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海外工程十五年之四十一——美国风荷载问答(2)

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

常见问题解答

    在过去的几年里,作者已经回答了来自ASCE7风荷载规定用户的数百个问题和询问。本章的目的是澄清标准中经常出现问题的条款。

15如果屋顶的平均高度h大于60英尺,且屋顶几何结构不是平屋顶,那么屋顶C&C设计荷载应使用什么压力系数?

30.6节允许使用图30.4-130.4-6如果平均屋顶高度h<90 ft,则高宽比为1或更小,并使用公式30.6-1。图30.6-1的注6允许在屋顶角度0>10°时使用图30.4-2ABC的系数。

16平屋顶桁架长30英尺,中心间距4英尺。在确定桁架的设计压力时,应使用什么样的有效风面积?

屋架被归类为C&C,因为它们直接从屋面板接收风荷载。在这种情况下,有效风面积是跨度长度乘以有效宽度,有效宽度不必小于跨度长度的三分之一或(30)(30/3=300 ft2(见第26.2节的定义)。这是选择GCp的基础。但是,请注意,产生的风压作用于每个桁架的受力面积,即(30)(4=120 ft2

17屋架的净跨度为70英尺,中心间距为8英尺。在确定桁架的设计压力时,应使用什么样的有效风面积?

根据第26.2节中有效风面积的定义,有效风面积为(70)(70/3=1633 ft2。桁架的受力面积为(70)(8=560 ft2,小于第30.2.4节要求的700-ft2面积,以符合使用MWFRS规则的桁架设计要求。桁架应按照C&C规则进行设计,对应于有效风面积1633ft2的风压将应用于560ft2的受力面积区域。

1820英尺长和2英尺宽的面板组成的金属面板由间隔5英尺的檩条支撑。在确定压力系数时,有效风面积是否为40平方英尺?

否;尽管面板的长度为20英尺,但基本跨度为5英尺。根据有效风面积的定义,该面积是跨度长度乘以有效宽度,而有效宽度不必小于跨度长度的三分之一。其最小有效风面积为(5)(5/3=8.3 ft2

然而,面板的实际宽度为2英尺,使得有效风面积等于单个面板的支流面积,或(5)(2=10英尺2。因此,GCp将根据10 ft2的有效风面积确定,相应的风荷载将应用于10 ft2的支流区域。

注意,对于小于10 ft2的有效风区,GCp是恒定的。

19砖墙高12英尺,长80英尺。它由顶部和底部支撑。在确定墙体的设计压力时,应使用什么样的有效风面积?

对于给定的应用,压力系数GCp的大小随有效风面积的减小而增大。因此,一种非常保守的方法是考虑跨度为12英尺、宽度为1英尺的有效风区,并将墙构件设计为C&C。然而,有效风区的定义规定,该面积是跨度长度乘以有效宽度,而有效宽度不必小于跨度长度的三分之一。因此,有效风面积为(12)(12/3=48 ft2

20如果ASCE 7-10中没有给出各种屋顶形状(例如弯曲的雨篷)的压力或力系数,如何确定这些形状的适当风力?

除了某些形状的压力或力系数外,ASCE 7-10中给出了VKzKztG等参数。可以使用已出版文献中的压力或力系数(见本指南第1.4节),前提是这些系数的使用要小心。其他来源的平均压力或力系数可用于确定MWFRS的风荷载。然而,应该认识到,这些系数可能是在具有平滑、均匀流动的风洞中获得的,而不是更合适的湍流边界层流动。从文献中获得的部件和包层的压力系数应调整为3-s阵风速度,这是ASCE 7-10采用的基本风速。

21ASCE 7-10中给出的压力/力系数能否与ASCE7-887-937-957-987-02的规定一起使用?

是的,在一定程度上。ASCE 7-88(和7-93)使用最快的英里风速作为基本风速。随着采用从ASCE 7-95开始的3-s阵风速度,用于确定风力的某些参数的值也相应地发生了变化。ASCE 7-887-10的规定不应互换。asce7-957-987-027-057-10中的系数是一致的,它们与3-s阵风速度有关。

22部分封闭建筑和封闭建筑的区别是什么?它们是如何确定的?

这两种封闭的定义见第26.2节。对部分封闭和开敞式建筑都有一个具体的定义;封闭式建筑是指不符合开敞式或部分封闭式要求的建筑;“封闭”是一个默认名称。部分封闭条件的确定是迎风墙主要开口面积与建筑围护结构其余部分开口面积的函数。

即使在两个或多个墙壁上有大开口,并且不符合部分封闭建筑的定义,也可以将建筑归类为封闭建筑。

确定风压的意义在于,部分封闭建筑的内部压力系数GCpi=±0.55,封闭建筑的内部压力系数GCpi=±0.18

14.7 ForceCoefficient力系数

23什么是开敞式建筑?如果一个加工厂有一个三层的框架,没有墙,但框架内有很多设备,这是一个开敞式建筑吗?

开敞式建筑是指每面墙至少80%开放的结构(见第26.2节)。是的,这三层的框架将被归类为开敞式建筑,或“其他”结构。在计算风力F时,必须将适当的CfAf值分配给框架和内部设备。

24横截面为10X10-ft2的桁架塔由构成10英尺高的基本塔面板的结构角组成。投影在该面平面上的一个塔面板表面的实体面积为22平方英尺。计算风力时应使用什么力系数Cf?对于由圆形构件制成且具有相同投影实体面积的同一塔,力系数是多少?应使用哪个区域来获得每英尺塔高的风力(1)垂直于塔面,以及(2)沿塔架对角线作用?

一个面板表面的总面积为(10)(10=100 ft2,开敞率为22欧元/100=0.22。对于方形截面塔,图29.5-3中的力系数如下:

Cf=4)(0.222–(5.9)(0.22+4.0=2.90

对于圆形构件,力系数可通过系数减小

0.51)(0.222+0.57=0.59

因此,由相同投影面积的圆形构件构成的同一塔的力系数为

Cf=0.59)(2.90=1.71

用于计算每英尺塔高风力的面积Af

22/10=2.2ft2(所有风向)。

25在计算作用在方形截面桁架塔上的风力时(见图29.5-3),力系数Cf是否应同时应用于塔的正面和背面(迎风面和背风面)?

不。计算的风力是作用在塔上的总力。图29.5-3中给出的力系数包括塔的正面和背面的贡献,以及正面对背面的屏蔽效应。

14.8Miscellaneous其他

26速度压力的公式27.3-1使用下标z,而其他方程使用下标zh。何时使用z,何时使用h

方程27.3-1(以及28.3-129.3-130.3-1)是地面以上任何高度z的速度压力qz的通用公式。标准中有许多情况需要z的具体值,即建筑物或其他结构的高度(或平均屋顶高度)。每当需要下标h时,可以理解为z在适当的方程式中变为h(平均屋顶高度)。

27本标准第26.2节规定了玻璃、冲击防护系统和风载碎片区域的定义。为了具有抗冲击性,本标准规定,建筑围护结构的玻璃必须通过经批准的试验方法进行展示,以承受设计风期间可能产生的风载导弹的冲击。在哪里可以找到有关适当测试方法的信息?

本标准第26.10节涉及两个标准,ASTME1886ASTM E19967-10标准第C26.10节提供了有关这些标准的附加信息。这两个标准规定了试验方法和性能标准。

28本标准未规定涡流脱落引起的横风激励。如何确定漩涡脱落何时会成为一个问题?

涡脱落几乎总是存在于钝形圆柱体上。当脱落频率接近或等于结构第一或第二横向频率的频率时,旋涡脱落可能成为一个问题。激励强度随长宽比(高宽比或长宽比)增大而增大,随结构阻尼的增大而减小。低阻尼和展弦比为8或更大的结构可能容易产生破坏性涡激。如果可能出现横风或扭转激励,则应咨询有关专家。

29如果大风伴有降雨,雨滴的存在会增加空气的平均密度,使风荷载受到影响吗?

不会。虽然雨滴会增加空气的平均密度,但增加幅度很小,可以忽略不计。例如,如果平均降雨量为5英寸/小时,则雨滴的平均密度将使平均空气密度增加不到1%

30在施工期间使用什么风荷载?

ASCE 7不涉及施工期间的风荷载。施工荷载在标准SEI/ASCE 37-02《施工期间结构的设计荷载》中有明确规定。

31是否可以确定内墙设计的风荷载?

本标准不涉及内墙或隔墙设计中使用的风荷载。保守的方法是对封闭式建筑物采用内部压力系数GCpi=±0.18,部分封闭式建筑物采用GCpi=±0.55。灾后调查显示,当建筑围护结构被破坏时,内墙会发生破坏。

32当不同的建筑分类有不同的风速时,如何确定设计具有多种用途的复杂建筑的风压?

基于风速的风压应由主要的抗风力系统确定。如果建筑物的建造使得所有建筑物的MWRF相同,则设计风速应基于最严格或最关键的用途。如果MWFRS可以分开,以便每个用途都有不同的系统,则应使用与适当用途相关的适当设计风速。C&C压力将随适当使用的设计风速而变化。

 




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作者: ganggouren

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