La puissance du vent ne peut pas être sous-estimée. En tant que force, le vent varie d'une brise légère soulevant un cerf-volant à l'ouragan arrachant un toit. Même les poteaux d'éclairage et les structures courantes similaires doivent être conçus pour résister à la force du vent. Le calcul de la zone projetée touchée par les charges de vent n'est cependant pas difficile.
Formule de charge de vent
La formule de calcul de la charge du vent, dans sa forme la plus simple, est la force de la charge du vent égale à la pression du vent multipliée par la surface projetée multipliée par le coefficient de traînée. Mathématiquement, la formule s'écrit
F=PAC_d
D'autres facteurs affectant les charges de vent comprennent les rafales de vent, la hauteur des structures et le terrain entourant les structures. En outre, les détails structurels peuvent attraper le vent.
Définition de la zone projetée
La surface projetée désigne la surface perpendiculaire au vent. Les ingénieurs peuvent choisir d'utiliser la zone projetée maximale pour calculer la force du vent.
Le calcul de la surface projetée d'une surface plane face au vent nécessite de considérer la forme tridimensionnelle comme une surface bidimensionnelle. La surface plane d'un mur standard faisant directement face au vent présentera une surface carrée ou rectangulaire. L'aire projetée d'un cône peut se présenter sous la forme d'un triangle ou d'un cercle. L'aire projetée d'une sphère se présentera toujours sous la forme d'un cercle.
Calculs de surface projetée
Aire projetée d'un carré
La zone d'impact du vent sur une structure carrée ou rectangulaire dépend de l'orientation de la structure par rapport au vent. Si le vent frappe perpendiculairement à une surface carrée ou rectangulaire, le calcul de l'aire est l'aire égale à la longueur multipliée par la largeur (A=LH). Pour un mur de 20 pieds de long sur 10 pieds de haut, la superficie projetée est de 20 × 10 ou 200 pieds carrés.
Cependant, la plus grande largeur d'une structure rectangulaire sera la distance d'un coin au coin opposé, et non la distance entre les coins adjacents. Par exemple, considérons un bâtiment de 10 pieds de large sur 12 pieds de long sur 10 pieds de haut. Si le vent frappe perpendiculairement à un côté, la superficie projetée d'un mur sera de 10 × 10 ou 100 pieds carrés tandis que la superficie projetée de l'autre mur sera de 12 × 10 ou 120 pieds carrés.
Si le vent frappe perpendiculairement à un coin, cependant, la longueur de la zone projetée peut être calculée selon le théorème de Pythagore
a^2+b^2=c^2
La distance entre les coins opposés (L) devient
10^2+12^2=L^2\implique L^2=244\implique L=\sqrt{244}=15,6\text{ ft}
La superficie projetée devient alors L × H, 15,6 × 10 = 156 pieds carrés.
Aire projetée d'une sphère
En regardant directement dans une sphère, la vue bidimensionnelle ou la surface frontale projetée d'une sphère est un cercle. Le diamètre projeté du cercle est égal au diamètre de la sphère.
Le calcul de l'aire projetée utilise donc la formule d'aire d'un cercle: l'aire est égale à pi fois le rayon fois le rayon, ou A=πr2. Si le diamètre de la sphère est de 20 pieds, alors le rayon sera 20÷2=10 et la zone projetée sera A=π × 102≈3,14 × 100=314 pieds carrés.
Aire projetée d'un cône
La charge de vent sur un cône dépend de l'orientation du cône. Si le cône repose sur sa base, la surface projetée du cône sera un triangle. La formule d'aire d'un triangle, base multipliée par la hauteur multipliée par la moitié (B × H÷2), nécessite de connaître la longueur à travers la base et la hauteur jusqu'à la pointe du cône. Si la structure mesure 10 pieds de large à la base et 15 pieds de haut, le calcul de la surface projetée devient alors 10 × 15÷2=150÷2=75 pieds carrés.
Si, cependant, le cône est équilibré de sorte que la base ou la pointe pointe directement dans le vent, la zone projetée sera un cercle d'un diamètre égal à la distance à travers la base. L'aire d'une formule de cercle serait alors appliquée.
Si le cône est allongé de manière à ce que le vent frappe perpendiculairement au côté (parallèle à la base), alors la surface projetée du cône aura la même forme triangulaire que lorsque le cône repose sur sa base. L'aire d'une formule triangulaire serait alors utilisée pour calculer l'aire projetée.