例如山的高度（ H ），山顶到建筑物位置的距离（ x ），离地面的高度（ z ）等。

表 26.9-1 [1] 给出了基于海拔高度的结构的地面高程系数（Ke）。 对于所有标高，该系数也可保守取 1.0。

“外壳分类”可以参见章节 26.2 [1]。 洞口会影响混凝土结构中的洞口分类。 对于仓库，在许多情况下，其外壳分类被认为是“封闭的”。 但是对于体育场馆，这可能取决于结构的墙体洞口、活动屋顶等。

在表 26.13-1 [1] 中可以根据外壳分类在表 26.13-1 [1] 中找到正负值的内压系数 (IC-pi)，来考虑作用在和背离内表面的压力。

阵风影响系数(G)取决于第 26.2 节 [1] 中结构是刚性还是柔性的刚度定义。 需考虑钢结构分类的基本固有频率。 使用 RFEM 6 中的模态分析模块可以计算结构的基本自振频率。 在章节 [1] 26.11 中给出了计算刚性或柔性结构 G 的相关公式。 或者只对刚性结构允许取 0.85。

'''步骤 4''': 根据暴露类别，风速压力暴露系数(Kz)可在表 26.10-1 [1]中找到。 需要计算两个 Kz 值：穹顶墙体的平均高度和屋盖的平均屋面高度。 线性插值可用于中间高度值。

'''步骤 5''': 风速压力(qh)由公式 26.10-1 确定 [1]。

qh = 0.00256K-zK-ztK-eV²

公式中的所有变量都是在前面的步骤中确定的。 应该计算两个 qh 值，以便在后面的步骤中使用。 第一个是墙体重心高度的 qh，第二个是基于平均圆顶高度的，它们取决于步骤 4 中的 Kz 值。 下标符号 qh 和 qz 在公式 26.10-1 [1] 中可互换使用，具体取决于墙体和屋面的风速压力。

'''步骤 6'''： 在第 29.4.2.1 节 [1] 中，对于独立穹顶墙体的力系数 (Cf) 可设置为 0.63，其中 hc/D 的范围为 0.25 到 4.0，hc = 实体圆柱体高度，D = 直径。 穹顶组的墙体Cf的计算在图29.4-6的基础上进行[1] 。

【步骤 7】： 图 27.3-2 [1...