01 loads

1

! Introduction! Fundamental of Structural Theory! Classification! Loads! Structural Design

TYPES OF STRUCTURES AND LOADS

2

Introduction

� Design of Structures

- Safety- Esthetics- Serviceability- Environment- Economy

� Structure��.. a system of connected parts used to support a load�..�

� Analysis of Structures

- Strength- Rigidity

� Idealization of Structures

- Physical Model- Mathematical Model

3

Fundamental of Structural Theory

� Idealization� Physical Model

� Members� Connections� Supports� Loads� Free-body Diagrams

� System� Member

� Mathematical Model� Equilibrium Conditions� Compatibility Conditions� Constitutive Relationship

4

Mathematical Model

� Equilibrium conditions

ΣF = 0, ΣM = 0

� Compatibility conditions

- Continuity condition- Boundary condition

� Constitutive relationship of stress and strain

εσ

=E

5

Classification of Structures

� Structural Elements

tie rod

Tie Rods

rod bar

angle channel

typical cross sections

6

simply supported beam

cantilevered beam

fixed-supported beam

overhanging beam

continuous beam

Beams

M V

web

flange

flange

7

Columns

column beam column

8

Trusses

� Types of Structures

Cables and Arches

cables support their loads in tension arches support their loads in compression

compression

tension

9

Frames

Surface Structures

Thin membrane roof.

rigid

rigid

pinned

pinned

10

Loads

� Dead Loads� Live Loads

� Building Loads� Bridge Loads

� Wind Loads� Snow Loads� Earthquake Loads� Hydrostatic and Soil Pressure� Other Natural Loads

11

Table 1-1 Codes

Manual for Railway Engineering, American Railway Engineering Association (AREA)

General Building CodesMinimum Design Loads for Building and other Structures, ANSI / ASCE 7-95, American Society of Civil Engineers*Basic Building Code, Building Officials and Code Administrators International (BOCA)*Standard Building Code, Southern Building Code Congress International *Uniform Building Code, International Conference of Building Officials (UBC)

Design CodesBuilding Code Requirements for Reinforced Concrete, Am. Conc. Inst. (ACI)Manual of Steel Construction, American Institute of Steel Construction (AISC)Standard Specifications for Highway Bridges, American Association of StateHighway and Transportation Officials (AASHTO)National Design Specification, American Institute of Timber Construction (ATTC)

12

1. วัสดทุั่วไป kg/m3

คอนกรีตเสริมเหล็ก 2400 คอนกรีตลวน 2320 ไมสัก 630 ไมเนื้อออน 500-1000 ไมเนื้อเข็ง 700-1200 เหล็ก 78502. วัสดมุุงหลังคา kg/m2

กระเบื้องลอนคู 14 กระเบื้องลูกฟกูลอนเล็ก 12 กระเบื้องลูกฟกูลอนใหญ 50 กระเบื้องราง 12 กระเบื้องซีแพคโมเนีย 50 สังกะสี 53. โครงหลังคา 10-30

Table 1-2 น้ําหนักบรรทุกคงที่

4. แปไม 55. พื้นไม 1� รวมตง 30-506. ฝา ฝา กําแพง kg/m2

คราวไม 11/2� X 3� @ 0.40 15 คราวไม 11/2� X 3� @ 0.60 10 กระเบื้องแผนเรียบหนา 4 mm 7 กระเบื้องแผนเรียบหนา 8 mm 14 แผนเอสเบสโตลักส 4 ไมอดัหนา 4 mm 4 ฝาไม 1/2� รวมคราว 20 อิฐมอญหนา 10 cm 180 อฐิมอญเต็มแผนฉาบปูน 360 คอนกรีตบล็อคหนา 10 cm 100-150 คอนกรีตบล็อคหนา 15 cm 170-180 คอนกรีตบล็อคหนา 20 cm 220-240

ชนิดของวัสดุ น้ําหนักบรรทุกคงที่ ชนิดของวัสดุ น้ําหนักบรรทุกคงที่

13

Table 1-3 น้ําหนักบรรทุกจร

ประเภทสวนตางๆ ของอาคาร หนวยน้ําหนักบรรทุกจร (kg/m2)

1. หลังคา 302. กันสาดหรือหลังคาคอนกรีต 1003. ที่พักอาศัย รร. อนุบาล หองน้ํา หองสวม 1504. หองแถว ตึกแถวที่ใชพัักอาศัย อาคารชุดหอพกั โรงแรม และหองคนไขพเิศษของโรงพยาบาล 2005. สํานักงาน ธนาคาร 2506. (ก) อาคารพาณิชย สวนของหองแถว ตึกแถวที่ใชเพือ่อาคาร พาณิชย มหาวิทยาลัย วิทยาลัย โรงเรียน และโรงพยาบาล 300 (ข) หองโถง บันได ชองทางเดนิของอาคารชุด หอพัก โรงแรม สํานักงานธนาคาร 3007. (ก) ตลาด อาคารสรรพสินคา หอประชุม โรงมหรสพ ภัตตาคาร หองประชุม หองอานหนังสือในหองสมุด หรือหอสมุด ที่จอดรถ หรือเก็บรถยนตนั่ง หรือรถจักรยานยนต 400 (ข) หองโถง บันได ชองทางเดินของตลาด อาคารสรรพสินคา หองประชุม หอประชุม โรงมหรสพ ภัตตาคาร หองสมุดและหอสมุด 500

14

Table 1-3 น้ําหนักบรรทุกจร (ตอ)

ประเภทสวนตางๆ ของอาคาร หนวยน้ําหนักบรรทุกจร (kg/m2)

8. (ก) คลังสินคา โรงกีฬา พิพธิภัณฑ อัฒจันทร โรงงานอุตสาหกรรม โรงพมิพ หองเก็บเอกสาร และพสัดุ 500 (ข) หองโถง บันได ชองทางเดนิของตลาด อาคารสรรพสินคา หองประชุม หอประชุม โรงมหรสพ ภัตตาคาร หองสมุดและหอสมุด 5009. หองเก็บหนังสือของหองสมุดหรือหอสมุด 60010. ที่จอดรถหรือเก็บรถยนตบรรทุกเปลา 800

15

� ในการคํานวณน้ําหนักที่ถายลงเสา คาน หรือโครงที่รับเสาและฐานราก ใหใชน้ําหนักของอาคารเตม็อัตรา สวนหนวยน้ําหนักบรรทุกจรใหใชตามที่กําหนดไวในตารางที่ 1-3 โดยใหลดสัดสวนไดตามชั้นของอาคาร ดังตอไปนี้

การรับน้ําหนักของพื้น อัตราการลดหนวยน้ําหนักบรรทุกจร บนพื้นแตละชัน้เปนรอยละ

(1) หลังคาหรือดาดฟา 0(2) ชั้นที่หนึ่งถัดจากหลงัคาหรือดาดฟา 0(3) ชั้นที่สองถดัจากหลังคาหรือดาดฟา 0(4) ชั้นที่สามถัดจากหลังคาหรือดาดฟา 10(5) ชั้นที่สี่ถัดจากหลังคาหรือดาดฟา 20(6) ชั้นที่หาถัดจากหลังคาหรือดาดฟา 30(7) ชั้นที่หกถดัจากหลังคาหรือดาดฟา 40(8) ชั้นที่เจ็ดถัดจากหลังคาหรือดาดฟาและชัน้ตอลงไป 50

สําหรับโรงมหรสพ หองประชมุ หอประชมุ หองสมุด หอสมุด พิพิธภณัฑ อัฒจันทร คลังสินคา โรงงานอุต-สาหกรรม อาคารจอดหรือเก็บรถยนต หรอืรถจักรยานยนต ใหคิดหนวยน้ําหนักบรรทุกจรเต็มอัตราทุกชั้น

16

Where,

L = reduced design live load per square foot or square meter of area supported by the member, > 0.5 Lo for 1 floor, > 0.4 Lo for 2 floors or moreLo = unreduced design live load per square foot or square meter of area supported by the member (see Table 1-4)AI = influence area in square feet (> 400) or (>37) square meters, equal to four times the tributary or effective load-carrying floor area for a column, and two times the tributary or effective load-carrying floor area for a beam*

(FPS units)L = ( 0.25 + 15

AI

(

(SI units)L = ( 0.25 + 4.57

AI

(

The reduced load L� >.50 Lo , for floor (2-story) � >.40 Lo , for floor (>2-story) � =1.00 Lofor roof, public hall, parking garage

Lo

Lo

17

Live LoadOccupancy or Use psf kN/m2

Assembly areas and theatersFixed seats 60 2.87Movable seats 100 4.79Dance halls and ballrooms 100 4.79Garages (passenger cars only) 50 2.40

Office buildingsLobbies 100 4.79Offices 50 2.40

Storage warehouseLight 125 6.00Heavy 250 11.97

ResidentialDwellings (one- and two-family) 40 1.92Hotels and multifamily houses

Private rooms 40 1.92Public rooms 100 4.79

SchoolsClassrooms 40 1.92Corridors above first floor 80 3.83

Table 1-4 Minimum Live Loads*

18

Example 1-1

The floor beam in the figure below is used to support the 2 m width of alightweight plain concrete slab having a thickness of 10 cm. The slab serves as aportion of the ceiling for the floor below, and therefore its bottom is coated withplaster (25 kg/m2). Furthermore, an 2.5 m height, 30 cm thick masonry wall isdirectly over the top flange of the beam. Determine the loading on the beammeasured per foot of length of the beam.

30 cm.

2.5 m.

1 m. 1 m.10 cm.

plaster

19

SOLUTION

1. วัสดทุั่วไป kg/m3

คอนกรีตเสริมเหล็ก 2400 คอนกรีตลวน 2320 ไมสัก 630 ไมเนื้อออน 500-1000 ไมเนื้อเข็ง 700-1200 เหล็ก 78502. วัสดมุุงหลังคา kg/m2

กระเบื้องลอนคู 14 กระเบื้องลูกฟกูลอนเล็ก 12 กระเบื้องลูกฟกูลอนใหญ 50 กระเบื้องราง 12 กระเบื้องซีแพคโมเนีย 50 สังกะสี 53. โครงหลังคา 10-30

Table 1-2 น้ําหนักบรรทุกคงที่

4. แปไม 55. พื้นไม 1� รวมตง 30-506. ฝา ฝา กําแพง kg/m2

คราวไม 11/2� X 3� @ 0.40 15 คราวไม 11/2� X 3� @ 0.60 10 กระเบื้องแผนเรียบหนา 4 mm 7 กระเบื้องแผนเรียบหนา 8 mm 14 แผนเอสเบสโตลักส 4 ไมอดัหนา 4 mm 4 ฝาไม 1/2� รวมคราว 20 อิฐมอญเต็มแผนฉาบปูน 360 อิฐบล็อคหนา 10 cm 100 คอนกรีตบล็อคหนา 10 cm 100-150 คอนกรีตบล็อคหนา 15 cm 170-180 คอนกรีตบล็อคหนา 20 cm 220-240

ชนิดของวัสดุ น้ําหนักบรรทุกคงที่ ชนิดของวัสดุ น้ําหนักบรรทุกคงที่

20

30 cm.

2.5 m.

1 m. 1 m.10 cm.

14 kN/m (1430 kg/m)

Concrete slab: )2400( 3mkg 480)1.0)(2( =mm kg/m

Plaster ceiling: 50)2)(25( 2 =mmkg kN/m

)360( 2mkg

Masonry wall: 900)5.2( =m kg/m

คอนกรีตเสริมเหล็ก 2400 kg/m3

อิฐมอญเต็มแผนฉาบปูน 360 kg/m2

Total load 1430= kg/m

21

Example 1-2a

A two-story office building has interior columns that are spaced 7 m apart in twoperpendicular directions. If the (flat) roof loading is 100 kg/m2 determine thereduced live load supported by the spread-footing foundation. Assume the groundfloor is a slab on grade.

At 7 m

7 m

7 m7 m

22

At

SOLUTION: ANSI-based US Code

7 m

7 m

7 m7 m

FR = (100 kg/m2)(49 m2) = 4.90 T

For the second floor, the live load is taken from table 1-4:Lo = 250 kg/m2 .

Since AI = 4At = 4(49 m2) = 196 m2 > 37.2 m2 , the live load can be reduced. Thus,

2/144250)575.0(250))49(4

57.425.0()457.425.0( mkgLA

L oT

==+=+=

The load reduction = (0.575) L0 > ( 0.50) L0 O.K. Therefore

FF = (144 kg/m2)(49 m2) = 7.044 T

The roof loading is 100 kg/m2

At = (7 m)(7 m) = 49 m2

23

At 7 m

7 m

7 m7 m

For the ground floor, the live load is taken from table 1-4:Lo = 250 kg/m2 . No live load reduction is allowed.

FG = (250 kg/m2)(49 m2) = 12.25 T

The total live load supported by the foundation is thus

F = FR + FF + FG = 4.90 + 7.044 + 12.25 = 24.19 T

24

At

SOLUTION: Thai Code

7 m

7 m

7 m7 m

FR = (100 kg/m2)(49 m2) = 4.90 T

For the second and ground floor, the live load istaken from table 1-4:Lo = 250 kg/m2 .

FF = (250 kg/m2)(49 m2) = 12.25 T

The total live load supported by thefooting is thus

F = FR + FF = 4.90 + 12.25 + 12.25 = 29.4 T

roof loading is 100 kg/m2

At = (7 m)(7 m) = 49 m2

25

Example 1-2b

A eleven-story office building has interior columns that are spaced 7 m apart intwo perpendicular directions. If the (flat) roof loading is 100 kg/m2 and floorloading is 250 kg/m2 determine the reduced live load supported by a typicalinterior footing using the US code and Thai code.

At 7 m

7 m

7 m7 m

10987654321

ground

roof deck

26

At

SOLUTION

7 m

7 m

7 m7 m


Since 4At = 4(49 m2) = 196 m2 > 37.2 m2 , the live load can be reduced. Thus,

2/144)250(575.0

250)19657.425.0(

)457.425.0(

mkg

LA

L ot

==

+=

+=

The load reduction here is (0.575)L0 > (0.40)L0 O.K. Therefore use 0.575 for all.

At = (7 m)(7 m) = 49 m2

For Thai code: see table 1-3b.

For the US code based on ANSI:

10987654321

ground

roof deck

27

Roof deck

ground

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

(0.575)(250)(49)

(0.575)(250)(49)

(0.575)(250)(49)

(0.575)(250)(49)

(0.575)(250)(49)

(0.575)(250)(49)

(0.575)(250)(49)

(0.575)(250)(49)

(0.575)(250)(49)

(0.575)(250)(49)

(1.000)(100)(49)

(1.000)(250)(49)

(1.000)(250)(49)

(1.000)(250)(49)

(0.900)(250)(49)

(0.800)(250)(49)

(0.700)(250)(49)

(0.600)(250)(49)

(0.500)(250)(49)

(0.500)(250)(49)

(0.500)(250)(49)

(0.500)(250)(49)

(1.000)(100)(49)

(1.000)(250)(49)

FloorLive load (kg) Accumulated load (kg)

American Code Thai Code

Live load (kg) Accumulated load (kg)

4 900

11 940

18 990

26 030

33 080

40 120

47 160

54 210

61 250

68 290

75 340

87 590

4 900

17 150

29 400

40 420

50 220

58 800

66 150

72 280

78 400

84 500

90 650

102 900

28

Example 1-2c

A eleven-story office building has interior columns that are spaced 7 m apart intwo perpendicular directions. If the (flat) 15 cm-thick roof liveload is 100 kg/m2

and 20 cm-thick floor live loading is 300 kg/m2 determine the reduced live loadsupported by a typical interior footing using the US code and Thai code.

At 7.5 m

7.5 m

7.5 m7.5 m

10987654321

ground

roof deck

29

At

SOLUTION

7.5 m

7.5 m

7.5 m7.5 m


Since 4At = 4(56.25 m2) = 225 m2 > 37.2 m2 , the live load can be reduced. Thus,

2/4.166)250(555.0

300)22557.425.0(

)457.425.0(

mkg

LA

L ot

==

+=

+=

The load reduction here is (0.555)L0 > (0.40)L0 O.K.

At = (7.5 m)(7.5 m) = 56.25 m2

For Thai code: see table 1-3b.

For the US code based on ANSI:

10987654321

ground

roof deck

30

Roof deck

ground

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

(1.000)(480)(56)

(1.000)(480)(56)

(1.000)(480)(56)

(1.000)(480)(56)

(1.000)(480)(56)

(1.000)(480)(56)

(1.000)(480)(56)

(1.000)(480)(56)

(1.000)(480)(56)

(1.000)(480)(56)

(1.000)(360)(56)

(1.000)(480)(56)

FloorDead load (kg) Accumulated load (kg)

Thai & US Codes

20 250

47 250

74 250

101 200

128 200

155 200

182 200

209 200

236 200

263 250

290 250

317 200

31

Roof deck

ground

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

(0.555)(300)(56)

(0.555)(300)(56)

(0.555)(300)(56)

(0.555)(300)(56)

(0.555)(300)(56)

(0.555)(300)(56)

(0.555)(300)(56)

(0.555)(300)(56)

(0.555)(300)(56)

(0.555)(300)(56)

(1.000)(100)(56)

(1.000)(300)(56)

(1.000)(300)(56)

(1.000)(300)(56)

(0.900)(300)(56)

(0.800)(300)(56)

(0.700)(300)(56)

(0.600)(300)(56)

(0.500)(300)(56)

(0.500)(300)(56)

(0.500)(300)(56)

(0.500)(300)(56)

(1.000)(100)(56)

(1.000)(300)(56)

FloorLive load (kg) Accumulated load (kg)

US Code Thai Code

Live load (kg) Accumulated load (kg)

5 625

14 990

24 360

33 720

43 090

52 450

61 820

71 180

80 550

89 920

99 280

116 100

5 625

22 500

39 380

54 560

68 080

79 880

90 000

98 440

106 880

115 310

123 800

140 600

32

I = <L + 38.1

15.240.3

For highway c the AASHTO Specification gives the expression for the impact factor as

In which L is the length in meter of the portion of the span loaded to cause the maximum stress in the member under consideration.

2.9 T 9.1 T 4.6 T 8.2 T 8.2 T4.2 m 1.2 m4.2 m

Bridge Loads

12 Ton Truck 21 Ton Truck

33

Wind Loads

θทิศทางลม

ดานปะทะลม(windward)

ดานทายลม(leeward)

Wind Pressure for Building� External Pressure� Internal Pressure

34

wind

B L

h1

h2

θ

External Pressure

θ

35

p = q G C

Where,

q = basic pressure at the height of 10 m = 0.613 KzKztV 2I (N/m2, m/s)p = wind pressureG = gust factor (0.85, typical)C = shape factor

External Pressure: Formulation

36

qhGCp

(p = qhGCp)side wall

qhGCp

qzGCp

wind

B

L

ridge

plan

qhGCp

qhGCpqhGCp

qzGCp

q = 0. 613 KzKztV 2I q, N/m2

V , m/s

External Pressure on Main Wind-Resisting System

elevation

θ

z

h

4.6 m

37

wind

B

L

ridge

plan

elevation

θ

z

h

Cp, typical

qz = 0.613 KzKztV 2I (N/m2)

pz = qz G Cp

Cp = 0.5Cp = 0.8

CpCp

Cp = 0.8 Cp = 0.5

Cp = 0.7

Cp = 0.7

G = 0.85, typicalKzt=1, flat area

38

Internal Pressure: Enclosed Building*

0.18qh 0.18qh

Internal Pressure: Partially Open Building*

0.55qh 0.55qh

* Reference: ASCE 7-98

39

Total WindPressure on theMain Wind-ForceResisting System:Enclosed Building qzGCp

qhGCp

qhGCp

qhGCp

+

0.18qh

+

0.18qh

qhGCp

=

pz

ph

ph

ph

ph

A pz

ph

ph

ph

ph

B

=

40


Where,

V = the velocity in m/s of a 3-second gust of wind measured at 10 m above the ground during a 50-year recurrence period. Values are obtained from a wind map.I = the importance factor that depends upon the nature of the building occupancy (see Table 1-6)Kz = the velocity pressure exposure coefficient, which is a function of height and depends upon the ground terrain (use equation or see graph 1-1).Kzt = a factor that accounts for wind speed increases due to hills and escarpments. For flat ground Kzt = 1q = qz for windward wall, = qh for others

Detail:p = q GCp - qh(GCpi)

GCp = ±0.18, enclosed building*

GCp = ±0.55, partially enclosed building*

GCp = ±0, open building*

41

Kz =

α/2)(01.2gzz

gzzm ≤≤6.4for

α/2)6.4(01.2gz mz 6.4<for

Kz can be calculated using the formula:

42

Exposure BUrban and

suburban areas

Exposure ALarge city centers

Exposure COpen terrain

Exposure DEdge of large

bodies of water

Table 1-5 Exposure Categories for Buildings for Wind Loads

Constants

Exposure Category zg, m αααα G

Flat, unobstructed coastal areas D 213 11.5 0.85

Large city centers with at least 50% of the buildings having heights in excess of 70 ft ( 21m) A 457 5.0 0.85

Urban and suburban areas with closely spaced obstructions of the size of single family houses or larger B 366 7.0 0.85

Open terrain with scattered obstructions of heights generally less than 30 ft (9 m) C 274 9.5 0.85

47

Heg

iht z

(m)

Kz0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

30

20

10

4.6

1.6

Expo

sure

A

Expo

sure

B

Expo

sure

C

Expo

sure

D

Graph 1-1

OR Kz by graph :

0.85

48

All buildings other than those listed in Categories I, III and IV II 1.00Buildings representing a substantial hazard to human life in the case of failure, such as: those where more than 300 people congregate in one area; schools and day-care facilities with capacity greater than 250; colleges with capacity greater than 500; hospitals without emergency treatment or surgery facilities but with patient capacity greater than 50; jails, power stations and utilities not essential in an emergency; and buildings containing toxic and explosive materials III 1.15Essential facilities, including hospitals, fire and police stations, national defense facilities and shelters, communication centers, power stations, and utilities required in an emergency IV 1.15

Building representing low hazard to human life in the case of failure, such as agricultural and minor storage facilities I 0.87

Table 1-6 Classification of Buildings for Environmental Loads

Importance Factor, I

Occupancy or use Category Wind loads

49

Surface L/B Cp Use with

Table 1-7 Wall pressure coefficients, Cp

windward wall All values 0.8 qz

>

Leeward wall 0-1 -0.52 -0.3 qh 4 -0.2

Side walls All values -0.7 qh

50

Table 1-8 Windward Roof Pressure Coefficients, Cp

-0.4

51

Wind Cp direction h/L

Horiz distance fromwindward edge0 to h/2 -0.9h/2 to h -0.9h to 2h -0.5>2h -0.3

0.5≤

1.0≥ 0 to h/2 -1.3**>h/2 -0.7

Normalto

ridgefor

θ < 10o

andparallel

to ridgefor all θ

*Value is provided for interpolationpurposes**Value can be reduce linearly witharea over which it is applicablefollows: Area Reduction (ft2) factor 100 (9.29 sq m) 1.0 250 (23.23 sq m) 0.9 1000 (92.9 sq m) 0.8

*** For roof slopes greater than 80o,use Cp = 0.8.

≤

≥

Table 1-8A Windward Roof Pressure Coefficients, Cp , θ < 10o

52Roof slope,θ degrees0 10 20 30 40 50 60 70

-1.3

0.5

0.3

0.1

-0.1

-0.3

-0.5

-0.7

-0.9

-1.1

0

Win

dwar

d R

oof P

ress

ure

Coe

ffic

ient

s, C

p

Negati

ve pr

essu

re

Posit

ive pr

essu

re<<<< 0.25h/L

>>>> 10o , θθθθ

Graph 1-2


-1.3

0.5

0.3

0.1

-0.1

-0.3

-0.5

-0.7

-0.9

-1.1

0

Win

dwar

d R

oof P

ress

ure

Coe

ffic

ient

s, C

pPositiv

e pressure

Negative pres

sure

h/L = 0.5

>>>> 10o , θθθθ Graph 1-3


-1.3

0.5

0.3

0.1

-0.1

-0.3

-0.5

-0.7

-0.9

-1.1

0

Win

dwar

d R

oof P

ress

ure

Coe

ffic

ient

s, C

p

>>>> 10o , θθθθ

>>>> 1.0h/L

Positive pressu

re

Nega

tive p

ress

ure

Graph 1-4

55

≤

≥

Normalto

ridgefor

θ 10o≥ ≥

Table 1-9 Leeward Roof Pressure Coefficients, Cp

Leeward angle, θθθθ (degrees)Wind direction h/L 10 15 20

0.25 -0.3 -0.5 -0.6

0.5 -0.5 -0.5 -0.6

1.0 -0.7 -0.6 -0.6

56

Example 1-3a

The building shown is mostly closed (internal pressure is considered) is used foran industrial purpose. The building is located in the industrial park situated in theflat open terrain in Pak Thongchai, Nakhon Ratchasima. Determine the wind loadacting on the walls, sides and roofs following the guidelines given byANSI/ASCE 7-95, and draw diagrams of the possible loading calculated.

wind30 m 15 m

6.5 m

140 km/h

15o

57

SOLUTION

qzGCp

qhGCp

qhGCp

qhGCp

+

0.18qh

+

0.18qh

qhGCp

=

pz

ph

ph

ph

ph

A pz

ph

ph

ph

ph

B

=

58

6.5 m

7.5 m 7.5 m

15o

h = 6.5 + (7.5tan15o )/2 = 7.5 m


� Find qz and qh

)6060

1)(10140(3

sh

hmV

××

= = 38.89 m/s, I = 1.0 and Kzt = 1 for flat terrain. Therefore,

qz = 0.613 Kz(1)(38.89)2(1) = 927Kz ----------(1)

59

Heg

iht z

(m)

Kz0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

30

20

10

4.6

1.6

Ex

p. C

Graph 1-1

qz = 927 Kz GKz, N/m2 (G=.85)z (m) Kz

0-46.5h = 7.5

788 670844 717872 741

0.850.910.94

60

� Find Cp and G

- Windward wall, leeward wall and side walls find from table 1-7.Leeward roof find from table 1-9 and windward roof find from graph 1-3.See in the reference in the back.

Cp = 0.5Cp = 0.8

Cp = 0.5

15o

Cp = 0.7

L/B = 15/30 = 0.5

B

L

ridge

plan

Cp = 0.8 Cp = 0.5

Cp = 0.7

Cp = 0.7

61

� Institute all values for the main frame

(717)(0.8) = 574 N/m2

(872)(0.85)0.5) = 370 N/m2

(872)(0.85)(0.85)(0.5) = 370 N/m2(741)(0.7) = 518 N/m2

+

0.18qh

0.18qh =0.18(872) = 157 N/m2 +

0.18qh

(670)(0.8) = 536 N/m2

z=7.5m: qhG= (872)(0.85)=741 N/m2

z= 4 m: qhG= (788)(0.85)=670 N/m2

z=6.5m: qhG= (844)(0.85)=717 N/m2

=

731 N/m2

693 N/m2

214 N/m2

214 N/m2362 N/m2

A 528 N/m2

527 N/m2675 N/m2

379 N/m2

417 N/m2

=

B

62

qhGCp

362 N/m2

214 N/m2

qzGCp

B

L

ridge

plan

qhGCp

675 N/m2

528 N/m2

qzGCp

B

L

ridge

plan

731 N/m2

693 N/m2

214 N/m2

214 N/m2362 N/m2

A 528 N/m2

527 N/m2675 N/m2

379 N/m2

417 N/m2

B

Conclusion

63

Example 1-3b

The building shown in the figure is used for industrial purpose and is locatedoutside of Nakhon Ratchasima, Thailand on flat terrain. When the wind isdirected as shown, determine the design wind pressure acting on the roof andsides of the building using the ANSI / ASCE 7-95 Specifications. Use G = 0.85.

wind30 m 15 m

6 m

150 km/h

9 m

64

wind30 m 15 m

6 m

150 km/h

9 m


The basic wind speed is V = 150 km/h = 41.67 m/s , and since the building is used for industrial purposes, the importance factor is I = 1.0. Also, for flat terrain, Kzt = 1. Therefore,

qz = 0.613 Kz(1)(41.67)2(1.0) = 1064 Kz N/m2

θ = tan-1(3/7.5) = 22o, the mean height of the roof is h = 6 + 3/2 = 7.5

θ h

65

Hei

ght z

(m)

Kz0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

30

20

10

1.6Ex

posu

re C

Graph 1-1

h = 7.5

Kh = 0.95

Expo

sure

A

Expo

sure

B

Expo

sure

D

66

From graph Kz = 0.95

qh = 1064 Kh = 1064(0.95) = 1011N/m2

qhG = 1011(0.85) = 859.5 N/m2

qhGCp qhGCp

qhGCpqzGCp 0.85qzCp859.5 Cp

859.5 Cp 859.5 Cp

67

Hei

ght z

(m)

Kz0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

30

20

10

4.6

1.6Ex

posu

re C

Graph 1-1

904.8958.0

qz = 1064 Kz (N/m2)

0.850.90

z (m) Kz

0-46

68

Surface L/B Cp Use with

Table 1-7 Wall pressure coefficients, Cp

windward wall All values 0.8 qz

>

Leeward wall 0-1 -0.52 -0.3 qh 4 -0.2

Side walls All values -0.7 qh

L/B = 15/30 = 0.5

Cp = 0.5Cp = 0.8

CpCp

69

CpCp Cp = 0.6

≤

≥

Normalto

ridgefor

θ 10o≥ ≥

Table 1-9 Roof Pressure Coefficients, Cp , for Use with qh

Leeward angle, θθθθ (degrees)Wind direction h/L 10 15 20

0.25 -0.3 -0.5 -0.6

0.5 -0.5 -0.5 -0.6

1.0 -0.7 -0.6 -0.6

h/L = 7.5/15 = 0.5

Cp = 0.5Cp = 0.8


-1.3

0.5

0.3

0.1

-0.1

-0.3

-0.5

-0.7

-0.9

-1.1

0

Win

dwar

d R

oof P

ress

ure

Coe

ffic

ient

s, C

p

h/L = 0.5

Positive pressure

Negative pres

sure

>>>> 10o , θθθθ Graph 1-3

Cp = 0.5Cp = 0.8

Cp = 0.622o

Cp = 0.08

Cp = 0.36

71

904.8958.0

qz = 1064.41 Kz (N/m2)

0.850.90

z (m) Kz

0-46

859.5

859.5 859.5

0.85

q z Cp = 0.5Cp = 0.8

Cp = 0.622o

Cp = 0.08

Cp = 0.36

×429.8 N

/m2

515.7 N/m2

68.76 N/m2

309.4 N/m2

615.2 N/m2

651.4 N/m2

72

429.8 N/m

2

515.7 N/m2

68.76 N/m2

309.4 N/m2

615.2 N/m2

651.4 N/m2

+

0.18qh

+

0.18qh

0.18qh = 182.0 N/m2

=

250.8 N/m2

247.8 N/m

2

333.7 N/m2

A

127.4 N/m2

797.2 N/m2

833.4 N/m2

611.8 N/m

2

697.7 N/m2113.2 N/m2

B

=491.4 N/m2

433.4 N/m2

469.4 N/m2

73

251 N/m2

248 N/m

2

334 N/m2

A

127 N/m2

797 N/m2

833 N/m2

612 N/m

2698 N/m2

113 N/m2

B

491 N/m2

433 N/m2

469 N/m2

Conclusion

419 N/m2

419 N/m2

248 N/m2

qzGCp

B

L

ridge

plan

783 N/m2

783 N/m2

412 N/m2

qzGCp

B

L

ridge

plan

74

Design Wind Pressure for Signs.

ffz AGCqF =

HereG = the wind-gust coefficient factor defined previously, 0.85 (typical)Cf = a force coefficient which depends upon the ratio of the large dimension M of the sign to the small dimension N. Values are listed in table belowAf = the area of the face of the sign

Force Coefficients for Above-Ground Solid Signs, Cf.

M/N Cf

<6 1.210 1.320 1.540 1.7560 1.85

L

B

75

Earthquake Loads

Deformedconfiguration

Initial (undeformed)configuration

V = CsW

Where, V = total lateral force or base shear, W = dead load of the building,Cs = seismic response coefficient

Cs = 1.2Cv

RT2/3<

R

2.5Ca

Where, Cv and Ca are the seismic coefficients based on the soil profile, and on theeffective peak velocity-related acceleration (Av) and the effective peak acceleration (Aa) respectively; R denotes the response modification factor; and T represents the fundamental period of vibration of the structure.

Ground motion

76

Hydrostatic and Soil Pressure

hp = γ h

p = γ h

Where, γ = unit weight of the liquid.

Other Natural Loads

Several other types of live loads may also have to be considered in design ofa structure, depending on its location or use. These include the effect of blast,temperature changes, and differential settlement of the foundation.

77

Structural Design

Reinforced Concrete Structures

1.) 1.4D + 1.7L2.) 0.75 [1.4D + 1.7L + 1.7W]3.) 0.9D + 1.3W 4.) 1.4D + 1.7L + 1.7(soil pressure)5.) 0.75 [1.4D + 1.7(temperature load) + 1.7L] 6.) 1.4(D + temperature load)

Steel Structures 1.) 1.4D2.) 1.2D + 1.6L + 0.5(roof live load)3.) 1.2D + 0.5L (or 0.8W) + 1.6(roof live load) 4.) 1.2D + 0.5L + 0.5(roof live load) + 1.3W5.) 1.2D + 0.5L + 1.5E6.) 0.9D -1.3W (or 1.5E)

Allowable Stress Design (ASD)

1.) D + L + [roof live load]2.) D + L + [W or E]

Where, D = Dead load, L = Live load , W = Wind load , E = Earthquake load

78

Noteกฎกระทรวง ฉบับที่ 6 (พ.ศ. 2527)

ออกตามความในพระราชบัญญัติควบคุมอาคาร พ.ศ. 2522� ในการคํานวณสวนของอาคารคอนกรีตเสริมเหล็กตามทฤษฎีกําลังประลัย ใหใชน้ําหนักบรรทุกประลัยดัง ตอไปนี้

(1) สําหรับสวนของอาคารที่ไมคิดแรงลม ใหใชน้ําหนักบรรทุกประลัย ดังนี้1.7D + 2.0L

(2) สําหรับสวนของอาคารที่คิดแรงลมดวย ใหใชน้ําหนักบรรทุกประลัย ดังนี้0.75(1.7D + 2.0L + 2.0W) หรือ 0.9D + 1.3W

โดยใหใชคาน้ําหนักบรรทุกประลัยที่มากกวา แตทั้งนี้ตองไมตํากวาค่ําน้ําหนักบรรทุกประลัยใน(1) ดวย

79

� ในการคํานวณน้ําหนักที่ถายลงเสา คาน หรือโครงที่รับเสาและฐานราก ใหใชน้ําหนักของอาคารเตม็อัตรา สวนหนวยน้ําหนักบรรทุกจรใหใชตามที่กําหนดไวในตารางที่ 1-3 โดยใหลดสัดสวนไดตามชั้นของอาคาร ดังตอไปนี้

การรับน้ําหนักของพื้น อัตราการลดหนวยน้ําหนักบรรทุกจร บนพื้นแตละชัน้เปนรอยละ

(1) หลังคาหรือดาดฟา 0(2) ชั้นที่หนึ่งถัดจากหลงัคาหรือดาดฟา 0(3) ชั้นที่สองถดัจากหลังคาหรือดาดฟา 0(4) ชั้นที่สามถัดจากหลังคาหรือดาดฟา 10(5) ชั้นที่สี่ถัดจากหลังคาหรือดาดฟา 20(6) ชั้นที่หาถัดจากหลังคาหรือดาดฟา 30(7) ชั้นที่หกถดัจากหลังคาหรือดาดฟา 40(8) ชั้นที่เจ็ดถัดจากหลังคาหรือดาดฟาและชัน้ตอลงไป 50

สําหรับโรงมหรสพ หองประชมุ หอประชมุ หองสมุด หอสมุด พิพิธภณัฑ อัฒจันทร คลังสินคา โรงงานอุต-สาหกรรม อาคารจอดหรือเก็บรถยนต หรอืรถจักรยานยนต ใหคิดหนวยน้ําหนักบรรทุกจรเต็มอัตราทุกชั้น

80

� ในการคํานวณออกแบบโครงสรางอาคาร ใหคํานึงถงึแรงลมดวยหากจําเปนตองคํานวณ และไมมีเอกสารที่ รับรองโดยสถาบันที่เชื่อถอืได ใหใชหนวยแรงลมดังตอไปนี้

ความสูงของอาคาร (m) หนวยแรงลมอยางนอย (kg/m2)

10 50

10-20 80

20-40 120

> 40 160

01 loads

Documents