Tuulen voimaa ei voida aliarvioida. Voimana tuuli vaihtelee kevyestä tuulista, joka nostaa leijan, hurrikaaniin, joka repii katon. Jopa valopylväät ja vastaavat tavalliset, jokapäiväiset rakenteet on suunniteltava kestämään tuulen voimaa. Tuulikuormien aiheuttaman ennustetun alueen laskeminen ei kuitenkaan ole vaikeaa.
Tuulikuorman kaava
Kaava tuulikuorman laskemiseksi yksinkertaisimmassa muodossaan on tuulikuormitusvoima, joka on yhtä suuri kuin tuulen paine kertaa ennustettu pinta-ala ja vastuskerroin. Matemaattisesti kaava kirjoitetaan muodossa
F = PAC_d
Muita tuulikuormiin vaikuttavia tekijöitä ovat tuulenpuuskat, rakenteiden korkeudet ja maastoa ympäröivät rakenteet. Myös rakenteelliset yksityiskohdat voivat saada tuulen.
Projisoidun alueen määritelmä
Suunniteltu alue tarkoittaa tuuleen kohtisuoraa pinta-alaa. Insinöörit voivat käyttää suurinta ennustettua aluetta tuulen voiman laskemiseen.
Tuulen suuntaisen tasopinnan projisoidun pinta-alan laskeminen edellyttää kolmiulotteisen muodon ajattelua kaksiulotteisena pintana. Suoraan tuuleen suuntautuvan vakioseinän tasainen pinta on neliön tai suorakaiteen muotoinen. Kartion projisoitu alue voi olla kolmio tai ympyrä. Pallon heijastettu alue näkyy aina ympyränä.
Ennustetun alueen laskelmat
Ennustettu neliön alue
Neliön tai suorakulmaisen rakenteen tuulen iskemä alue riippuu rakenteen tuulen suunnasta. Jos tuuli iskeytyy kohtisuoraan neliön tai suorakaiteen muotoiseen pintaan, pinta-ala lasketaan pinta-alaltaan pituuden ja leveyden (A = LH) kanssa. Seinällä, joka on 20 jalkaa pitkä ja 10 jalkaa korkea, heijastettu pinta-ala on 20 × 10 tai 200 neliömetriä.
Suorakaiteen muotoisen rakenteen suurin leveys on kuitenkin etäisyys yhdestä kulmasta vastakkaiseen kulmaan, ei vierekkäisten kulmien välinen etäisyys. Harkitse esimerkiksi rakennusta, joka on 10 metriä leveä ja 12 metriä pitkä ja 10 metriä pitkä. Jos tuuli osuu kohtisuoraan sivuun nähden, yhden seinän heijastettu pinta-ala on 10 × 10 tai 100 neliöjalkaa, kun taas toisen seinän heijastettu ala on 12 × 10 tai 120 neliömetriä.
Jos tuuli osuu kohtisuoraan kulmaan, projisoidun alueen pituus voidaan laskea Pythagoraan lauseen mukaan
a ^ 2 + b ^ 2 = c ^ 2
Vastakulmien välinen etäisyys (L) tulee
10 ^ 2 + 12 ^ 2 = L ^ 2 \ tarkoittaa L ^ 2 = 244 \ tarkoittaa L = \ sqrt {244} = 15,6 \ teksti {ft}
Heijastetusta alueesta tulee sitten L × H, 15,6 × 10 = 156 neliöjalkaa.
Pallon ennustettu alue
Tarkasteltaessa suoraan palloon, kaksiulotteinen näkymä tai projisoitu pallon alue on ympyrä. Ympyrän ennustettu halkaisija on yhtä suuri kuin pallon halkaisija.
Ennustetun pinta-alan laskennassa käytetään siis ympyrän pinta-alakaavaa: pinta-ala on yhtä suuri kuin pi kertaa säde kertaa säde tai A = πr2. Jos pallon halkaisija on 20 jalkaa, säde on 20 ÷ 2 = 10 ja projisoitu alue on A = π × 102≈3,14 × 100 = 314 neliöjalkaa.
Kartion ennustettu alue
Kartion tuulikuorma riippuu kartion suunnasta. Jos kartio istuu pohjallaan, kartion projisoitu alue on kolmio. Kolmion pinta-alakaava, pohja kertaa korkeus kertaa puolet (B × H ÷ 2), vaatii pohjan pituuden ja kartion kärkeen johtavan korkeuden tuntemisen. Jos rakenne on 10 jalkaa alustan poikki ja 15 jalkaa korkea, ennustetusta pinta-alan laskennasta tulee 10 × 15 ÷ 2 = 150 ÷ 2 = 75 neliöjalkaa.
Jos kuitenkin kartio on tasapainotettu siten, että pohja tai kärki osoittaa suoraan tuuleen, projisoitu alue on ympyrä, jonka halkaisija on yhtä suuri kuin alustan poikki oleva etäisyys. Sitten sovellettaisiin ympyräkaavan aluetta.
Jos kartio makaa niin, että tuuli osuu kohtisuoraan sivuun (yhdensuuntainen pohjan kanssa), kartion projisoitu alue on sama kolmion muotoinen kuin silloin, kun kartio istuu pohjaansa. Kolmion kaavan pinta-alaa käytettäisiin sitten projisoidun alueen laskemiseen.