Kekuatan angin tidak bisa diremehkan. Sebagai kekuatan, angin bervariasi dari angin sepoi-sepoi yang mengangkat layang-layang hingga badai yang merobek atap. Bahkan tiang lampu dan struktur umum sehari-hari yang serupa harus dirancang untuk menahan kekuatan angin. Namun, menghitung area yang diproyeksikan terkena beban angin tidak sulit.
Rumus Beban Angin
Rumus untuk menghitung beban angin, dalam bentuk yang paling sederhana, adalah gaya beban angin sama dengan tekanan angin dikalikan luas proyeksi dikali koefisien drag. Secara matematis, rumus tersebut ditulis sebagai
F=PAC_d
Faktor tambahan yang mempengaruhi beban angin termasuk hembusan angin, ketinggian struktur dan medan sekitar struktur. Selain itu, detail struktural mungkin terkena angin.
Definisi Area Proyeksi
Luas proyeksi adalah luas permukaan yang tegak lurus terhadap angin. Insinyur dapat memilih untuk menggunakan area proyeksi maksimum untuk menghitung kekuatan angin.
Menghitung luas proyeksi permukaan bidang yang menghadap angin membutuhkan pemikiran tentang bentuk tiga dimensi sebagai permukaan dua dimensi. Permukaan datar dari dinding standar yang menghadap langsung ke angin akan menghadirkan permukaan persegi atau persegi panjang. Area kerucut yang diproyeksikan dapat muncul sebagai segitiga atau lingkaran. Area proyeksi bola akan selalu muncul sebagai lingkaran.
Perhitungan Area Proyeksi
Proyeksi Luas Persegi
Daerah yang terkena angin pada struktur persegi atau persegi panjang tergantung pada orientasi struktur terhadap angin. Jika angin bertiup tegak lurus pada permukaan persegi atau persegi panjang, perhitungan luasnya adalah luas sama dengan panjang kali lebar (A=LH). Untuk dinding yang panjangnya 20 kaki dengan tinggi 10 kaki, luas yang diproyeksikan sama dengan 20 × 10 atau 200 kaki persegi.
Namun, lebar terbesar dari struktur persegi panjang adalah jarak dari satu sudut ke sudut yang berlawanan, bukan jarak antara sudut yang berdekatan. Misalnya, pertimbangkan sebuah bangunan yang lebarnya 10 kaki, panjangnya 12 kaki, dan tingginya 10 kaki. Jika angin menerpa tegak lurus ke suatu sisi, luas proyeksi salah satu dinding akan menjadi 10 × 10 atau 100 kaki persegi sedangkan luas proyeksi dinding lainnya akan menjadi 12 × 10 atau 120 kaki persegi.
Namun, jika angin mengenai sudut tegak lurus, panjang area proyeksi dapat dihitung menurut Teorema Pythagoras.
a^2+b^2=c^2
Jarak antara sudut yang berhadapan (L) menjadi)
10^2+12^2=L^2\menyiratkan L^2=244\menyiratkan L=\sqrt{244}=15.6\text{ kaki}
Area yang diproyeksikan kemudian menjadi L × H, 15,6 × 10=156 kaki persegi.
Area Proyeksi dari Bola
Melihat langsung ke dalam bola, tampilan dua dimensi atau area depan yang diproyeksikan dari bola adalah lingkaran. Diameter proyeksi lingkaran sama dengan diameter bola.
Oleh karena itu, perhitungan luas proyeksi menggunakan rumus luas lingkaran: luas sama dengan pi kali jari-jari dikalikan jari-jari, atau A=πr2. Jika diameter bola adalah 20 kaki, maka jari-jarinya adalah 20÷2=10 dan luas proyeksinya adalah A=π × 1023.14 × 100=314 kaki persegi.
Area Proyeksi Kerucut
Beban angin pada kerucut tergantung pada orientasi kerucut. Jika kerucut duduk di alasnya, maka area proyeksi kerucut akan menjadi segitiga. Rumus luas segitiga, alas kali tinggi dikali setengah (B × H÷2), memerlukan pengetahuan panjang melintasi alas dan tinggi ke ujung kerucut. Jika strukturnya 10 kaki melintasi alas dan tingginya 15 kaki, maka perhitungan luas proyeksi menjadi 10 × 15÷2=150÷2=75 kaki persegi.
Namun, jika kerucut seimbang sehingga alas atau ujungnya mengarah langsung ke angin, area yang diproyeksikan akan menjadi lingkaran dengan diameter yang sama dengan jarak melintasi alas. Area untuk rumus lingkaran kemudian akan diterapkan.
Jika kerucut terletak sehingga angin menerpa tegak lurus ke samping (sejajar dengan alas), maka luas kerucut yang diproyeksikan akan menjadi bentuk segitiga yang sama seperti ketika kerucut duduk di alasnya. Luas rumus segitiga kemudian akan digunakan untuk menghitung luas proyeksi.