Sila vetra sa nedá podceniť. Ako sila sa vietor líši od ľahkého vánku, ktorý dvíha draka, až po hurikán, ktorý strháva strechu. Aj svetelné stĺpy a podobné bežné, každodenné konštrukcie musia byť navrhnuté tak, aby odolali sile vetra. Výpočet projektovanej plochy ovplyvnenej zaťažením vetrom však nie je ťažký.
Vzorec zaťaženia vetrom
Vzorec na výpočet zaťaženia vetrom je v najjednoduchšej forme taký, že sila zaťaženia vetrom sa rovná času tlaku vetra a projektovanej ploche krát koeficientu odporu. Matematicky je vzorec napísaný ako
F = PAC_d
Medzi ďalšie faktory ovplyvňujúce zaťaženie vetrom patria poryvy vetra, výšky konštrukcií a okolité konštrukcie terénu. Konštrukčné detaily môžu tiež zachytávať vietor.
Definícia projektovanej oblasti
Premietanou plochou sa rozumie povrchová plocha kolmá na vietor. Inžinieri sa môžu rozhodnúť použiť maximálnu premietnutú plochu na výpočet sily vetra.
Výpočet projektovanej plochy rovnej plochy smerujúcej do vetra si vyžaduje premýšľanie o trojrozmernom tvare ako o dvojrozmernom povrchu. Rovný povrch štandardnej steny smerujúcej priamo do vetra bude mať štvorcový alebo obdĺžnikový povrch. Premietaná plocha kužeľa by mohla vyzerať ako trojuholník alebo ako kruh. Premietaná plocha gule sa vždy zobrazí ako kruh.
Výpočty projektovanej plochy
Projektovaná plocha štvorca
Plocha, ktorú vietor zasiahne do štvorcovej alebo obdĺžnikovej konštrukcie, závisí od orientácie konštrukcie na vietor. Ak vietor udrie kolmo na štvorcový alebo obdĺžnikový povrch, výpočet plochy je plocha rovná dĺžke krát šírka (A = LH). Pre stenu, ktorá je dlhá 20 stôp a 10 stôp vysoká, sa projektovaná plocha rovná 20 × 10 alebo 200 štvorcových stôp.
Avšak najväčšou šírkou obdĺžnikovej konštrukcie bude vzdialenosť od jedného rohu k opačnému rohu, nie vzdialenosť medzi susednými rohmi. Zvážte napríklad budovu, ktorá je 10 stôp široká, 12 stôp dlhá a 10 stôp vysoká. Ak vietor udrie kolmo na stranu, projektovaná plocha jednej steny bude 10 × 10 alebo 100 štvorcových stôp, zatiaľ čo projektovaná plocha druhej steny bude 12 × 10 alebo 120 štvorcových stôp.
Ak však vietor udrie kolmo na roh, dĺžku premietanej plochy je možné vypočítať podľa Pytagorovej vety
a ^ 2 + b ^ 2 = c ^ 2
Vzdialenosť medzi protiľahlými rohmi (L) sa stane
10 ^ 2 + 12 ^ 2 = L ^ 2 \ znamená L ^ 2 = 244 \ znamená L = \ sqrt {244} = 15,6 \ text {ft}
Premietaná plocha sa potom zmení na L × H, 15,6 × 10 = 156 štvorcových stôp.
Projektovaná oblasť gule
Pri pohľade priamo do gule je dvojrozmerný pohľad alebo premietnutá čelná plocha gule kruh. Projektovaný priemer kruhu sa rovná priemeru gule.
Výpočet projektovanej plochy preto používa vzorec plochy pre kruh: plocha sa rovná pi krát polomer krát polomer alebo A = πr2. Ak je priemer gule 20 stôp, potom bude polomer 20 ÷ 2 = 10 a projektovaná plocha bude A = π × 102≈3,14 × 100 = 314 štvorcových stôp.
Projektovaná plocha kužeľa
Zaťaženie vetrom na kužeľ závisí od orientácie kužeľa. Ak kužeľ sedí na svojej základni, potom bude premietnutá plocha kužeľa trojuholník. Plošný vzorec pre trojuholník, dĺžka základne krát výška krát polovica (B × H ÷ 2), vyžaduje znalosť dĺžky cez základňu a výšky po koniec kužeľa. Ak je konštrukcia 10 stôp cez základňu a 15 stôp vysoká, potom sa výpočet projektovanej plochy stane 10 × 15 ÷ 2 = 150 ÷ 2 = 75 štvorcových stôp.
Ak je však kužeľ vyvážený tak, že dno alebo hrot smeruje priamo do vetra, bude premietanou oblasťou kruh s priemerom rovným vzdialenosti cez dno. Potom by sa použila plocha pre kruhový vzorec.
Ak kužeľ leží tak, že vietor dopadá kolmo na stranu (rovnobežne so základňou), bude mať premietnutá plocha kužeľa rovnaký trojuholníkový tvar, ako keď kužeľ sedí na svojej základni. Plocha trojuholníkového vzorca by sa potom použila na výpočet projektovanej plochy.