Как рассчитать площадь проекции для ветровых нагрузок

Сила ветра нельзя недооценивать. Как сила, ветер варьируется от легкого бриза, поднимающего воздушного змея, до урагана, отрывающего крышу. Даже фонарные столбы и аналогичные обычные повседневные конструкции должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать силу ветра. Однако вычислить площадь проекции, подверженную ветровым нагрузкам, несложно.

Формула для расчета ветровой нагрузки в простейшей форме: сила ветровой нагрузки равна давлению ветра, умноженному на расчетную площадь, умноженному на коэффициент сопротивления. Математически формула записывается как

К дополнительным факторам, влияющим на ветровые нагрузки, относятся порывы ветра, высота конструкций и окружающие конструкции местности. Также детали конструкции могут задеть ветер.

Площадь проекции означает площадь поверхности, перпендикулярную ветру. Инженеры могут использовать максимальную проектируемую площадь для расчета силы ветра.

Для расчета площади проекции плоской поверхности, обращенной против ветра, необходимо думать о трехмерной форме как о двухмерной поверхности. Плоская поверхность стандартной стены, обращенная прямо против ветра, будет иметь квадратную или прямоугольную форму. Спроецированная площадь конуса может быть представлена ​​в виде треугольника или круга. Спроецированная площадь сферы всегда будет представлена ​​в виде круга.

​Проектируемая площадь квадрата​

Площадь, в которой ветер ударяет по квадратной или прямоугольной конструкции, зависит от ее ориентации по отношению к ветру. Если ветер дует перпендикулярно квадратной или прямоугольной поверхности, площадь рассчитывается как площадь, равная длине, умноженной на ширину (A = LH). Для стены 20 футов в длину и 10 футов в высоту проектируемая площадь равна 20 × 10 или 200 квадратных футов.

Однако наибольшей шириной прямоугольной конструкции будет расстояние от одного угла до противоположного угла, а не расстояние между соседними углами. Например, рассмотрим здание шириной 10 футов, длиной 12 футов и высотой 10 футов. Если ветер дует перпендикулярно стороне, проецируемая площадь одной стены будет 10 × 10 или 100 квадратных футов, а проецируемая площадь другой стены будет 12 × 10 или 120 квадратных футов.

Однако, если ветер дует перпендикулярно углу, длину проецируемой области можно рассчитать в соответствии с теоремой Пифагора.

Расстояние между противоположными углами (L) становится

Затем проектируемая площадь становится L × H, 15,6 × 10 = 156 квадратных футов.

​Прогнозируемая площадь сферы​

Если смотреть прямо в сферу, двумерный вид или проецируемая фронтальная область сферы представляет собой круг. Спроецированный диаметр круга равен диаметру сферы.

Поэтому при вычислении площади проекции используется формула площади круга: площадь равна пи, умноженному на радиус, умноженное на радиус, или A = πr². Если диаметр сферы 20 футов, то радиус будет 20 ÷ 2 = 10, а площадь проекции будет A = π × 10.²≈3,14 × 100 = 314 квадратных футов.

​Расчетная площадь конуса​

Ветровая нагрузка на конус зависит от его ориентации. Если конус стоит на своем основании, то проектируемая площадь конуса будет треугольником. Формула площади треугольника, умноженная на длину основания, умноженную на половину (B × H ÷ 2), требует знания длины по основанию и высоты до кончика конуса. Если конструкция имеет 10 футов в поперечнике и 15 футов в высоту, то расчет площади проекции становится 10 × 15 ÷ 2 = 150 ÷ ​​2 = 75 квадратных футов.

Если, однако, конус сбалансирован так, что основание или острие направлены прямо против ветра, проецируемая область будет представлять собой круг с диаметром, равным расстоянию через основание. Затем будет применена площадь для формулы круга.

Если конус лежит так, что ветер дует перпендикулярно стороне (параллельно основанию), то проецируемая область конуса будет такой же треугольной формы, как когда конус сидит на своем основании. Затем формула площади треугольника будет использоваться для расчета площади проекции.