ASCE 7-10 خريطة سرعة الرياح: ما يجب أن يعرفه المصممون ومحددو القطب

خريطة سرعة الرياح ASCE 7-10 عبارة عن مجموعة من ثلاث خرائط منفصلة، وليست خريطة وطنية واحدة. ترتبط كل خريطة بفئة مخاطر مختلفة وتستخدم سرعات عاصفة مدتها ثلاث ثوانٍ مع فاصل تكراري متوسط ​​مميز. إذا قمت بتصميم أو تحديد أعمدة الإنارة أو إضاءة الشوارع أو أي هيكل خارجي في الولايات المتحدة، فإن هذه الخرائط تحدد سرعة الرياح الأولية لحساب الحمل الخاص بك. والخلاصة العملية مباشرة: فئة المخاطر الأعلى تعني سرعة رياح تصميمية أعلى، مما يعني عمودًا أقوى وأساسًا أكبر. تقوم الأقسام أدناه بتقسيم الخريطة وشرح كيفية تطبيقها وربطها بقرارات اختيار القطب الحقيقية.

ما هي خريطة سرعة الرياح ASCE 7-10؟

لقد غيّر ASCE 7-10، "الحد الأدنى لأحمال التصميم للمباني والمنشآت الأخرى"، طريقة رسم خرائط سرعات الرياح في الولايات المتحدة. بدلاً من استخدام سرعة الرياح الأقدم التي تصل إلى ميل، اعتمد المعيار سرعة الرياح العاصفة التي تبلغ ثلاث ثوانٍ كمتغير التصميم الأساسي. تم تقديم الخريطة في ثلاث إصدارات: فئة الخطر الأولى، وفئة الخطر الثانية، وفئات الخطر من الثالث إلى الرابع. كل طبعة لها متوسط ​​فترة التكرار الخاصة بها: 300 سنة لفئة الخطر الأولى، و700 سنة لفئة الخطر الثانية، و1700 سنة لفئتي الخطر الثالثة والرابعة.

يستخدم المخطط الشريطي أعلاه قيمًا توضيحية لموقع ساحلي لإظهار تأثير فئة المخاطر على سرعة الرياح التصميمية. بالنسبة لفئة المخاطر الأولى، قد تكون سرعة الرياح الأساسية 105 ميل في الساعة. فئة الخطر الثانية، وهي الفئة الافتراضية لمعظم المباني التقليدية، ستكون 115 ميلاً في الساعة. فئة المخاطر من الثالث إلى الرابع، والتي تغطي المستشفيات والمدارس والمرافق الأساسية، ستكون 125 ميلاً في الساعة. هذه الزيادة البالغة 20 ميلاً في الساعة بين الفئة الأولى والثالثة إلى الرابعة لا تضيف تحميلًا خطيًا. ونظرًا لأن ضغط الرياح يتناسب مع مربع السرعة، فإن الرياح التي تبلغ سرعتها 125 ميلاً في الساعة تنتج ضغطًا أكبر بنسبة 42 بالمائة تقريبًا من الرياح التي تبلغ سرعتها 105 ميلاً في الساعة. وهذا هو سبب أهمية فئات المخاطر في الخريطة لتصميم القطب.

كيفية قراءة خريطة سرعة الرياح ASCE 7-10 لموقع ما

لاستخدام الخريطة، ابحث عن موقع المشروع في ورقة فئة المخاطر الصحيحة، ثم اقرأ أقرب محيط لسرعة الرياح. يعد الاستيفاء الخطي بين الخطوط أمرًا مقبولًا، لكن الممارسة غالبًا ما تتطلب استخدام الطرف الأعلى من النطاق. القيمة التي تقرأها هي سرعة الرياح الأساسية المستخدمة لحساب سرعة الضغط في الموقع. بالنسبة لعمود الإنارة، تصبح هذه نقطة البداية لفحص العزم الأساسي وتصميم المرساة.

يوفر المخطط الشريطي الأفقي مقارنة مرئية سريعة لقيم سرعة الرياح من الفئة الثانية للمخاطر لمناطق مختارة في الولايات المتحدة. تعكس قيمة ميامي البالغة 150 ميلاً في الساعة بيئة رياح الإعصار في جنوب شرق فلوريدا. يقع ساحل الخليج بالقرب من 130 ميلاً في الساعة، في حين أن الغرب الأوسط العلوي وشمال غرب المحيط الهادئ يبلغ حوالي 90 ميلاً في الساعة و85 ميلاً في الساعة. تم تبسيط هذه الأرقام للتوضيح فقط وليست بديلاً عن قراءة الخريطة الرسمية أو استخدام أداة المخاطر التي تم التحقق منها. النقطة المهمة هي أن سرعة الرياح التصميمية تختلف بشكل كبير في جميع أنحاء البلاد. قد يحتاج القطب الذي يمر في ولاية ما إلى معامل قسم مختلف تمامًا عند شحنه إلى ولاية أخرى.

لماذا تؤدي الزيادة الطفيفة في سرعة الرياح إلى قفزة كبيرة في الحمل؟

يقوم ASCE 7-10 بتحويل سرعة الرياح إلى ضغط تصميمي باستخدام معادلة ضغط السرعة q = 0.00256 Kz Kzt Kd V^2. ويعني مصطلح V-squared أن سرعة الرياح لا تتدرج خطيًا مع الحمل. على سبيل المثال، تؤدي زيادة سرعة الرياح الأساسية من 120 ميلاً في الساعة إلى 150 ميلاً في الساعة إلى رفع V^2 من 14400 إلى 22500. وهذا يمثل زيادة بنسبة 56 بالمائة في ضغط السرعة حتى قبل تطبيق المعاملات الأخرى. يصور المخطط الخطي أدناه هذه العلاقة غير الخطية باستخدام سرعة أساسية تبلغ 85 ميلاً في الساعة.

يرسم المخطط الخطي ضغط الرياح النسبي مقابل سرعة الرياح الأساسية، باستخدام 85 ميلاً في الساعة كخط أساسي. عند سرعة 110 ميل في الساعة، يكون الضغط أعلى بحوالي 67 بالمائة من خط الأساس. عند سرعة 130 ميلاً في الساعة يكون الضغط أعلى بحوالي 2.3 مرة، وبسرعة 150 ميلاً في الساعة يكون أعلى بأكثر من 3.1 مرة. يصبح المنحنى أكثر انحدارًا بعد سرعة 120 ميلاً في الساعة، وهذا هو السبب في أن زيادة السرعة بشكل مباشر يمكن أن تغير القطب من متوافق إلى غير مناسب. يستخدم المهندسون هذا المنحنى لتبرير أقسام الأعمدة الأثقل وألواح القاعدة الأكبر حجمًا في المناطق شديدة الرياح. كما يوضح أيضًا سبب قيام خريطة ASCE 7-10 بفصل المواقع حسب فئة المخاطر: فنتيجة التقليل من تقدير السرعة تنمو بشكل تربيعي.

ماذا يعني هذا بالنسبة لأعمدة الإنارة وإنارة الشوارع

بالنسبة لعمود الإنارة، يعمل حمل الرياح على طول العمود وعلى وحدة الإنارة، مما يخلق عزمًا أساسيًا يجب أن يقاومه قسم العمود والمرساة. يتم تحديد معامل القسم المطلوب بواسطة منتج الضغط والمساحة المتوقعة. يمكن أن يؤدي التغيير من فئة الخطر II إلى فئة الخطر IV إلى زيادة سرعة الرياح التصميمية بمقدار 10 إلى 20 ميلاً في الساعة في العديد من المناطق، مما يؤدي بدوره إلى رفع العزم الأساسي بنسبة 20 إلى 40 بالمائة أو أكثر. هذا هو السبب في أن خط التصنيع الذي يقدم أحجام ومواد متعددة للأعمدة يعتبر ذا قيمة.

عمود إضاءة مخروطي من الألومنيوم بطول 10-40 قدم مع شفة أساسية يوفر عمود AL6063 المبثوق والمعالج بالحرارة T6 تركيبًا شفة القاعدة لسهولة التركيب. تسمح ارتفاعاتها المتعددة للمحددين بمطابقة معامل القسم مع أحمال الرياح الخاصة بالموقع وفقًا لمعايير ASCE 7-10. عرض المنتج →

تقوم شركة Morelux بتوريد أعمدة الألومنيوم المخروطية للمشاريع الأمريكية بارتفاع يتراوح من 10 إلى 40 قدمًا، مع شفة أساسية وخيارات الدفن المباشر. يمكن تقييم هذه التصميمات مقابل سرعة الرياح ASCE 7-10 الخاصة بالموقع أثناء مرحلة عرض الأسعار.

الألومنيوم مقابل الصلب في المشاريع الحساسة للرياح

يقارن مخطط الرادار أدناه بين خمس خصائص تصميمية مهمة عندما يتحكم حمل الرياح في حجم القطب.

يقارن المخطط الراداري بين أعمدة الإنارة المصنوعة من الألومنيوم والفولاذ من خلال خمس خصائص تصميمية تتفاعل مع أداء الرياح. يُظهر الألومنيوم نسبة قوة إلى وزن أعلى، مما يعني أن العمود يمكن أن يكون أخف وزنًا بينما يحمل قدرة عزم مماثلة. كما أن الألومنيوم أكثر مقاومة للتآكل، وهي ميزة في مناطق الرياح الساحلية حيث يؤدي رش الملح إلى تسريع الضرر. يميل الفولاذ إلى تسجيل درجات أعلى في مقاومة الصدمات وعمر الكلال في ظل هبوب عواصف قوية متكررة، خاصة عندما يكون للعمود حمل إنارة أثقل. ولا تعتبر أي من المادتين أفضل بشكل موحد؛ يعتمد الاختيار الصحيح على سرعة الرياح في الموقع، وفئة المخاطر، واستراتيجية صيانة دورة الحياة. هذا هو السبب في أن الشركة المصنعة التي يمكنها توريد أعمدة الألمنيوم والفولاذ تكون مفيدة عندما تختلف أحمال رياح المشروع عبر خطوط المقاطعة.

عمود إنارة فولاذي مدبب مستدير مع شفة أساسية مصنوع من فولاذ ASTM A500 درجة C ذو قوة إنتاجية عالية، هذا العمود المدبب يتعامل مع أحمال الإنارة الثقيلة وهبوب الرياح المتكررة. تدعم الحافة ذات الأربعة مسامير ومجموعة التثبيت الاختيارية التركيبات القوية. عرض المنتج →

خطوات عملية لتحديد عمود بموجب ASCE 7-10

اتبع سير العمل هذا لتجنب التقليل من تحديد القطب. إذا لم تكن متأكدًا من سرعة الرياح المطبقة، اتصل بمورلوكس مع عنوان المشروع وإصدار كود البناء.

1. تحديد فئة مخاطر المشروع وإصدار كود البناء.
2. اقرأ سرعة الرياح التصميمية من خريطة ASCE 7-10 المقابلة.
3. حدد فئة التعرض للرياح بناءً على التضاريس.
4. حساب ضغط السرعة ومعامل القوة.
5. قارن العزم الأساسي المطلوب مع جداول الأحمال الخاصة بالشركة المصنعة للقطب.
6. تحقق من تصميم الأساس ومسمار التثبيت مع مهندس محترف.

بمجرد معرفة سرعة الرياح التصميمية، قم بمقارنة العزم الأساسي المطلوب مع جداول أحمال الشركة المصنعة. بالنسبة للمشروع الذي تظهر فيه خريطة سرعة الرياح قيمة عالية، قد تكون هناك حاجة إلى عمود ألومنيوم مخروطي أكبر أو عمود فولاذي. إذا قمت بمشاركة فئة المخاطر والتعرض وسرعة الرياح الأساسية مع المورد، فيمكن أن يكون عرض الأسعار أكثر دقة.

عمود إضاءة مخروطي من الألومنيوم بطول 10-40 قدم، دفن مباشر يتميز هذا العمود المصنوع من الألومنيوم المثبت بقاعدة مسطحة لمنع الدوران، مع إمكانية الوصول إلى السلك على ارتفاع 24 بوصة فوق الأرض. مثالية للمشاريع التي تتطلب دفنًا مباشرًا وتقييمًا مرنًا لحمل الرياح. عرض المنتج →

خلاصة القول: مطابقة القطب بالخريطة

خريطة سرعة الرياح ASCE 7-10 ليست رقمًا واحدًا ينطبق على كل موقع. يعتمد ذلك على فئة المخاطر والموقع وإصدار المعيار المستخدم. ونظرًا لأن ضغط الرياح ينمو مع مربع السرعة، فإن الفرق بين 90 ميلاً في الساعة و130 ميلاً في الساعة أكبر بكثير مما تشير إليه الأرقام الأولية. يجب على المحددين دائمًا تسجيل فئة المخاطر الدقيقة وسرعة الرياح الأساسية المستخدمة في التصميم. سيطلب مورد القطب الموثوق به هذه القيم قبل اقتراح المنتج. لمزيد من المقارنة بين مواد الأعمدة، اقرأ مراجعتنا لـ أعمدة الإنارة الفولاذية والعوامل التي تجعلها الخيار المفضل لبعض بيئات الرياح.