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2018-11-21

风荷载作用按照ASCE 7-16进行,

在ASCE 7-16中计算风荷载

ASCE标准7-16 [1]中的表29.1-2中的表格总结了根据欧洲风荷载主力模块(MWFRS)计算圆形壳体结构上的风荷载所需的步骤。

第一步: 风险分类根据建筑物的使用和使用率在表1.5-1 [1]中确定。 圆顶结构可以作为仓库使用,可以降低生命危险。 另一方面体育馆的设计中还使用了拱形结构,如果结构失稳,则会对人的生命产生极大的影响。

步骤2: 步骤1确定了危险类别后,基本风速(V)见图26.5-1和26.5-2 [1] 。 它们显示了美国的3-s阵风速度图,其根据结构的位置和风险类别不同而不同。 在指定的轮廓线之间可以进行线性插值。

步骤3: 在该步骤中必须定义最终影响风荷载压力的多个风荷载参数。

表26.6-1 [1]中的风向系数(K d )对于圆形穹顶和圆形储罐规定为1.0。

确定暴露的类别是根据两个风向,根据地形,植被和上风迎风面的其他结构进行确定。 暴露类别(D类)越高,结构所受的应力越大。

地形系数(Kzt )考虑了山,岭和陡坡上的风加速度。 该值在公式26.8-1 [1]中使用图26.8-1 [1]中指定的系数K1 ,K2和K3计算。

Kzt =(1 + K1 K2 K3 )²

图26.8-1 [1]中的K系数主要取决于地形,例如山高(H),山脊与建筑物之间的距离(x),地形上方的高度(z),等等。

表26.9-1 [1]列出了基于海拔高度的地形仰角系数(K e )。 对于所有增量,该系数也可以保守地假设为1.0。

环境的分类可以在26.2 [1]中定义。 结构中的洞口会影响结构的分类。 如果结构同时被认为是“打开的”和“部分关闭的”,则使用较为保守的“打开”类别。 在很多情况下,仓库的环境分类被认为是封闭的。 但是,对于运动场馆,这可以取决于墙的开口,可收缩的屋顶等。

在表26.13-1 [1]中得出的内部压力系数(GCpi )是正值或负值,其中考虑了内表面上的压力。

阵风反应系数(G)取决于根据条款26.2 [1]定义的刚度为刚性还是柔性。 基本固有频率在确定该分类中起着重要的作用。 使用RFEM附加模块RF-DYNAM Pro Natural Vibrations可以确定结构的基本自振频率。 第26.11 [1]节列出了用于计算刚性或柔性结构G的相关公式。 或者为0.85时可能只用于刚性结构。

步骤4: 在表26.10-1 [1]中根据风荷载类别可以找到风速压力的风荷载系数(K z)。 根据圆顶的平均墙高度和屋顶的平均高度,应得出两个K z值。 线性插值可以用于中间的高度值。

步骤5: 气流压力(qh )由公式26.10-1 [1]计算得出。

QH =0.00256KŽķZTķd KE特征V²

该方程的所有变量都是在之前的步骤中确定的。 对于下一步,应该计算两个q h值。 第一个是在所述壁的所述质心的水平QH,第二个是基于平均拱顶的高度,这取决于在K z值从步骤4 QH。 在公式26.10-1 [1]中,两个下标qh和qz分别根据对建筑墙体和屋顶的风压进行了互换使用。

步骤6: 在第29.4.2.1 [1]节中单个圆顶的墙的荷载系数(Cf )可以设置为0.63,其中H/D在0.25到4.0的范围内,H =圆柱体的高度,D =直径。 根据图29.4-6 [1]计算圆顶组墙的Cf

步骤7: 顶棚倾角大于10°的拱顶的外部压力系数(C p )在图27.3-2 [1]中计算。 根据穹顶球场的尺寸,穹顶底部的高度和穹顶的直径,可以确定特定于施工位置A,B和C的三个C p值(见图01)。

使用这些不同的Cp值,必须考虑沿周长和高度的两个风荷载工况:

  • 情况A: A和B之间以及B和C之间的Cp值可以通过沿着穹顶上的圆弧与风向平行的直线线性插值来确定。
  • 情况B: Cp是当θ≤25°时A的常数,通过25°到B和B到C的线性插值来确定。

步骤8: 墙体风力(F)按照公式29.4-1 [1]计算。

F = qz GCf Af

要将垂直于RFEM的风荷载F除以垂直于风的投影面积Af,就可以得到作为面荷载的墙面压力。 请注意,qz是之前在步骤5中计算得到的风速压力,因为它可以互换使用,并且在重心A f (平均墙高)进行计算,所以与替代系数一起使用。

单个拱形屋面和一个圆顶屋面的设计压力(p)由公式29.4-4 [1]确定。

p = qh (GCp -GCpi

步骤3中第5步的qh是在穹顶顶部平均高度计算得出的。 在步骤3确定G和GC pi,而在步骤7中确定> 10°的拱顶的多个C p值。

墙面压力在RFEM中的应用

风压力是从步骤8按照上述顺序确定的。 它垂直于风向和背风方向施加在投影面上。 通过菜单“插入”→“荷载”→“面荷载”可以将这个投影面荷载很容易的施加到拱形墙的前面。 首先可以在相应的对话框中选择需要定义墙的面和投影的方向(见图02)。

要直观地检查作用的荷载,请在结果导航器中激活“荷载分布”选项(见图03)。 计算出对应的荷载工况一个迭代就足够了。 这可以节省大量的时间,而不是使用精细的有限元网格求解大型结构的所有荷载工况和组合。 荷载分布的精度取决于有限元网格。 有限元网格越小,荷载分布的大小显示的越精确。

穹顶压力在RFEM中的应用

如步骤7所示,ASCE 7-16中的图27.3-2定义了圆形底部圆顶的外部压力系数。 注释4在图27.3-2中的注[1]中表示,在垂直于风向的每个平面上,外部压力系数是恒定的。 步骤7中的图27.3-2 [1]显示了在穹顶上三个区域(A,B和C)施加的外部压力系数。 在图27.3-2的注1 [1]中应该考虑两个荷载工况。 在两种情况下,点A,B和C之间的位置都必须进行线性插值。

对于点A,外部压力系数的值是-0.4,对于点B的外力压力系数的值是,对于点C的外部压力系数的值是-0.4(见图01)。 根据公式29.4-4 [1]和第8步,B点的风压为-12.79 psf/-3.94 psf,B点的风压为-27.43 psf/-18.573 psf,C -12点的风压为79 psf/-3.94 psf。对于 +GCpi或-GCpi,为psf。

这些荷载可以在RFEM中轻松定义为矩形自由荷载,可以通过菜单“插入”→“荷载”→“自由矩形荷载”来创建。 除了定义投影平面和荷载方向外,还可以考虑荷载分布的线性函数,该线性函数包含各个点(A,B和C)之间的插值。 这里有两个自由的矩形荷载。 一种用于区域A到B,第二种用于区域B到C(见图04)。

在结果 -导航器中的荷载分布功能中显示了施加在穹顶上的风荷载。 为了可以更清楚地显示屋面单个切割线上的荷载图,可以选择创建一个截面(见图05)。


作者

Amy Heilig 是我们位于费城的美国分公司的 CEO。 她还提供销售和技术支持,并为德儒巴软件面向北美市场的软件开发做出积极贡献。

链接
参考
  1. ASCE/SEI 7‑16, Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Structures
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