Предмет:
Ветровые нагрузки на конструкции круглых купольных покрытий по ASCE 7-22
Комментарий:
Когда речь идет о ветровой нагрузке на строительные конструкции по ASCE 7, мы можем найти многочисленные источники, дополняющие нормы проектирования и помогающие инженерам в применении данной боковой нагрузки. При этом инженерам гораздо труднее найти похожие источники для расчетов ветровой нагрузки на конструкции, применяющиеся не в строительстве. В нашей статье описывается пошаговый метод расчета и применения ветровой нагрузки по ASCE 7-22 на примере круглого железобетонного резервуара с купольной кровлей.
Легенда:
'''Определение ветровых нагрузок по ASCE 7-22'''
В таблице 29.1-2 нормы ASCE 7-22 [1] указаны шаги, необходимые для определения ветровых нагрузок на конструкцию круглого резервуара по Главной системе сопротивления ветровой нагрузке (MWFRS).
'''Шаг 1''': Категория риска определяется по таблице 1.5-1 [1] на основе использования или ввода здания. Купольные конструкции могут быть использованы как складские помещения, которые представляют относительно низкий риск для жизни людей. С другой стороны, купола также используются при проектировании спортивных стадионов, которые могут оказать чрезвычайно высокое влияние на жизнь людей в случае сбоя.
'''Шаг 2''': После определения категории риска в шаге 1, мы получим значения базовой скорости ветра (V), указанные на рисунках и 26.5-1 и 26.5-2 [1]. На данных рисунках затем отображаются карты скорости порыва ветра в течение 3 с в США, которые зависят от местоположения и категории риска конструкции. Линейная интерполяция допускается между заданными контурными линиями.
'''Шаг 3''': На данном этапе требуется задать несколько параметров ветровой нагрузки, которые в конечном итоге влияют на давление ветровой нагрузки.
Коэффициент направленности ветра (Kd) по таблице 26.6-1 [1] равен 1,0 для круглых куполов и круглых резервуаров.
С учетом двух направлений ветра категория воздействия устанавливается на основе топографии, растений и других конструкций на наветренной стороне. Чем выше категория воздействия (то есть категория D), тем в большей степени открыта конструкция.
Топографический коэффициент (K-zt) учитывает ускорение ветра на холмах, гребнях и откосах. Данное значение рассчитывается по уравнению 26.8-1 [1] с применением коэффициентов K-1, K-2 и K-3, показанных на рисунке 26.8-1 [1].
K-zt = (1 + K-1K-2K-3)²
Коэффициенты K на рисунке 26.8-1 [1] зависят от рельефа местности, такого как высота холма (H), расстояние от вершины до площадки здания (x), высота над поверхностью земли (z) и так далее.
В таблице 26.9-1 [1] указан коэффициент высотной отметки (Ke), основанный на высоте конструкции над уровнем моря. Данный коэффициент можно консервативно принять равным 1,0 для всех высотных отметок.
Классификацию корпуса можно определить по разделу 26.2 [1]. Отверстия в конструкции могут влиять на данную классификацию. Во многих случаях для складов классифицируется как «закрытое». Однако на спортивных стадионах это может зависеть от отверстий в стенах конструкции, конструкции раздвижной кровли и т.д.
В зависимости от классификации оболочки, коэффициент внутреннего давления (GC-pi) как положительное, так и отрицательное значение для учета давления, действующего по направлению к внутренним поверхностям и в направлении от них, можно найти в таблице 26.13-1 [1].
Коэффициент воздействия порывов ветра (G) зависит от задания жесткости конструкции как жесткая или гибкая по разделу 26.2 [1]. В данной классификации важную роль играет основная собственная частота. Для определения основной собственной частоты конструкции можно использовать аддон модального анализа в программе RFEM 6. В разделе 26.11 [1] приведены соответствующие формулы для расчета G как для жестких, так и для гибких конструкций. В качестве альтернативы, допускается применение значения 0,85 только для жестких конструкций.
'''Шаг 4''': Коэффициент воздействия скоростного давления (Kz) можно найти в таблице 26.10-1 [1] в зависимости от категории воздействия. Два значения Kz определяются на основе средней высоты стены купола и средней высоты кровли купола. Для промежуточных значений высоты затем можно применить линейную интерполяцию.
'''Шаг 5''': Скоростное давление (qh) определяется по уравнению 26.10-1 [1].
qh = 0,00256K-zK-ztK-eV²
Все переменные в данном уравнении были определены в предыдущих шагах. Должны быть рассчитаны два значения qh, которые будут использоваться в более позднем шаге. Первое будет равно qh на высоте центра тяжести стены, а второе - на основе средней высоты крыши купола, которая зависит от значений Kz из шага 4. Индекс qh по сравнению с qz используется в уравнении 26.10-1 [1] поочередно в зависимости от динамического давления, рассчитанного для стен по сравнению с кровлей.
'''Шаг 6''': Коэффициент силы (Cf) для стен одиночного купола по разделу 29.4.2.1 [1] может быть задан равным 0,63, где hc/D находится в диапазоне от 0,25 до 4,0, где hc = высота твердого цилиндра, а D = диаметр. Cf для стен сгруппированных куполов рассчитывается на основе рисунка 29.4-6 [1].
'''Шаг 7''': Коэффициент внешнего давления (Cp) для купольной кровли с углом раскрытия кровли более 10 ° определен на рисунке 27.3-2 [1 ...