لا يمكن الاستهانة بقوة الرياح. كقوة ، تختلف الرياح من نسيم خفيف يرفع طائرة ورقية إلى إعصار يمزق سقفًا. حتى أعمدة الإنارة وما شابهها من الهياكل اليومية يجب تصميمها لتحمل قوة الرياح. ومع ذلك ، فإن حساب المنطقة المتوقعة المتأثرة بأحمال الرياح ليس بالأمر الصعب.
صيغة تحميل الرياح
معادلة حساب حمل الرياح ، في أبسط أشكالها ، هي قوة حمل الرياح تساوي ضغط الرياح مرات المنطقة المتوقعة مضروبة في معامل السحب. رياضيا ، يتم كتابة الصيغة كـ
F = PAC_d
تشمل العوامل الإضافية التي تؤثر على أحمال الرياح هبوب الرياح ، وارتفاعات الهياكل والتضاريس المحيطة بالهياكل. أيضًا ، قد تتعرض التفاصيل الهيكلية للرياح.
تعريف المنطقة المتوقعة
المنطقة المسقطة تعني مساحة السطح المتعامدة مع الريح. قد يختار المهندسون استخدام المساحة القصوى المسقطة لحساب قوة الرياح.
يتطلب حساب المساحة المسقطة لسطح مستو يواجه الريح التفكير في الشكل ثلاثي الأبعاد كسطح ثنائي الأبعاد. السطح المستوي للجدار القياسي المواجه للريح مباشرة سيظهر سطحًا مربعًا أو مستطيلًا. يمكن أن تظهر المساحة المسقطة للمخروط كمثلث أو على شكل دائرة. ستظهر المساحة المسقطة للكرة دائمًا على شكل دائرة.
حسابات المنطقة المتوقعة
المساحة المتوقعة للمربع
تعتمد المنطقة التي تضربها الرياح على هيكل مربع أو مستطيل على اتجاه الهيكل نحو الريح. إذا ضربت الرياح بشكل عمودي على سطح مربع أو مستطيل ، فسيتم حساب المساحة التي تساوي الطول في العرض (A = LH). بالنسبة للجدار الذي يبلغ طوله 20 قدمًا وارتفاعه 10 أقدام ، فإن المساحة المتوقعة تساوي 20 × 10 أو 200 قدم مربع.
ومع ذلك ، سيكون أكبر عرض لهيكل مستطيل هو المسافة من زاوية إلى الزاوية المقابلة ، وليس المسافة بين الزوايا المجاورة. على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك مبنى يبلغ عرضه 10 أقدام وطوله 12 قدمًا وطوله 10 أقدام. إذا ضربت الرياح بشكل عمودي على جانب ، فإن المساحة المتوقعة لجدار واحد ستكون 10 × 10 أو 100 قدم مربع بينما ستكون المساحة المتوقعة للجدار الآخر 12 × 10 أو 120 قدمًا مربعًا.
إذا اصطدمت الرياح بشكل عمودي مع زاوية ، فيمكن حساب طول المنطقة المسقطة وفقًا لنظرية فيثاغورس
أ ^ 2 + ب ^ 2 = ج ^ 2
تصبح المسافة بين الزوايا المتقابلة (L)
10 ^ 2 + 12 ^ 2 = L ^ 2 \ تشير إلى L ^ 2 = 244 \ تشير إلى L = \ sqrt {244} = 15.6 \ text {ft}
تصبح المساحة المتوقعة بعد ذلك L × H ، 15.6 × 10 = 156 قدمًا مربعًا.
المنطقة المتوقعة من الكرة
بالنظر مباشرة إلى الكرة ، فإن المنظر ثنائي الأبعاد أو المنطقة الأمامية المسقطة للكرة هي دائرة. القطر المسقط للدائرة يساوي قطر الكرة.
لذلك ، يستخدم حساب المساحة المسقطة معادلة المساحة للدائرة: المساحة تساوي pi في نصف القطر مضروبًا في نصف القطر ، أو A = πr2. إذا كان قطر الكرة 20 قدمًا ، فسيكون نصف القطر 20 ÷ 2 = 10 وستكون المساحة المسقطة A = π × 102≈3.14 × 100 = 314 قدمًا مربعة.
المساحة المتوقعة للمخروط
يعتمد حمل الرياح على المخروط على اتجاه المخروط. إذا كان المخروط يجلس على قاعدته ، فإن المساحة المسقطة للمخروط ستكون مثلثًا. تتطلب صيغة مساحة المثلث ، القاعدة ضرب الارتفاع مضروبًا في النصف (ب × ح ÷ 2) ، معرفة الطول عبر القاعدة والارتفاع حتى طرف المخروط. إذا كان الهيكل 10 أقدام عبر القاعدة وارتفاعه 15 قدمًا ، فسيصبح حساب المنطقة المسقطة 10 × 15 ÷ 2 = 150 2 = 75 قدمًا مربعًا.
ومع ذلك ، إذا كان المخروط متوازنًا بحيث تشير القاعدة أو الطرف مباشرة إلى الريح ، فإن المنطقة المسقطة ستكون دائرة بقطر يساوي المسافة عبر القاعدة. سيتم بعد ذلك تطبيق مساحة صيغة الدائرة.
إذا كان المخروط مستلقيًا بحيث تضرب الرياح بشكل عمودي على الجانب (موازيًا للقاعدة) ، فإن المنطقة المسقطة للمخروط ستكون بنفس الشكل المثلث كما هو الحال عندما يجلس المخروط على قاعدته. سيتم بعد ذلك استخدام مساحة صيغة المثلث لحساب المنطقة المسقطة.