【規(guī)范解讀】美標(biāo)ASCE 7-16 風(fēng)荷載

一、風(fēng)險(xiǎn)分類

不同的建筑損壞或倒塌造成的損失和后果是不同的,因此需要對(duì)建筑劃分不同的風(fēng)險(xiǎn)類型。

因此,在查詢基本風(fēng)速時(shí),不同的風(fēng)險(xiǎn)類型其風(fēng)速取值是不同的。在介紹基本風(fēng)速之前,先來了解下風(fēng)險(xiǎn)分類。

ASCE 7-16 表1.5-1對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)分類有以下規(guī)定:

Ⅰ類:結(jié)構(gòu)失效時(shí),對(duì)人類生命有低風(fēng)險(xiǎn)的建筑。

Ⅱ類:Ⅰ,Ⅲ,Ⅳ類以外的建筑。

Ⅲ類:結(jié)構(gòu)失效時(shí),會(huì)對(duì)人類生命造成重大風(fēng)險(xiǎn)的建筑。

Ⅳ類:結(jié)構(gòu)失效時(shí),會(huì)對(duì)社區(qū)造成重大災(zāi)害的基礎(chǔ)設(shè)施(制造、加工、處理、儲(chǔ)存、使用或處置諸如危險(xiǎn)燃料、危險(xiǎn)化學(xué)品或危險(xiǎn)廢物等物質(zhì)的場(chǎng)所)。維護(hù)Ⅳ類建筑的建筑。

二、基本風(fēng)速-V(Basic Wind Speed )

基本風(fēng)速對(duì)應(yīng)C類粗糙度地面10m高度處3秒內(nèi)的平均風(fēng)速??梢詮膱D26.5-1,26.5-2查詢得。不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的建筑,其基本風(fēng)速采用不同重現(xiàn)期的值。規(guī)定如下:

Ⅰ類風(fēng)險(xiǎn)建筑的重現(xiàn)期為300年。

Ⅱ類風(fēng)險(xiǎn)建筑的重現(xiàn)期為700年。

Ⅲ類風(fēng)險(xiǎn)建筑的重現(xiàn)期為1700年。

Ⅳ類風(fēng)險(xiǎn)建筑的重現(xiàn)期為3000年。

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【規(guī)范解讀】美標(biāo)ASCE 7-16 風(fēng)荷載的圖1

三、方向系數(shù)-Kd(Wind directionality factor)

按照表格26.6-1取值

【規(guī)范解讀】美標(biāo)ASCE 7-16 風(fēng)荷載的圖2

四、地面粗糙度及暴露分類(Surface Roughness Categories/Exposure Categories)

粗糙度分類:

B類:市區(qū)及郊區(qū)、林區(qū)或者有密集單個(gè)家庭住處大小障礙物的地區(qū)。

C類:開闊地形,有稀疏低矮(一般小于9.1m)障礙物的地區(qū)。如平原、鄉(xiāng)村、草原);

D類:平坦無障礙物,海平面。如沼澤地、鹽堿地、沒破裂的冰面等。

暴露等級(jí)分類:

B類:如果建筑屋頂平均高度小于9.1m,在其逆風(fēng)方向大于457m的范圍大多為B類粗糙度地面。如果建筑屋頂平均高度大于9.1m,在其逆風(fēng)方向大于792m或者20倍建筑高度較大值的范圍主要為B類粗糙度地面;

C類:B類和D類以外的情況。

D類:在逆風(fēng)方向大于1524m或者20倍建筑高度的范圍大多數(shù)都是D類場(chǎng)地。

五、速度壓暴露系數(shù)-Kz(Velocity Pressure Exposure Coefficient)

不同暴露等級(jí)的場(chǎng)地,其風(fēng)剖面是不同的。

而基本風(fēng)速是C類場(chǎng)地10m處的平均風(fēng)速,因此需要該系數(shù)來考慮場(chǎng)地暴露類別和高度對(duì)風(fēng)速的影響。

【規(guī)范解讀】美標(biāo)ASCE 7-16 風(fēng)荷載的圖3

【規(guī)范解讀】美標(biāo)ASCE 7-16 風(fēng)荷載的圖4

【規(guī)范解讀】美標(biāo)ASCE 7-16 風(fēng)荷載的圖5

?六、地形系數(shù)-Kzt(Topographic Effects)

在山峰,山脊,山坡處風(fēng)速會(huì)突然增大,無論什么暴露類型的場(chǎng)地都需要把這種效應(yīng)考慮進(jìn)去。

【規(guī)范解讀】美標(biāo)ASCE 7-16 風(fēng)荷載的圖6

【規(guī)范解讀】美標(biāo)ASCE 7-16 風(fēng)荷載的圖7


七、場(chǎng)地海拔高度系數(shù)-Ke(Ground Elevation Factor)

不同海拔,空氣密度不一樣。空氣密度調(diào)整系數(shù)可以按照表26.9-1取值。也可以均按1.0取值。

【規(guī)范解讀】美標(biāo)ASCE 7-16 風(fēng)荷載的圖8

八、速度壓-qz(Velocity Pressure)

【規(guī)范解讀】美標(biāo)ASCE 7-16 風(fēng)荷載的圖9

九、陣風(fēng)系數(shù)-G(Gust-Effect Factor)

剛性建筑:自振頻率大于1.0Hz的建筑(條文26.2)。

對(duì)于剛性建筑,陣風(fēng)系數(shù)可以取0.85或者按照公式26.11-6計(jì)算。

【規(guī)范解讀】美標(biāo)ASCE 7-16 風(fēng)荷載的圖10

對(duì)于彈性建筑,陣風(fēng)系數(shù)可以按照26.11-10計(jì)算。

【規(guī)范解讀】美標(biāo)ASCE 7-16 風(fēng)荷載的圖11

十、圍護(hù)分類及內(nèi)壓系數(shù)GCpi(Enclosure Classification)

內(nèi)壓系數(shù)(GCpi)是按照不同的圍護(hù)分類根據(jù)表26.13-1來確定的。

建筑圍護(hù)程度可以分為:封閉、部分封閉、部分開放、開放。不同圍護(hù)等級(jí)的建筑,其內(nèi)壓系數(shù)是不同的。

【規(guī)范解讀】美標(biāo)ASCE 7-16 風(fēng)荷載的圖12

注意表格中的值是GCpi的值,而不是Cpi的值。

RFEM 6中以上參數(shù)輸入框如下:

【規(guī)范解讀】美標(biāo)ASCE 7-16 風(fēng)荷載的圖13


十一、封閉及部分封閉建筑-風(fēng)荷載計(jì)算

對(duì)于各種高度的封閉及部分封閉建筑的風(fēng)荷載計(jì)算,可以按照公式27.3-1計(jì)算。

【規(guī)范解讀】美標(biāo)ASCE 7-16 風(fēng)荷載的圖14

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十二、封閉及部分封閉建筑-外壓系數(shù)

【規(guī)范解讀】美標(biāo)ASCE 7-16 風(fēng)荷載的圖15

山墻屋頂建筑的外壓分布圖

由圖可見:

1. 墻面:迎風(fēng)面的外壓計(jì)算考慮風(fēng)壓高度變化。背風(fēng)面及側(cè)風(fēng)面按照屋頂平均高度h計(jì)算速度壓。墻面外壓系數(shù)如下圖,背風(fēng)面的外壓系數(shù)跟建筑平面長(zhǎng)寬比有關(guān)系,在-0.5~-0.2之間變化。

【規(guī)范解讀】美標(biāo)ASCE 7-16 風(fēng)荷載的圖16

2. 屋面:屋頂迎風(fēng)面的外壓是兩個(gè)箭頭,而屋頂背風(fēng)面是一個(gè)箭頭。迎風(fēng)面外壓系數(shù)有兩種情況,而背風(fēng)面外壓系數(shù)一種情況。

【規(guī)范解讀】美標(biāo)ASCE 7-16 風(fēng)荷載的圖17

風(fēng)向垂直于屋脊

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【規(guī)范解讀】美標(biāo)ASCE 7-16 風(fēng)荷載的圖18

風(fēng)向平行于屋脊

(或屋面角度小于10°時(shí)的垂直于屋脊)


由于屋面迎風(fēng)面外壓有兩種情況,而內(nèi)壓又有兩種情況,所以需要一個(gè)風(fēng)向就要考慮四種情況。所以RFEM6自動(dòng)生成的工況1有四個(gè)工況。

【規(guī)范解讀】美標(biāo)ASCE 7-16 風(fēng)荷載的圖19

【規(guī)范解讀】美標(biāo)ASCE 7-16 風(fēng)荷載的圖20

而工況3為兩個(gè)方向同時(shí)施加,每個(gè)方向迎風(fēng)屋面外壓有兩種情況,然后內(nèi)壓有兩種情況一共2x2x2=8種情況。

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