Vindens kraft kan ikke undervurderes. Som en kraft varierer vinden fra en lett bris som løfter en drage til orkanen som river av et tak. Selv lysstolper og lignende vanlige, hverdagslige strukturer må være utformet for å motstå vindens kraft. Det er imidlertid ikke vanskelig å beregne det projiserte arealet som påvirkes av vindbelastninger.
Formel for vindbelastning
Formelen for å beregne vindlast, i sin enkleste form, er vindlastkraft lik vindtrykk ganger projisert areal ganger dragskoeffisient. Matematisk er formelen skrevet som
F = PAC_d
Ytterligere faktorer som påvirker vindbelastninger inkluderer vindkast, konstruksjonshøyder og terrengkonstruksjoner. Også strukturelle detaljer kan fange vinden.
Projisert arealdefinisjon
Projisert område betyr overflaten vinkelrett på vinden. Ingeniører kan velge å bruke det maksimale projiserte arealet for å beregne vindstyrken.
Å beregne det projiserte arealet til en plan overflate som vender mot vinden krever å tenke på den tredimensjonale formen som en todimensjonal overflate. Den flate overflaten på en standard vegg som vender direkte mot vinden, vil ha en firkantet eller rektangulær overflate. Det projiserte området av en kjegle kan presentere seg som en trekant eller som en sirkel. Det projiserte området til en kule vil alltid vises som en sirkel.
Beregnet arealberegning
Projisert område av en firkant
Området vinden treffer på en firkantet eller rektangulær struktur avhenger av orienteringen til strukturen mot vinden. Hvis vinden treffer vinkelrett på en kvadratisk eller rektangulær overflate, er arealberegningen areal lik lengde ganger bredde (A = LH). For en vegg som er 20 fot lang og 10 fot høy, er det projiserte området 20 × 10 eller 200 kvadratmeter.
Imidlertid vil den største bredden av en rektangulær struktur være avstanden fra ett hjørne til motsatt hjørne, ikke avstanden mellom tilstøtende hjørner. Tenk for eksempel på en bygning som er 10 fot bred og 12 fot lang og 10 fot høy. Hvis vinden treffer vinkelrett på en side, vil det projiserte området til den ene veggen være 10 × 10 eller 100 kvadratfot, mens det projiserte arealet til den andre veggen vil være 12 × 10 eller 120 kvadratfot.
Hvis vinden treffer vinkelrett på et hjørne, kan imidlertid lengden på det projiserte området beregnes i henhold til Pythagoras teorem
a ^ 2 + b ^ 2 = c ^ 2
Avstanden mellom motsatte hjørner (L) blir
10 ^ 2 + 12 ^ 2 = L ^ 2 \ innebærer L ^ 2 = 244 \ innebærer L = \ sqrt {244} = 15.6 \ text {ft}
Det projiserte arealet blir da L × H, 15,6 × 10 = 156 kvadratfot.
Projected Area of a Sphere
Ser du direkte inn i en sfære, er det todimensjonale synet eller det projiserte frontområdet av en sfære en sirkel. Sirkelens projiserte diameter er lik diameteren på sfæren.
Den projiserte arealberegningen bruker derfor arealformelen for en sirkel: areal er lik pi ganger radius ganger radius, eller A = πr2. Hvis kuleens diameter er 20 fot, vil radiusen være 20 ÷ 2 = 10 og det projiserte området vil være A = π × 102.13,14 × 100 = 314 kvadratfot.
Projected Area of a Cone
Vindbelastningen på en kjegle avhenger av kjeglens orientering. Hvis kjeglen sitter på basen, vil det projiserte området av kjeglen være en trekant. Arealformelen for en trekant, basis ganger høyde ganger halvparten (B × H ÷ 2), krever å kjenne lengden over basen og høyden til kjeglespissen. Hvis strukturen er 10 fot over basen og 15 fot høy, blir beregnet arealberegning 10 × 15 ÷ 2 = 150 ÷ 2 = 75 kvadratmeter.
Hvis imidlertid kjeglen er balansert slik at basen eller spissen peker direkte mot vinden, vil det projiserte området være en sirkel med en diameter som er lik avstanden over basen. Området for en sirkelformel vil da bli brukt.
Hvis kjeglen ligger slik at vinden treffer vinkelrett på siden (parallelt med basen), vil det projiserte området av kjeglen være i samme trekantform som når kjeglen sitter på basen. Arealet til en trekantformel vil da bli brukt til å beregne det projiserte arealet.