Sílu větru nelze podceňovat. Jako síla se vítr mění od lehkého vánku zvedajícího draka po hurikán strhávající střechu. I světelné sloupy a podobné běžné každodenní konstrukce musí být navrženy tak, aby odolaly síle větru. Výpočet projektované plochy ovlivněné zatížením větrem však není obtížný.
Vzorec zatížení větrem
Vzorec pro výpočet zatížení větrem, ve své nejjednodušší formě, je síla zatížení větrem rovná tlaku větru krát promítnutá plocha krát koeficient odporu. Matematicky je vzorec napsán jako
F = PAC_d
Mezi další faktory ovlivňující zatížení větrem patří poryvy větru, výšky konstrukcí a okolní konstrukce terénu. Větry mohou zachytit také konstrukční detaily.
Definice promítané oblasti
Promítnutou plochou se rozumí plocha kolmá na vítr. Inženýři se mohou rozhodnout pro výpočet síly větru použít maximální projektovanou plochu.
Výpočet promítnuté plochy rovné plochy směřující do větru vyžaduje uvažování o trojrozměrném tvaru jako o dvojrozměrném povrchu. Rovný povrch standardní stěny směřující přímo do větru bude mít čtvercový nebo obdélníkový povrch. Promítnutá plocha kužele může vypadat jako trojúhelník nebo kruh. Promítnutá oblast koule se vždy zobrazí jako kruh.
Výpočty projektované plochy
Promítnutá plocha čtverce
Oblast, kterou vítr udeří na čtvercovou nebo obdélníkovou konstrukci, závisí na orientaci konstrukce na vítr. Pokud vítr udeří kolmo na čtvercový nebo obdélníkový povrch, výpočet plochy je plocha rovná délce krát šířce (A = LH). U zdi dlouhé 20 stop a vysoké 10 stop se promítaná plocha rovná 20 × 10 nebo 200 čtverečních stop.
Největší šířka obdélníkové struktury však bude vzdálenost od jednoho rohu k opačnému rohu, nikoli vzdálenost mezi sousedními rohy. Zvažte například budovu, která je 10 stop široká, 12 stop dlouhá a 10 stop vysoká. Pokud vítr udeří kolmo na stranu, promítnutá plocha jedné stěny bude 10 × 10 nebo 100 čtverečních stop, zatímco promítnutá plocha druhé stěny bude 12 × 10 nebo 120 čtverečních stop.
Pokud však vítr dopadne kolmo na roh, lze délku promítané plochy vypočítat podle Pythagorovy věty
a ^ 2 + b ^ 2 = c ^ 2
Vzdálenost mezi protilehlými rohy (L) se stane
10 ^ 2 + 12 ^ 2 = L ^ 2 \ znamená L ^ 2 = 244 \ znamená L = \ sqrt {244} = 15,6 \ text {ft}
Promítnutá plocha se pak změní na L × H, 15,6 × 10 = 156 čtverečních stop.
Promítnutá oblast koule
Při pohledu přímo do koule je dvojrozměrný pohled nebo promítnutá čelní oblast koule kruh. Promítnutý průměr kruhu se rovná průměru koule.
Výpočet promítnuté plochy proto používá plošný vzorec pro kružnici: plocha se rovná pí krát poloměr krát poloměr, nebo A = πr2. Pokud je průměr koule 20 stop, pak bude poloměr 20 ÷ 2 = 10 a promítnutá plocha bude A = π × 102≈3,14 × 100 = 314 čtverečních stop.
Projektovaná plocha kužele
Zatížení větrem na kuželu závisí na orientaci kuželu. Pokud kužel sedí na své základně, pak promítnutá plocha kužele bude trojúhelník. Plošný vzorec pro trojúhelník, základna krát výška krát polovina (B × H ÷ 2), vyžaduje znát délku přes základnu a výšku ke špičce kužele. Pokud je konstrukce 10 stop napříč základnou a 15 stop vysoká, pak se výpočet projektované plochy stane 10 × 15 ÷ 2 = 150 ÷ 2 = 75 čtverečních stop.
Pokud je však kužel vyvážený tak, že základna nebo špička míří přímo do větru, promítnutou oblastí bude kruh s průměrem rovným vzdálenosti přes základnu. Poté by byla použita plocha pro kruhový vzorec.
Pokud kužel leží tak, že vítr dopadá kolmo na stranu (rovnoběžně se základnou), bude mít promítnutá plocha kužele stejný trojúhelníkový tvar, jako když kužel sedí na své základně. Plocha vzorce trojúhelníku by pak byla použita k výpočtu promítnuté plochy.