Wszystkie konstrukcje zewnętrzne muszą być w stanie wytrzymać siłę wiatru, dlatego umiejętność obliczenia obciążenia wiatrem ma kluczowe znaczenie, jeśli zamierzasz projektować budynki. Jednak obliczenia stają się bardziej złożone, gdy weźmie się pod uwagę więcej czynników. Oznacza to, że do najdokładniejszego obliczenia obciążenia wiatrem często lepiej jest użyć kalkulatora online (patrz Zasoby), który uwzględnia wszystkie istotne czynniki, biorąc pod uwagę wystarczającą ilość danych wejściowych.
Jeśli jednak szukasz podstawowego pomysłu, jak obliczyć obciążenie wiatrem na podstawie prędkości wiatru, możesz wykonać szybkie obliczenie oszacowania pola do gry.
Co to jest obciążenie wiatrem?
ZA obciążenie wiatrem jest miarą siły wywieranej na powierzchnię przez wiatr, którą można wyrazić jako siłę działającą na całą powierzchnię lub ciśnienie (które jest po prostu siłą na jednostkę powierzchni). Dlatego jednostką obciążenia wiatrem SI są niutony lub paskale. W rzeczywistości istnieją trzy rodzaje sił wywieranych przez wiatr na przeciętną konstrukcję: obciążenie unoszące, obciążenie ścinające i obciążenie boczne.
podnoszenie ładunku to efekt podnoszenia wywierany na dach w wyniku przepływu powietrza wokół niego (analogicznie do podnoszenia skrzydeł samolotu). Obciążenie ścinające to ciśnienie poziome, które może przechylić budynek. Wreszcie, obciążenie boczne jest bardziej jak szerokie „pchanie”, które może odsunąć strukturę od jej fundamentu.
Na potrzeby tego artykułu skupimy się na obciążeniu bocznym, ponieważ obliczenia dla innych są bardziej złożone i należy wziąć pod uwagę wiele różnych zmiennych.
Kalkulator prędkości wiatru do siły
Najprostszy wzór do obliczenia obciążenia wiatrem wykorzystuje prędkość wiatru do określenia wielkości wywieranej przez niego siły. Formuła, której potrzebujesz to:
Tutaj, ρ to gęstość powietrza (która zmienia się w zależności od wysokości i temperatury, ale może być przyjmowana jako 1,2 kg/m3 na poziomie morza i temperaturze 15 stopni Celsjusza), v jest prędkość wiatru i ZA to obszar, w którym wieje wiatr. To równanie jest zatem konwerterem prędkości wiatru na siłę, ale można podzielić przez obszar, aby uzyskać obciążenie wiatrem jako ciśnienie w oparciu o prędkość wiatru.
Wyzwaniem związanym z użyciem tego równania jest znalezienie wartości gęstości powietrza w Twojej lokalizacji i dokładnej miary prędkości wiatru, którą musisz obliczyć (ponieważ najwyższy prędkość wiatru określa, jakie obciążenie wiatrem musi wytrzymać konstrukcja). Strefa ZA jest dość łatwy do znalezienia dla regularnych kształtów. Na przykład dla płaskiej prostokątnej powierzchni wystarczy pomnożyć szerokość przez wysokość, aby znaleźć obszar.
Dodawanie współczynników oporu
Jeśli musisz obliczyć siłę (lub ciśnienie) wywołaną wiatrem na niepłaskiej powierzchni, ważniejsze jest uwzględnienie efektu oporu. Podczas gdy dla płaskiej płyty możesz użyć współczynnika oporu równego 1 (więc nie ma to znaczenia dla powyższego wzoru), dla cylindra (na przykład) współczynnik 0,67 uwzględnia zmniejszone oddziaływanie wiatru na on powierzchnia.
Po prostu dodaj ten czynnik po prawej stronie powyższego równania. W tabelach można znaleźć standardowe wartości współczynników dla najpopularniejszych kształtów i struktur.
Inne czynniki
Niestety są wiele inne czynniki wpływające na obciążenie wiatrem danej powierzchni, w tym zmienność prędkości wiatru wraz z wysokością, precyzyjne właściwości powierzchni (np. gładkie szkło w porównaniu z teksturowaną powierzchnią) oraz wpływ otaczających konstrukcji na prędkość wiatru, która prawdopodobnie będzie doświadczony.
Wykonanie dokładnych obliczeń dla Twojej konstrukcji będzie zatem bardziej skomplikowanym procesem niż ten artykuł sprawił, że się pojawił, a aby znaleźć niezawodny, potrzebujesz znacznie więcej niż tylko prędkości wiatru i gęstości powietrza odpowiedź.