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海外工程十五年之四十——美国风荷载常见问题(1)

主要术语:

(MWFRS)main wind force-resisting system主抗风系统

(C&C)components and cladding 构件和围护

TerrainExposure粗糙度

GustEffect Factor阵风影响系数

PressureCoefficient压力系数

ForceCoefficient力系数

常见问题解答

在过去的几年里,作者已经回答了来自ASCE 7风荷载规定用户的数百个问题和询问。本文的目的是澄清标准中经常出现问题的条款。

1 Wind Speed风速

1是否有可能获得更大比例尺的基本风速图(见图26.5-1A26.5-1B26.5-1C),以便更精确地确定风速等值线的位置?

不。美国飓风多发区的风速等值线基于蒙特卡罗模拟的飓风风速,以及对登陆后飓风风速衰减至115mph的速率的估计。因为这些数据的风速等值线代表了ASCE7风荷载工作委员会的共识,增加地图比例尺对提高其准确性毫无帮助。一些地区为确定了具体的基本风速;建议与该地区的当局核实。目前正在开发的网站和其他电子工具可以帮助更准确地确定特定地点的风速。

2.ASCE 7-10地图上的风速远高于ASCE7-05地图上的风速;这是否意味着风的设计将更强大、成本更高?

不;ASCE 7-10地图中的风速与极限荷载和强度设计有关。本标准第2.3.2节中的风荷载系数为1.0W,反映了极限状态设计。第2.3.3节中容许应力设计的风荷载系数为0.6W。他条件保持不变时,使用ASCE 7-10风速进行的最终风荷载设计将与之前大致相同。

3.IBC风速图提供了项目位置的3-s风速,根据注释,地图是针对粗糙度等级C的。如果项目位置的粗糙度等级为B,则适当风速是多少?

IBC风速图或ASCE 7-10中的基本风速定义为粗糙度等级C类下地面33 ft处的3-s阵风风速,这是标准测量值。速度压力暴露系数Kz调整粗糙度等级和地面高度。然而,为了简单起见,将系数应用于压力方程中,从而调整压力而不是风速。使用Kz调整从粗糙度等级C粗糙度等级B的压力。

4如果要确定位于图中特殊风区(阴影区)的建筑物的设计风荷载。26.5-1A26.5-1B26.5-1C,应使用什么样的基本风速?

这些图中特殊风区的目的是提醒设计者,有些地区已知存在风速异常。这些地区的风速可能远高于地图上所示的风速,建议使用区域气候数据并咨询风力工程师或气象学家。

5.如何设计3级飓风?

Saffir–Simpson飓风等级根据强度和潜在的破坏程度分为五类(15级,其中5级是最强烈的)。本标准条文说明中的表C26.5-2给出了ASCE 7中基本风速与Saffir–Simpson飓风等级之间的近似关系。Saffir–Simpson尺度有一系列风速。必须决定在陆地上使用哪种特定的基本风速。

2 LoadFactor荷载系数

6.什么时候可以使用某些材料标准中规定的三分之一应力增量?

当使用ASCE 7-10中规定的荷载或荷载组合时,不允许增加容许应力,除非通过荷载持续率(如木材设计中使用的持续时间系数)证明增加是合理的。ASCE7-102.4.1节中的6号荷载组合针对风荷载和另一瞬态荷载组合时的情况进行调整。该荷载组合仅对瞬态荷载(不适用于恒载)应用0.75系数。应用于瞬态荷载的0.75系数说明了这样一个事实:两个最大事件不太可能同时发生。请注意,容许应力设计(ASD)中的风荷载系数为0.6W,因为强度设计荷载系数为1.0W

7为什么风向系数Kd只能用于ASCE 7-102.32.4节中规定的荷载组合?

在以前版本的ASCE7ASCE7-95及更早版本)中的强度设计荷载组合中,风的1.3系数包括0.85的“风向系数”。在asce7-98中,荷载组合使用1.6而不是1.3(约等于1.6×0.85),方向性系数包含在速度压力方程中。将方向性系数从荷载组合中分离出来,使设计者能够为每个结构使用特定的方向性系数,并在新的研究可用时更容易修改该系数。

8.如果场地周围的粗糙度等级为B,但在其中一个立面的正旁边有一个大停车场,MWFRS使用什么粗糙度等级?

ASCE7-1026.7节提供了粗糙度等级BCD的一般定义;但是,设计师必须参考注释,以得到每个粗糙度等级的详细解释。粗糙度等级取决于停车场的大小、相对于建筑物的大小以及区域内障碍物的数量和类型。评注第C26.7节包括一个公式(公式C26.7-1),该公式将有助于设计师确定地形粗糙度是否足以归类为B。对于地形粗糙度B,采风距离为2600 ft或结构高度的20倍,以较大者为准。还要注意,评注提供了确定“逆风区表面积”的建议

对于诸如停车场、宽阔道路、道路交叉口、未开发地块和树木空地等空地,注释提供了一个合理的程序和一个示例,用于在地形粗糙度BC之间插入;鼓励设计师使用此方法。步骤如图所示。C26.7-3C26.7-4。地形粗糙度的确定是基于“开放区域”的范围和距离项目位置的距离,在该区域,地形粗糙度可能比B更粗糙。

9.在什么情况下,在计算风荷载时,有必要考虑地形影响引起的加速?

本标准第26.8节要求计算位于BCD粗糙度的孤立山丘或陡崖上半部分的建筑物和其他构筑物的地形系数Kzt,其中逆风地形距离至少100 H2 mi,以较小者为准,从地形特征的顶部测量。当粗糙度DC的高度H小于15 ft,或粗糙度B小于60 ft时,无需计算Kzt。此外,当H/L H小于0.2时,无需计算KztHLh如图26.8-1所示。Kzt值永远不小于1.0

10认为倾斜墙系统是构件和围护(C&C)还是MWFRS或两者兼而有之吗?

两者兼而有之。根据风向,倾斜墙系统必须抵抗MWFRS力或C&C的力。在C&C方案中,构件直接承受风压,并将力传递到另一个方向的MWFRS。当倾斜墙作为剪力墙时,它是抵抗MWFR的力。由于预计风不会同时从两个方向吹来,因此在两种不同的荷载情况下,MWFRS力和C&C力相互独立地进行分析。砌体和钢筋混凝土墙也是如此。

11什么时候房屋中的山墙桁架是MWFRS的一部分?是否也应设计为C&C?桁架的单个构件呢?

屋架被视为构件,因为它们直接从围护承受荷载。由于山墙桁架接收来自多个表面的风荷载,这是MWFRS定义的一部分,因此可以认为桁架上的总荷载由MWFRS荷载更准确地定义。一种常见的方法是设计山墙桁架的构件和内部连接件,以承受C&C荷载,而将MWFRS荷载用于桁架与墙或框架的锚固和反作用力。在设计剪力墙或交叉支撑时,屋顶荷载可被视为MWFR的一部分。

如果任何构件的承载面积超过700 ft2,第30.2.4节允许将构件视为MWFRS,以确定风荷载。即使根据本规定将其视为MWFRS,山墙桁架的上弦杆构件如果直接从屋面板接收荷载,也必须遵守C&C规则。

12.塔的基频为2赫兹,但高宽比为6。塔应该被视为一个柔性结构来确定阵风影响系数吗?

不。第26.2节中给出的柔性建筑的定义规定,基频(第一振型)固有频率小于1Hz将使其在阵风影响系数下具有灵活性。当频率超过1hz时,湍流谱中的能量很小。因此,基频为2赫兹的塔不太可能受到风的动态激励。本标准的注解对第C26.9节中建筑物和构筑物在湍流中的响应进行了很好的讨论。

13.在设计主抗风系统(MWFR)时,图27.4-1的规定适用于所有高度的封闭或部分封闭的建筑物。图28.4-1的规定适用于平均屋顶高度小于或等于60英尺的封闭式或部分封闭式建筑。这是否意味着这两个数字都可用于低层MWFR的设计?

27.4-1可用于任何高度的建筑物,而图28.4-1仅适用于低层建筑。第26.2节规定低层建筑符合平均屋顶高度h60 fth不超过最小水平尺寸。图28.4-1中给出的低层建筑的压力系数表示“伪”荷载条件,包括总隆起、总水平剪力和弯矩等内部结构反作用力(见第C28.3.2节)。因此,它们不是真正的风荷载。

这些荷载对图28.4-1所示形状的建筑物充分发挥作用;当将其外推到其他形状(如第9章中的U形建筑物或第12章中的奇数形状建筑)时,它们变得不确定。

14应使用哪些压力系数来反映屋顶悬挑和阳台的底面(底部)的贡献?

27.4.4节和第30.10节规定了用于屋顶悬挑的压力系数,以分别确定MWFRSC&C的荷载。没有给出阳台的具体指南,但应充分使用屋顶悬挑的荷载。

必须考虑悬挑处的其他荷载条件,例如上部屋顶表面的压力,以获得屋顶和墙之间连接的总荷载。


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作者: ganggouren

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