Vindens kraft kan ikke undervurderes. Som en kraft varierer vinden fra en let brise, der løfter en drage til orkanen, der river et tag af. Selv lysstænger og lignende almindelige, hverdagslige strukturer skal være designet til at modstå vindens kraft. Det er dog ikke svært at beregne det forventede areal påvirket af vindbelastninger.
Formel for vindbelastning
Formlen til beregning af vindbelastning er i sin enkleste form vindbelastningskraft lig med vindtryk gange projiceret areal gange trækkoefficient. Matematisk er formlen skrevet som
F = PAC_d
Yderligere faktorer, der påvirker vindbelastninger, inkluderer vindstød, strukturhøjder og terræn omkringliggende strukturer. Også strukturelle detaljer kan fange vinden.
Projiceret arealdefinition
Projiceret område betyder overfladearealet vinkelret på vinden. Ingeniører kan vælge at bruge det maksimale projicerede areal til at beregne vindstyrken.
Beregning af det projicerede areal af en plan overflade, der vender ud mod vinden, kræver at tænke på den tredimensionelle form som en todimensionel overflade. Den flade overflade af en standardvæg, der vender direkte ind i vinden, vil have en firkantet eller rektangulær overflade. Det projicerede område af en kegle kunne præsentere som en trekant eller som en cirkel. Det projicerede område af en kugle vil altid være præsenteret som en cirkel.
Beregninger af projiceret areal
Projiceret område af en firkant
Området, som vinden rammer på en firkantet eller rektangulær struktur, afhænger af strukturens retning til vinden. Hvis vinden rammer vinkelret på en kvadratisk eller rektangulær overflade, er arealberegningen areal lig længde gange bredde (A = LH). For en væg, der er 20 fod lang og 10 fod høj, svarer det projicerede areal til 20 × 10 eller 200 kvadratfod.
Den største bredde af en rektangulær struktur vil dog være afstanden fra et hjørne til det modsatte hjørne, ikke afstanden mellem tilstødende hjørner. Overvej f.eks. En bygning, der er 10 fod bred og 12 fod lang og 10 fod høj. Hvis vinden rammer vinkelret på en side, vil det projicerede areal på en væg være 10 × 10 eller 100 kvadratfod, mens det projicerede areal på den anden væg vil være 12 × 10 eller 120 kvadratfod.
Hvis vinden rammer vinkelret på et hjørne, kan længden af det projicerede område imidlertid beregnes i henhold til Pythagoras sætning
a ^ 2 + b ^ 2 = c ^ 2
Afstanden mellem modsatte hjørner (L) bliver
10 ^ 2 + 12 ^ 2 = L ^ 2 \ indebærer L ^ 2 = 244 \ indebærer L = \ sqrt {244} = 15,6 \ tekst {ft}
Det projicerede areal bliver derefter L × H, 15,6 × 10 = 156 kvadratfod.
Projiceret område af en sfære
Ser man direkte ind i en sfære, er det todimensionale billede eller det projicerede frontareal af en sfære en cirkel. Cirkelens projicerede diameter er lig med kuglens diameter.
Den projicerede arealberegning bruger derfor arealformlen for en cirkel: areal er lig med pi gange radius gange radius eller A = πr2. Hvis kuglens diameter er 20 fod, vil radius være 20 ÷ 2 = 10, og det projicerede areal vil være A = π × 102.13,14 × 100 = 314 kvadratfod.
Projiceret område af en kegle
Vindbelastningen på en kegle afhænger af keglens retning. Hvis keglen sidder på sin base, vil det projicerede område af keglen være en trekant. Arealformlen for en trekant, basis gange højde gange halvdelen (B × H ÷ 2), kræver at kende længden over bunden og højden til keglespidsen. Hvis strukturen er 10 fod over bunden og 15 fod høj, bliver beregningen af det projicerede areal 10 × 15 ÷ 2 = 150 ÷ 2 = 75 kvadratfod.
Hvis keglen imidlertid er afbalanceret, så basen eller spidsen peger direkte ind i vinden, vil det projicerede område være en cirkel med en diameter svarende til afstanden over basen. Området for en cirkelformel vil derefter blive anvendt.
Hvis keglen ligger, så vinden rammer vinkelret på siden (parallelt med basen), vil det projicerede område af keglen have den samme trekantede form, som når keglen sidder på sin base. Arealet af en trekantformel vil derefter blive brugt til at beregne det projicerede areal.