風荷重

 

 

各種規準による風荷重の自動入力機能は、一般建物のように各層の区分が明らかで、剛床仮定が成立する構造物に適用し、その入力手順は次の通りです。

入力手順

    1. 構造物をモデリングします。

この時、構造モデルは全体座標系Z軸の負(-)方向が重力方向になるように入力されている必要があります。

    1. 建物 & 層 >建物制御データ機能を利用して地盤高さを全体座標系のZ軸座標で入力します。

地盤高さが入力されれば、それ以下の層は地下部分と見なし、風荷重の計算の対象外となります。地盤高さが入力されていない場合は、モデルの最下部を地表面と自動認識します。

    1. の機能を利用して剛床を有する層を指定し、各層に風荷重を入力するのに必要な層の幅と風荷重の載荷位置を入力します。

この時 ボタンを利用して層と風荷重の入力に必要なデータを自動生成すると便利です。開口部がある場合には、層の幅を調整して入力すれば良いです。

"層"の機能で上記の内容が入力されれば、該当する層が位置する平面(全体座標系のX-Y平面に平行な平面)内のすべての節点間に対するX, Y方向の変位自由度とZ軸に対する回転自由度は、剛床仮定が成立するように拘束されます。

また拘束された節点は、剛床解除によって拘束を解除することができます。

Note
もし特定層で剛床を解除すると、その層の層荷重は'0'となります。ユーザーが追加 風荷重機能で荷重を追加入力してもプログラムでは'0'となってしまいます。
    1. "風荷重"の機能で風荷重の計算用の規準を指定し、風荷重の計算用データを入力します。 midas Genで内蔵している風荷重用の計算規準は次の通りです。

Japan (2004) : 日本、建築物荷重指針・同解説(日本建築学会)

Japan (2000) : 日本、建築物荷重指針・同解説(日本建築学会)

Japan (1987) : 日本、建築物荷重指針・同解説(日本建築学会)

IBC 2000(ASCE-98) : アメリカ、International Building Code 2000

UBC (1997) : アメリカ、UBC 97規準

ANSI (1982) : アメリカ、ANSI規準

NBC (1995) : カナダ、National Building Code of Canada

Eurocode-1 (1992) : ヨーロッパ、Basis of Design and Actions on Structures

BS6399 (1997) : ギリス、British Standard 6399 Loading for buildings

China (GS50011-2001) : 中国、建築物耐震設計規準

Korea (Arch, 2000) : 韓国、建築物荷重基準及び解説

Korea (Arch, 1992) : 韓国、建築物荷重基準及び解説

IS875 (1987) : インド、インド国家標準

Taiwan (2002) : 台湾、台湾建築技術規則

 

風荷重の計算に必要なデータの入力がすべて完了すれば、"層"の機能で生成した層データと連係して各層ごとの風荷重を自動計算します。自動計算された風荷重は ボタンをクリックして確認することができます。

 

 

図1. 風荷重の入力例

1) 風荷重の受圧面積の算定方法

下の図のように特定層で平面が変わる場合の受圧面積は該当層の床を基準にして、上部の受圧面積(A1=B2*h2/2)と下部の受圧面積(A1=B2*h2/2)の和で算定されます。

 

図2. 立面図

図3.平面図

 

2) 風上壁の外圧係数

上部の受圧面に対する外圧係数はL/B2の比率で算定され、下部の受圧面に対する外圧係数はL/B1の比率で算定されます。

 

3) 設計速度圧

風上壁の設計速度圧は高さ方向に抛物線形態に分布しますが、 プログラムでは上・下部受圧面の設計速度圧を各層の高さでの設計速度圧として適用しますので、図2のような階段型の分布となります。

 

 

 

リボンメニュー : ホーム > 水平荷重 > 風荷重

ツリーメニュー : メニュー タブ > 静的荷重 > 風荷重

リーメニュー : 2次設計タブ > 水平荷重 > 風荷重

 

 

 

 

"風荷重"機能を呼び出せば、風荷重を定義するダイアログがアクティブになります。をクリックすると、次の図のようなダイアログが表示されます。

 

 

風設計規準の追加/変更ダイアログボックス(日本、建築物荷重指針・同解説、2000、日本建築学会)

 

風設計規準の追加/変更ダイアログボックス(日本、建築物荷重指針・同解説、2004、日本建築学会)

荷重ケース名

風荷重を適用する荷重ケースを選択します。荷重ケースを新規に入力したり、修正する場合には、右側のボタンをクリックします。

風設計規準

風荷重の計算に適用する基準を選択します。

Japan (2004) : 日本、建築物荷重指針・同解説(日本建築学会)

Japan (2000) : 日本、建築物荷重指針・同解説(日本建築学会)

Japan (1987) : 日本、建築物荷重指針・同解説(日本建築学会)

IBC 2000 : アメリカ、International Building Code 2000

UBC (1997) : アメリカ、UBC 97規準

ANSI (1982) : アメリカ、ANSI規準

NBC (1995) : カナダ、National Building Code of Canada

Eurocode-1 (2005) : ヨーロッパ、Basis of Design and Actions on Structures

Eurocode-1 (1992) : ヨーロッパ、Basis of Design and Actions on Structures

BS6399 (1997) : ギリス、British Standard 6399 Loading for buildings

China (GS50009-2001) : 中国、建築物耐震設計規準

KBC (2009) : 韓国、建築構造設計基準 2009

Korean (Arch, 2000) : 韓国、建築物の構造基準などに関する規則

Korean (Arch, 1992) : 韓国、建築物の構造基準などに関する規則

IS875 (1987) : インド、インド国家標準

Taiwan (2002) : 台湾、台湾建築技術規則

解説

簡単な説明を入力する項目です。

風荷重パラメータ

 

風荷重の自動計算に適用するパラメータを入力します。

Japan (2004)

簡略法

設計基本風速(Uo) : 基本風速[m/s]

地表面環境係数(Ce) : 建設地周辺の地表面の状況に応じて決まる環境係数

建物の高さ(H) : 建物の基準高さ(10m 以下の場合は10mを使用)

地形の影響 : 小地形による風速割り増しの影響

地形の形態 : 傾斜地、丘

山、傾斜地、丘の高さ(Hs) : 傾斜地または尾根の高さ

山、傾斜地、丘の水平長さ(Ls) : 小地形の頂部から小地形の高さHsの1/2 の位置までの水平距離(m)

地形頂点から建物まで水平長さ(Xs) : 小地形の頂部から建設地点までの水平距離離(m)

風荷重係数(Cf) : 風力係数で水平風荷重の風力係数CDあるいは屋根風荷重の風力係数CRを用いる

自動 : 自動計算

ユーザー定義 : ユーザー入力

一般法

設計基本風速(Uo) : 基本風速[m/s]

500年平均風速(U500) : 地表面粗度区分 IIの地上10mで500年周期10分間平均風速[m/s]

建物の高さ(H) : 基準高さ(m)

地表面粗度区分 : 地表面粗度区分(I, II, III, IV, V)

風向係数 : 風向係数 Kdx-Global X方向の風向係数、Kdy-Global Y方向の風向係数

地形の影響 : 小地形による風速割り増しの影響

地形の形態 : 傾斜地、丘

山、傾斜地、丘の高さ(Hs) : 傾斜地または尾根の高さ

山、傾斜地、丘の水平長さ(Ls) : 小地形の頂部から小地形の高さHsの1/2 の位置までの水平距離(m)

地形頂点から建物まで水平長さ(Xs) : 小地形の頂部から建設地点までの水平距離離(m)

 

ガスト影響係数と荷重係数に対するパラメータ

 

 

X-幅 : グロバル Y方向に垂直である建物の幅

Y-幅 : グロバル X 方向に垂直である建物の幅

減衰比

X-方向(Zetax) : グロバル X方向の1次減衰定数

Y-方向(Zetay) :グロバル Y方向の1次減衰定数

Z-回転(Zetat) : ねじり振動の1次減衰定数

固有振動数

X-方向(fx) : グロバル X 方向の1次固有振動数[Hz]

Y-方向(fy) : グロバル Y 方向の1次固有振動数[Hz]

Z-回転(ft) : ねじり振動の1次固有振動数[Hz]

振動モード補正係数

X-方向(Phix) : グロバル X 方向の振動モード補正係数

Y-方向(Phiy) : グロバル Y 方向の振動モード補正係数

Z-回転(Phit) : ねじり振動の振動モード補正係数

ガスト影響係数 :下に示すダイアログで計算ボタンをクリックするとX、Y方向のガスト影響係数を自動計算します。

 

 

組合わせ荷重の荷重係数 : 下に示すダイアログで計算ボタンをクリックすると組合わせ荷重の荷重係数を自動計算します。

 

 

風荷重方向 : 風の方向をグロバル X, グロバルYのうち1つを選択

組合わせタイプ : 風荷重の組合わせ条件

                  タイプ1, タイプ2, タイプ3 : H/Sqrt(B*D) >= 3の場合の風荷重の組合わせ条件

        タイプ4 : H/Sqrt(B*D) < 3 の場合の風荷重の組合わせ条件

Japan (2000)

地表面粗度区分 : 地表面粗度区分

設計基本風速 : 設計基本風速

Japan (1987)

圧力減少係数 : 風圧減少係数

風力係数 : 風力係数

IBC 2000(ASCE7-98)

簡略法

設計基本風速 : 設計基本風速(mile/h 単位固定)

重要度係数 : 重要度係数

地表面粗度区分 : 地表面粗度区分

分析法

設計基本風速 : 設計用基本風速(mile/h 単位固定)

重要度係数 : 重要度係数

地表面粗度区分 : 地表面粗度区分

風の方向係数 : 風向係数

屋根面平均高さ : 屋根の平均高さ

ガスト影響係数 : ガスト影響係数

ガスト影響係数パラメータ

X-幅(Bx) : X方向の風荷重に対する建物の幅

Y-幅(By) : Y方向の風荷重に対する建物の幅

X方向の固有振動数 : 建物のX軸方向の1次固有振動数

Y方向の固有振動数 : 建物のY軸方向の1次固有振動数

減衰比 : 減衰比

【計算】 : ガスト影響係数を計算します。

ガスト係数 X : X方向のガスト影響係数

ガスト係数 Y : Y方向ガスト影響係数

地形の影響を考慮

地形の形態 : 地形

2D-尾根または谷 : 山

2D-傾斜面 : 傾斜地

3D-丘 : 丘

建物位置 : 地形の傾斜地(2-D Escarpment)の場合建物の位置

風上側 : 風上側の風力係数

風下側 : 風下側の風力係数

山、傾斜地、丘の高さ : 山、傾斜地、丘の高さ

山、傾斜地、丘の水平長さ : 傾斜地の水平距離

山、傾斜地、丘の頂点から建物まで水平長さ(x) : 山、傾斜地、丘の頂点から建物までの水平距離

風力係数を用いた風荷重の算定

風力係数 : 風力係数の入力

【自動算定】

煙突、タンク又はシリンダー構造物 : 煙突、タンクなどの工作物の主骨組設計用風力係数を算定します。構造物の断面形態 : 構造物の断面形態を指定します。

円形断面の直径又は4角、6角又は8角形断面の最小寸法(d) : XとY方向に適用する断面の最小寸法を入力します。

リブやスポイラーのような突き出ている要素の奥行き(d") : XとY方向に適用する突き出ている要素の奥行き

 

密閉型看板 : 密閉型看板の主骨組み設計用風力係数を算定します。有効受圧面積が全体面積の70%を超える看板に適用します。

設置タイプ

地表面設置 : 地表面設置タイプの看板

密閉型看板の高さ(hs) : 密閉型看板の高さを入力します。

密閉型看板の幅(b) : 密閉型看板の幅を入力します。

X方向/Y方向 : X方向/Y方向で適用する断面最小寸法を入力します。

下部開放 : 下部開放タイプの看板

看板の長辺の高さ(m) : 看板の長辺の高さを入力します。

看板の短辺の高さ(n) : 看板の短辺の高さを入力します。

X方向/Y方向 : X方向/Y方向で適用する断面最小寸法を入力します。

 

開放型看板又はラティス構造物 : 開放型看板又はラティス構造物の主骨組設計用風力係数を算定します。開放型看板の開放率が30%以上の場合に適用します。

部材の断面タイプ

面で構成されている部材 : 面で構成された部材

構造物の充実率(有効受圧面積/外郭総面積) : 構造物の充実率(有効受圧面積/外郭総面積)

円形部材 : 円形部材

構造物の充実率(有効受圧面積/外郭総面積) : 構造物の充実率(有効受圧面積/外郭総面積)

円形部材の直径(d) : 円形部材の直径

 

トラスタワー : トラスタワーの主骨組設計用風力係数を算定します。

平面タイプ : タワーの平面タイプを設定します。

4角形平面

3角形平面

部材タイプ

鋼管部材

4角形断面

他の断面 : 梯子及び配管、照明、エレベータなどのような断面

構造物の充実率(有効受圧面積/外郭総面積) : トラスタワーの充実率(有効受圧面積/外郭総面積)

 

風力係数の算定

風力係数 : 風力係数を適用する層を指定します。

[...] : 適用層を選択します。

【適用/置換】 : 風力係数を追加又は置換します。

Note

この機能を使用しない場合は一般的に適用される風圧係数に対して風荷重が算定されます。

UBC (1997)

地表面粗度区分 : 地表面粗度区分

設計基本風速 : 設計用基本風速

重要度係数 : 重要度係数

風力係数 : 風力係数

ANSI (1982)

地表面粗度区分 : 地表面粗度区分

設計基本風速 : 設計用基本風速

重要度係数 : 重要度係数

風上側の風力係数 : 風上側の風圧係数

風下側の風力係数 : 風下側の風圧係数

NBC (1995)

簡略法

設計基本風速 : 設計基本風速

ガスト影響係数 : がスト影響係数

分析法

設計基本風速 : 設計基本風速

ガスト影響係数 : がスト影響係数

: ガスト影響係数自動計算

X-幅 (Wx) : 全体座標係X方向の風荷重に対する建物の幅

Y-幅 (Wx) : 全体座標係Y方向の風荷重に対する建物の幅

X方向の固有振動数(Nox) : 建物のX軸方向の固有振動数

Y方向の固有振動数(Noy) : 建物のY軸方向の固有振動数

減衰比(β) : 減衰比

建物高さ : 建物高さ

地表面粗度区分 : 露風度

地形の影響を考慮 : 地形による風速割増の考慮可否

地形の形態 : 地形

2-D Ridge or Valley : 山

2-D Escarpment : 傾斜地

3-D Axisym Hill : 丘

建物位置 : 地形の傾斜地(2-D Escarpment)の場合建物の位置

風上側の風力係数 : 風上側の風力係数

風下側の風力係数 : 風下側の風力係数

山、傾斜地、丘の高さ : 山、傾斜地、丘の高さ

山、傾斜地、丘の水平長さ : 傾斜地の水平距離

山、傾斜地、丘の頂点から建物まで水平長さ(x) : 山、傾斜地、丘の頂点から建物までの水平距離

Eurocode-1(2005)

Eurocode-1(1992)

BS6399(1997)

China (GB50009-2001)

脈動増大係数 (Xi) : 脈動増大係数の算定

自動計算 : 自動算定

構造材料 : 構造材料

減衰比 : 減衰比

Note
減衰比は上で決めた構造材料から規準で決められた値を自動入力します。

1次固有周期 : 一次の振動周期

:振動周期の自動算定

H : 建物の高さ

Bx : 全体座標系X軸方向の風荷重を考慮する時の建物の幅

By : 全体座標系Y軸方向の風荷重を考慮する時の建物の幅

n : 建物の階数

脈動増大係数 : 脈動増大係数

ユーザー定義 : 脈動増大係数をユーザーが直接入力

KBC(2009)

地表面粗度区分 : 地表面粗度

設計基本風速 : 設計基本風速(mile/h 単位固定)

重要度係数 : 重要度係数

屋根面の平均高さ : 屋根の平均高さ

地形の影響を考慮

地表面での風速割増係数、Kzt : 地表面での地形係数

風速割増境界面の高さ : 風速割増境界面の高さ

剛構造 : 剛体構造物の場合に指定

屋根面平均高さ : 屋根の平均高さ

X-幅(B, Lx) : 全体座標系X方向の風荷重に対する建物の幅

Y-幅(B, Ly) : 全体座標系Y方向の風荷重に対する建物の幅

【計算】 : 剛体構造物のガスト影響係数計算

ガスト係数 X : X方向のガスト影響係数

ガスト係数 Y : Y方向のガスト影響係数

柔構造 : 柔軟構造物の場合に指定

屋根面平均高さ : 屋根の平均高さ

X-幅(B, Lx) : 全体座標系X方向の風荷重に対する建物の幅

Y-幅(B, Ly) : 全体座標系Y方向の風荷重に対する建物の幅

X方向の固有振動数(Nox) : 建物の全体座標系のX方向固有振動数

Y方向の固有振動数(Nox) : 建物の全体座標系のY方向固有振動数

【計算】 : 剛体構造物のガスト影響係数計算

ガスト係数 X : X方向のガスト影響係数

ガスト係数 Y : Y方向のガスト影響係数

ガスト係数 : ガスト影響係数

風力係数を用いた風荷重の算定

風力係数 : 風力係数の入力

【自動算定】

煙突、タンク又はシリンダー構造物 : 煙突、タンクなどの工作物の主骨組設計用風力係数を算定します。構造物の断面形態 : 構造物の断面形態を指定します。

円形断面の直径又は4角、6角又は8角形断面の最小寸法(d) : XとY方向に適用する断面の最小寸法を入力します。

リブやスポイラーのような突き出ている要素の奥行き(d") : XとY方向に適用する突き出ている要素の奥行き

 

密閉型看板 : 密閉型看板の主骨組み設計用風力係数を算定します。有効受圧面積が全体面積の70%を超える看板に適用します。

設置タイプ

地表面設置 : 地表面設置タイプの看板

密閉型看板の高さ(hs) : 密閉型看板の高さを入力します。

密閉型看板の幅(b) : 密閉型看板の幅を入力します。

X方向/Y方向 : X方向/Y方向で適用する断面最小寸法を入力します。

下部開放 : 下部開放タイプの看板

看板の長辺の高さ(m) : 看板の長辺の高さを入力します。

看板の短辺の高さ(n) : 看板の短辺の高さを入力します。

X方向/Y方向 : X方向/Y方向で適用する断面最小寸法を入力します。

 

開放型看板又はラティス構造物 : 開放型看板又はラティス構造物の主骨組設計用風力係数を算定します。開放型看板の開放率が30%以上の場合に適用します。

部材の断面タイプ

面で構成されている部材 : 面で構成された部材

構造物の充実率(有効受圧面積/外郭総面積) : 構造物の充実率(有効受圧面積/外郭総面積)

円形部材 : 円形部材

構造物の充実率(有効受圧面積/外郭総面積) : 構造物の充実率(有効受圧面積/外郭総面積)

円形部材の直径(d) : 円形部材の直径

 

トラスタワー : トラスタワーの主骨組設計用風力係数を算定します。

平面タイプ : タワーの平面タイプを設定します。

4角形平面

3角形平面

部材タイプ

鋼管部材

4角形断面

他の断面 : 梯子及び配管、照明、エレベータなどのような断面

構造物の充実率(有効受圧面積/外郭総面積) : トラスタワーの充実率(有効受圧面積/外郭総面積)

 

風力係数の算定

風力係数 : 風力係数を適用する層を指定します。

[...] : 適用層を選択します。

【適用/置換】 : 風力係数を追加又は置換します。

Note

この機能を使用しない場合は一般的に適用される風圧係数に対して風荷重が算定されます。

Korean(Arch.2000)

地表面粗度区分 : 地表面粗度区分

設計基本風速 : 基本風速

重要度係数 : 重要度係数

屋根面の平均高さ : 屋根面の平均高さ

風速割増係数, Kzt : 地形による風速割増係数

風速割増の高度, Hzt : 風速の割増境界面の高さ

剛構造 : 剛構造物の場合に指定します。

柔構造 : 柔構造物の場合に指定します。

ガスト係数 : ガスト影響係数

Korean(Arch.1992)

地表面粗度区分 : 地表面粗度区分

設計基本風速 : 基本風速

圧力係数 : 風圧係数

 

IS875(1987)

簡略法

設計基本風速 : 設計基本風速

地形の分類 : 地形の分類

建物等級 : 建物規模

摩擦係数(Cf`) :  建物壁面の摩擦係数

危険係数

建物等級 : 建物の種類

危険係数(k1) : 確率係数

地形の影響を考慮

地形係数 : 地形係数

k3用の垂直範囲 : 地形係数適用高さ

Taiwan(2002)

地方区分 : 地方区分

形状係数 : 形状係数

風荷重の方向係数

風荷重を適用する方向と大きさを入力します。

全体座標系のX軸方向の係数 : 全体座標系のX方向に適用する増減係数

全体座標系のY軸方向の係数 : 全体座標系のY方向に適用する増減係数

Z-回転 : グロバル座標系Z軸に対する回転(ねじり)に適用する増減係数

Note
日本風荷重基準(2004)入力時にアクティブ化されます。

追加風荷重

 

自動計算で入力することができなかった風荷重を追加で入力します。

  ボタンをクリックして、風荷重を追加で適用する層と各方向別の風荷重の値を入力します。

: 自動計算された風荷重を適用方向と成分によって、スプレッドシート形式のテーブルとグラフを画面に表示します。

方向成分 : グラフで表示する風荷重の作用方向を指定します。

出力項目 : グラフで表示する項目を選択します。

層荷重 : 各層の風荷重

層せん断力 : 層せん断力

転倒モーメント : 転倒モーメント

: 風荷重の計算過程を整理したスプレッドシート形式のテキストをファイルに出力し、テキストエディタが自動起動されます。

: 自動計算された風荷重をモデルに適用します。

Note
風荷重の算定に関する詳細はそれぞれの規準を参照して下さい。