Hoe windbelastingen uit windsnelheden te berekenen

Alle buitenconstructies moeten de kracht van de wind kunnen weerstaan, dus het berekenen van de windbelasting is cruciaal als je gebouwen gaat ontwerpen. De berekeningen worden echter complexer als u meer factoren in overweging neemt. Dit betekent dat het voor de meest nauwkeurige windbelastingberekening vaak beter is om een ​​online calculator te gebruiken (zie bronnen) die rekening houdt met alle relevante factoren, mits voldoende invoergegevens.

Als u echter alleen op zoek bent naar een basisidee voor het berekenen van een windbelasting op basis van een windsnelheid, kunt u een snelle berekening uitvoeren voor een schatting van de marge.

EEN windbelasting is een maat voor de kracht die door de wind op een oppervlak wordt uitgeoefend, die kan worden uitgedrukt als een kracht op het hele oppervlak of een druk (wat eenvoudigweg kracht per oppervlakte-eenheid is). Daarom is de SI-windbelastingseenheid Newton of Pascal. Er zijn eigenlijk drie soorten krachten die door wind worden uitgeoefend op een gemiddelde constructie: opwaartse belasting, schuifbelasting en zijbelasting.

De opheffen van last is het liftende effect dat op een dak wordt uitgeoefend door de doorgang van lucht eromheen (analoog aan de lift op vliegtuigvleugels). Afschuifbelasting: is de horizontale druk die een gebouw kan doen kantelen. Tenslotte, zijdelingse belasting lijkt meer op een brede "duwen" die een structuur van zijn fundament zou kunnen verplaatsen.

Voor de toepassing van dit artikel zal de nadruk liggen op de zijdelingse belasting, aangezien de berekeningen voor de andere complexer zijn en er veel verschillende variabelen zijn waarmee rekening moet worden gehouden.

De eenvoudigste formule om de windbelasting te vinden, gebruikt de windsnelheid om de grootte van de kracht te bepalen die deze uitoefent. De formule die je nodig hebt is:

Hier, ρ is de dichtheid van lucht (die varieert met de hoogte en temperatuur, maar kan worden aangenomen als 1,2 kg/m³ op basis van zeeniveau en een temperatuur van 15 graden Celsius), v is de windsnelheid, en EEN is het gebied waar de wind opvalt. Deze vergelijking is daarom een ​​omzetter van windsnelheid naar kracht, maar je kunt deze delen door het gebied om windbelasting te krijgen als een druk op basis van de windsnelheid.

De uitdaging bij het gebruik van deze vergelijking is het vinden van waarden voor de luchtdichtheid op uw locatie en een nauwkeurige meting van de windsnelheid waarvoor u moet berekenen (aangezien de hoogste windsnelheid bepaalt hoeveel windbelasting een constructie moet kunnen weerstaan). Het gebied EEN is gemakkelijk genoeg te vinden voor regelmatige vormen. Voor een plat rechthoekig oppervlak vermenigvuldigt u bijvoorbeeld eenvoudig de breedte met de hoogte om het gebied te vinden.

Als u de kracht (of druk) als gevolg van de wind op een niet-vlak oppervlak moet berekenen, is het belangrijker om het effect van weerstand mee te nemen. Terwijl je voor een vlakke plaat een luchtweerstandscoëfficiënt van 1 kunt gebruiken (het maakt dus geen verschil voor de bovenstaande formule), voor een cilinder (bijvoorbeeld) houdt een coëfficiënt van 0,67 rekening met de verminderde impact van de wind op de oppervlakte.

U voegt deze factor eenvoudig toe aan de rechterkant van de bovenstaande vergelijking. U vindt standaardwaarden voor coëfficiënten voor de meest voorkomende vormen en structuren in tabellen.

Helaas zijn er veel andere factoren die van invloed zijn op de windbelasting op een bepaald oppervlak, waaronder de variatie in windsnelheid met hoogte, de precieze eigenschappen van het oppervlak (bijv. glad glas versus een gestructureerd oppervlak) en de impact van omringende structuren op de windsnelheden die waarschijnlijk ervaren.

Het uitvoeren van een nauwkeurige berekening voor uw constructie zal daarom een ​​ingewikkelder proces zijn dan dit artikel heeft het laten verschijnen, en je hebt veel meer nodig dan alleen de windsnelheid en luchtdichtheid om een ​​betrouwbare antwoord.