Mappa della velocità del vento ASCE 7-10: cosa devono sapere progettisti e progettisti di pali

La mappa della velocità del vento ASCE 7-10 è un insieme di tre mappe separate, non un'unica mappa nazionale. Ciascuna mappa è collegata a una diversa categoria di rischio e utilizza velocità di raffica di tre secondi con un intervallo di ricorrenza medio distinto. Se progetti o specifichi pali della luce, illuminazione stradale o qualsiasi struttura esterna negli Stati Uniti, queste mappe determinano la velocità del vento iniziale per il calcolo del carico. La conclusione pratica è diretta: una categoria di rischio più elevata significa una velocità del vento di progetto più elevata, il che significa un palo più forte e una fondazione più grande. Le sezioni seguenti analizzano la mappa, spiegano come applicarla e la collegano alle decisioni reali sulla selezione dei poli.

Cos'è la mappa della velocità del vento ASCE 7-10?

ASCE 7-10, "Carichi di progettazione minimi per edifici e altre strutture", ha cambiato il modo in cui le velocità del vento vengono mappate negli Stati Uniti. Invece di utilizzare la vecchia velocità del vento del miglio più veloce, lo standard ha adottato la velocità del vento con raffiche di tre secondi come variabile di progettazione di base. La mappa è presentata in tre edizioni: Categoria di rischio I, Categoria di rischio II e Categorie di rischio III-IV. Ciascuna edizione ha il proprio intervallo di ricorrenza medio: 300 anni per la categoria di rischio I, 700 anni per la categoria di rischio II e 1.700 anni per le categorie di rischio III e IV.

Il grafico a barre qui sopra utilizza valori illustrativi per un sito costiero per mostrare l'effetto della categoria di rischio sulla velocità del vento di progetto. Per la categoria di rischio I, la velocità base del vento potrebbe essere di 105 mph. La categoria di rischio II, quella predefinita per la maggior parte degli edifici convenzionali, sarebbe 115 mph. La categoria di rischio III-IV, che copre ospedali, scuole e strutture essenziali, sarebbe di 125 mph. Questo aumento di 20 mph tra le categorie I e III-IV non si aggiunge linearmente al carico. Poiché la pressione del vento è proporzionale al quadrato della velocità, un vento a 125 mph produce circa il 42% in più di pressione rispetto a un vento a 105 mph. Questo è il motivo per cui le categorie di rischio della mappa sono così importanti per la progettazione dei poli.

Come leggere la mappa della velocità del vento ASCE 7-10 per un sito

Per utilizzare la mappa, individuare la posizione del progetto sul foglio della Categoria di rischio corretta, quindi leggere la curva della velocità del vento più vicina. L'interpolazione lineare tra i contorni è accettabile, ma la pratica spesso richiede l'utilizzo del limite superiore dell'intervallo. Il valore letto è la velocità del vento di base utilizzata per calcolare la pressione della velocità nel sito. Per un palo della luce, questo diventa il punto di partenza per la verifica del momento della base e la progettazione dell'ancoraggio.

Il grafico a barre orizzontali offre un rapido confronto visivo dei valori di velocità del vento della categoria di rischio II per regioni selezionate degli Stati Uniti. Il valore di Miami di 150 mph riflette l'ambiente del vento da uragano del sud-est della Florida. La costa del Golfo si trova a circa 130 mph, mentre l'Upper Midwest e il Pacifico nord-occidentale sono a circa 90 mph e 85 mph. Questi numeri sono semplificati solo a scopo illustrativo e non sostituiscono la lettura della mappa ufficiale o l'utilizzo di uno strumento di pericolo verificato. Il punto è che la velocità del vento prevista varia notevolmente in tutto il paese. Un palo che passa in uno stato potrebbe necessitare di un modulo di sezione completamente diverso quando spedito in un altro stato.

Perché un piccolo aumento della velocità del vento crea un grande salto di carico

ASCE 7-10 converte la velocità del vento in pressione di progetto con l'equazione della pressione di velocità q = 0,00256 Kz Kzt Kd V^2. Il termine V al quadrato significa che la velocità del vento non si adatta linearmente al carico. Ad esempio, aumentando la velocità base del vento da 120 mph a 150 mph si aumenta V^2 da 14.400 a 22.500. Si tratta di un aumento del 56% della pressione di velocità anche prima che vengano applicati altri coefficienti. Il grafico a linee seguente visualizza questa relazione non lineare utilizzando una velocità di base di 85 mph.

Il grafico a linee traccia la pressione relativa del vento rispetto alla velocità base del vento, utilizzando 85 mph come linea di base. A 180 km/h la pressione è circa il 67% più alta rispetto alla linea di base. A 210 km/h la pressione è circa 2,3 volte più alta e a 240 km/h è più di 3,1 volte più alta. La curva diventa più ripida dopo 120 mph, motivo per cui un semplice aumento di velocità può trasformare un palo da conforme a inadeguato. Gli ingegneri utilizzano questa curva per giustificare sezioni di pali più pesanti e piastre di base più grandi nelle zone con vento forte. Mostra anche perché la mappa ASCE 7-10 separa i siti per categoria di rischio: la conseguenza della sottostima della velocità cresce quadraticamente.

Cosa significa questo per i pali della luce e l'illuminazione stradale

Per un palo della luce, il carico del vento agisce lungo l'albero e sull'apparecchio, creando un momento base a cui devono resistere la sezione del palo e l'ancoraggio. Il modulo di sezione richiesto è determinato dal prodotto della pressione e dell'area proiettata. Un passaggio dalla categoria di rischio II alla categoria di rischio IV può aumentare la velocità del vento di progetto da 10 a 20 mph in molte regioni, il che a sua volta aumenta il momento base del 20-40% o più. Questo è il motivo per cui è preziosa una linea di produzione che offra poli di diverse dimensioni e materiali.

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Morelux fornisce pali conici in alluminio per progetti americani con altezze da 10 a 40 piedi, con flangia di base e opzioni di interramento diretto. Questi progetti possono essere valutati rispetto alla velocità del vento ASCE 7-10 specifica del sito durante la fase di preventivo.

Alluminio contro acciaio in progetti sensibili al vento

Il grafico radar riportato di seguito confronta cinque caratteristiche di progettazione che contano quando il carico del vento controlla la dimensione del palo.

La tabella radar mette a confronto i pali della luce in alluminio e acciaio su cinque caratteristiche di progettazione che interagiscono con le prestazioni del vento. L'alluminio mostra un rapporto resistenza/peso più elevato, il che significa che il palo può essere più leggero pur trasportando una capacità di momento simile. L’alluminio è anche più resistente alla corrosione, un vantaggio nelle zone costiere ventose dove la nebbia salina accelera i danni. L'acciaio tende ad ottenere punteggi più alti in termini di resistenza agli urti e durata a fatica sotto raffiche forti e ripetute, soprattutto quando il palo ha un carico di illuminazione più pesante. Nessuno dei due materiali è uniformemente migliore; la scelta corretta dipende dalla velocità del vento del sito, dalla categoria di rischio e dalla strategia di manutenzione del ciclo di vita. Questo è il motivo per cui un produttore in grado di fornire sia pali in alluminio che in acciaio è utile quando i carichi del vento del progetto variano tra i confini della contea.

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Passaggi pratici per specificare un polo secondo ASCE 7-10

Seguire questo flusso di lavoro per evitare di sottospecificare un polo. Se non sei sicuro della velocità del vento da applicare, contattare Morelux con l'indirizzo del progetto e l'edizione del codice edilizio.

1. Identificare la categoria di rischio del progetto e l'edizione del codice edilizio.
2. Leggere la velocità del vento di progetto dalla corrispondente mappa ASCE 7-10.
3. Seleziona la categoria di esposizione al vento in base al terreno.
4. Calcolare la pressione cinetica e il coefficiente di forza.
5. Confrontare il momento base richiesto con le tabelle di carico del produttore del palo.
6. Verificare la progettazione della fondazione e del bullone di ancoraggio con un ingegnere professionista.

Una volta nota la velocità del vento di progetto, confrontare il momento base richiesto con le tabelle di carico del produttore. Per un progetto in cui la mappa della velocità del vento mostra un valore elevato, potrebbe essere necessario un palo conico in alluminio più grande o un palo in acciaio. Se condividi con il fornitore la categoria di rischio, l'esposizione e la velocità del vento di base, il preventivo può essere più preciso.

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Conclusione: abbina il polo alla mappa

La mappa della velocità del vento ASCE 7-10 non è un numero unico applicabile a ogni sito. Dipende dalla categoria di rischio, dall'ubicazione e dall'edizione dello standard utilizzato. Poiché la pressione del vento cresce con il quadrato della velocità, la differenza tra 90 mph e 130 mph è molto maggiore di quanto suggeriscano i numeri grezzi. I prescrittori dovrebbero sempre registrare l'esatta categoria di rischio e la velocità del vento di base utilizzata nella progettazione. Un fornitore di poli di fiducia chiederà questi valori prima di suggerire un prodotto. Per un ulteriore confronto tra i materiali dei poli, leggi la nostra recensione di pali della luce in acciaio e i fattori che li rendono la scelta preferita per determinati ambienti ventosi.