構造 計算 風 荷重

構造物にかかる風荷重は、風圧力(N/�u)に受圧面積を掛けて

 

各層の風圧力の合計を出します。

 

風圧力のかけ方は、地震力と同じで、横から各階の床部分にかけます。

 

 

 

 

 

風圧力×受圧面積を床にかけます。

 

図の場合、3階部分の受圧面積が小さいので、荷重も小さくなります。

 

風荷重を式で書くと?

 

各階の風荷重を式で書くと下記のようになります。

 

3階の風荷重 = 風圧力 × A3(�u)

 

2階の風荷重 = 風圧力 × A2(�u)

 

1階の風荷重 = 風圧力 × A1(�u)

 

 

そもそも 風圧力とは?

 

前述した、風荷重 = 風圧力 × 受圧面積(�u)の風圧力というのは、

 

そもそもどうやって出すのでしょうか?

 

風圧力とは、風によって建築物が受ける圧力の事です。

 

 

ですから当然、風のスピードが関係しますし、風のスピードが早ければ風圧力は上がります。

 

同じスピードでも手前に障害物が有れば、風圧力は低くなります。

 

こうした事を勘案し、風の速度と障害物の有無などを係数にした速度圧(q )と

 

風が当たる建物の部位や形状などを係数かした、風力係数(Cf )を掛けて

 

風圧力を出します。

 

 

式で書くとこうなります。

 

風圧力 = 速度圧(q )×風力係数(Cf )

 

 

この式を、風荷重との関係で見ると、こうなります。

 

 

 

速度圧(q )について

 

 

速度圧は、読んで字のごとく、風の速度の事です。

 

風の速度に影響を及ぼすものを勘案し求められる数値です。

 

具体的には、樹木など障害物の有無や、建築物の高さにによって、

 

速度圧(q )を軽減したり、割り増ししたりします。

 

 

速度圧を求める式はこうなります。

 

 

 

 

この式を解読しますと下記のようになります。

 

 

 

風圧力は空気の運動エネルギーによって生じます。

 

質量をm、速度v とすると…

 

 

 

 

 

そして、これを、前述している風荷重、風圧力、速度圧の関係で見ますと…

 

 

となります。

 

 

高さと周辺環境で決まるEについて

 

 

 

速度圧の式で出てくるEは、建築物の屋根高さと周辺地形の状況によって、

 

掲げる係数です。

 

そして、風速の高さ方向の分布を示す係数をEr

 

風の流れによる建築物への影響を表す下のがガスト影響係数(Gf )と言います。

 

Eは、この2つの係数を1つにしたものです。

 

逆に言いますと、EはErとGfから求められる訳です。

 

式にすると、下記のようになります。

 

 

 

Erとは

 

Er は地表粗度区分と建物高さによって決まる係数です。

 

地表面粗度区分とは、風圧力計算を行う際のパラメーターの一つです。
(平成12年建設省告示1454号)

 

これは、その名の通り、地表面の粗さの度合いを区分けしたものです。

 

 

「地表面粗度区分」は�T〜�Wの4段階に区分けされており、

 

簡単にいえば、粗度区分の数字が上がるにつれ、

 

風を遮るような障害物の多い地域という事です。

 

 

 

ざっくり言うと・・・

 

区分�T:海岸に近い場所,及び海上

 

区分�U:高さが数mから10m程度の障害物が散在している地域

 

区分�V:高さが数mから10m程度の障害物が密集している、
    あるいは中層建築物(4〜9階)が散在している地域
    ※ほとんどの地域はこれに該当すると思います。

 

区分�W:中層建築物(4〜9階)が主となる地域

 

Erの大きさは�T>�U>�V>�Wとなります。

 

 

そして地表面粗度の条件によって変化するZb , Zg , αという係数があります。

 

これは数学的に近似解析したら必要になった、単なる係数です。

 

ですから深く考えず、区分の違いによって変わる係数と認識しましょう。

 

速度圧の高さ方向分布係数

 

    Zb、Zg:地表面粗度区分に応じた高さ[m]

 

    α:地表面粗度区分に応じた係数

 

    H:建築物の最高高さと軒の高さとの平均

 

 

H≦Zb Er=1.7(Zb/Zg)^α

 

H>Zb Er=1.7(H/Zg)^α

 

 

 

Zb Zg α
�T 5 250 0.1
�U 5 350 0.15
�V 5 450 0.2
�W 10 550 0.27

 

 

ガスト影響係数Gfとは

 

ガスト影響係数のガストとは、『突風』つまり『ビル風』の事です。

 

時よりふく最大の風(突風)が、平均風速の何倍かを表した値の事です。

 

瞬間的にふく風を考慮に入れ風荷重を考えるための係数です。

 

 

 

H≦10m 10m<H<40m 40m≦H

�T

2.0

左右の直線補間数値

1.8

�U

2.2

左右の直線補間数値

2.0

�V

2.5

左右の直線補間数値

2.1

�W

3.1

左右の直線補間数値

2.3

 

 

ガスト影響係数は一般に、建築物の高さと軒の高さとの平均に比例して大きくなります。

 

ですから平坦で障害物がない区域に比べ、高層建築物の多い区域の方が、

 

大きくなります。

 

�T<�U<�V<�Wとなります。

 

 

 

 

構造計算風荷重まとめ

 

以上の事から構造計算で風荷重を計算するときは、

 

風速、表面粗度区分、ガスト影響係数から速度圧を出し

 

その速度圧に風力係数を掛けて風圧力を出します。

 

出てきた風圧力に受圧面積を掛けて風荷重を算定していきます。

 

 

 

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