Alle Außenkonstruktionen müssen der Kraft des Windes standhalten können. Die Berechnung der Windlast ist daher entscheidend, wenn Sie Gebäude planen. Die Berechnungen werden jedoch komplexer, wenn Sie mehr Faktoren berücksichtigen. Daher ist es für die genaueste Windlastberechnung oft besser, einen Online-Rechner (siehe Ressourcen) zu verwenden, der alle relevanten Faktoren bei ausreichenden Eingabedaten berücksichtigt.
Wenn Sie jedoch nur nach einer grundlegenden Idee suchen, wie eine Windlast aus einer Windgeschwindigkeit berechnet wird, können Sie eine schnelle Berechnung für eine Standardschätzung durchführen.
Was ist eine Windlast?
EIN Windlast ist ein Maß für die vom Wind auf eine Oberfläche ausgeübte Kraft, die als Kraft auf die gesamte Oberfläche oder als Druck (der einfach Kraft pro Flächeneinheit ist) ausgedrückt werden kann. Daher ist die SI-Windlasteinheit Newton oder Pascal. Tatsächlich gibt es drei Arten von Kräften, die der Wind auf eine durchschnittliche Struktur ausübt: Auftriebslast, Scherlast und Querlast.
Das Last heben ist die Auftriebswirkung, die auf ein Dach durch den Luftdurchtritt ausgeübt wird (analog zum Auftrieb an Flugzeugtragflächen). Scherbelastung ist der horizontale Druck, der ein Gebäude kippen könnte. Schließlich, seitliche Belastung ist eher wie ein breites „Schieben“, das eine Struktur von ihrem Fundament heben könnte.
Für die Zwecke dieses Artikels liegt der Schwerpunkt auf der Querlast, da die Berechnungen für die anderen komplexer sind und viele verschiedene Variablen zu berücksichtigen sind.
Rechner für Windgeschwindigkeit zu Kraft
Die einfachste Formel zum Ermitteln der Windlast verwendet die Windgeschwindigkeit, um die Größe der ausgeübten Kraft zu bestimmen. Die benötigte Formel lautet:
Hier, ρ ist die Dichte der Luft (die je nach Höhe und Temperatur variiert, aber mit 1,2 kg/m² angenommen werden kann)3 auf Meereshöhe und einer Temperatur von 15 Grad Celsius), v ist die Windgeschwindigkeit und EIN ist der Bereich, auf den der Wind weht. Diese Gleichung ist daher ein Umrechner für Windgeschwindigkeit in Kraft, aber Sie können durch die Fläche dividieren, um die Windlast als Druck basierend auf der Windgeschwindigkeit zu erhalten.
Die Herausforderung bei der Verwendung dieser Gleichung besteht darin, Werte für die Luftdichte an Ihrem Standort und eine genaue Messung der Windgeschwindigkeit zu finden, die Sie berechnen müssen (da die höchste Windgeschwindigkeit bestimmt, wie viel Windlast ein Bauwerk aushalten muss). Das Gebiet EIN ist für regelmäßige Formen leicht zu finden. Bei einer flachen rechteckigen Oberfläche multiplizieren Sie beispielsweise einfach die Breite mit der Höhe, um die Fläche zu ermitteln.
Hinzufügen von Widerstandskoeffizienten
Wenn Sie die Kraft (oder den Druck) aufgrund des Windes auf einer nicht ebenen Oberfläche berechnen müssen, ist die Einbeziehung des Widerstandseffekts wichtiger. Während Sie für eine flache Platte einen Luftwiderstandsbeiwert von 1 verwenden können (also keinen Unterschied zur obigen Formel macht), für einen Zylinder (zum Beispiel) berücksichtigt ein Koeffizient von 0,67 die verringerte Auswirkung des Windes auf die Oberfläche.
Sie addieren diesen Faktor einfach auf die rechte Seite der obigen Gleichung. In Tabellen finden Sie Standardkoeffizientenwerte für die gängigsten Formen und Strukturen.
Andere Faktoren
Leider gibt es viele andere Faktoren, die die Windlast auf einer bestimmten Oberfläche beeinflussen, einschließlich der Variation der Windgeschwindigkeit mit der Höhe, die genauen Eigenschaften von die Oberfläche (z. B. glattes Glas versus strukturierte Oberfläche) und der Einfluss umgebender Strukturen auf die voraussichtlichen Windgeschwindigkeiten erfahren.
Die Durchführung einer genauen Berechnung für Ihre Struktur ist daher ein komplizierterer Prozess als dieser Artikel hat es erscheinen lassen, und Sie brauchen viel mehr als nur die Windgeschwindigkeit und Luftdichte, um einen zuverlässigen Antworten.