Vindens kraft kan inte underskattas. Som en kraft varierar vinden från en lätt bris som lyfter en drake till orkanen som riva av ett tak. Även ljusstänger och liknande vanliga, vardagliga strukturer måste utformas för att motstå vindens kraft. Att beräkna det projicerade området som påverkas av vindbelastningar är dock inte svårt.
Formel för vindbelastning
Formeln för beräkning av vindbelastning, i sin enklaste form, är vindbelastningskraft lika med vindtryck gånger projicerad area gånger dragkoefficient. Matematiskt skrivs formeln som
F = PAC_d
Ytterligare faktorer som påverkar vindbelastningar inkluderar vindbyar, höjder på strukturer och terrängomgivande strukturer. Dessutom kan strukturella detaljer fånga vinden.
Projicerad areadefinition
Projicerad area betyder yta vinkelrätt mot vinden. Ingenjörer kan välja att använda den maximala projicerade ytan för att beräkna vindens kraft.
Att beräkna den projicerade ytan av en plan yta som vetter mot vinden kräver att man tänker på den tredimensionella formen som en tvådimensionell yta. Den plana ytan på en standardvägg som vetter direkt mot vinden kommer att ha en kvadratisk eller rektangulär yta. Det planerade området av en kon kan presenteras som en triangel eller som en cirkel. Det projicerade området för en sfär kommer alltid att visas som en cirkel.
Beräknade arealberäkningar
Projicerat område på en torg
Området som vinden träffar på en fyrkantig eller rektangulär struktur beror på strukturens orientering mot vinden. Om vinden slår vinkelrätt mot en kvadratisk eller rektangulär yta är areaberäkningen lika med längden gånger bredden (A = LH). För en vägg som är 20 fot lång och 10 fot hög motsvarar det projicerade området 20 × 10 eller 200 kvadratfot.
Den största bredden av en rektangulär struktur är emellertid avståndet från ett hörn till motsatt hörn, inte avståndet mellan intilliggande hörn. Tänk till exempel på en byggnad som är 10 fot bred och 12 fot lång och 10 fot lång. Om vinden träffar vinkelrätt mot en sida kommer den projicerade ytan på en vägg att vara 10 × 10 eller 100 kvadratfot medan den projicerade ytan på den andra väggen kommer att vara 12 × 10 eller 120 kvadratfot.
Om vinden träffar vinkelrätt mot ett hörn kan dock den projicerade areans längd beräknas enligt Pythagoras teorem
a ^ 2 + b ^ 2 = c ^ 2
Avståndet mellan motsatta hörn (L) blir
10 ^ 2 + 12 ^ 2 = L ^ 2 \ innebär L ^ 2 = 244 \ innebär L = \ sqrt {244} = 15,6 \ text {ft}
Det projicerade området blir då L × H, 15,6 × 10 = 156 kvadratfot.
Projicerat område för en sfär
Tittar direkt in i en sfär är den tvådimensionella vyn eller det projicerade frontområdet på en sfär en cirkel. Cirkelns projicerade diameter är lika med sfärens diameter.
Den beräknade areaberäkningen använder därför areaformeln för en cirkel: arean är lika med pi gånger radie gånger radie, eller A = πr2. Om sfärens diameter är 20 fot blir radien 20 ÷ 2 = 10 och det projicerade området blir A = π × 102.13,14 × 100 = 314 kvadratfot.
Projicerat område för en kon
Vindbelastningen på en kon beror på konens orientering. Om konen sitter på basen, kommer den projicerade ytan av konen att vara en triangel. Areaformeln för en triangel, bas gånger höjd gånger halva (B × H ÷ 2), kräver att man känner till längden över basen och höjden till konens spets. Om strukturen är 10 fot över basen och 15 fot hög blir den beräknade areaberäkningen 10 × 15 ÷ 2 = 150 ÷ 2 = 75 kvadratfot.
Om konen emellertid är balanserad så att basen eller spetsen pekar direkt mot vinden kommer det projicerade området att vara en cirkel med en diameter lika med avståndet över basen. Området för en cirkelformel skulle sedan tillämpas.
Om konen ligger så att vinden träffar vinkelrätt mot sidan (parallellt med basen) kommer konens projicerade yta att ha samma triangulära form som när konen sitter på basen. Området med en triangelformel skulle sedan användas för att beräkna det projicerade området.