Alla utomhuskonstruktioner måste kunna motstå vindkraften och det är därför viktigt att kunna beräkna vindbelastningen om du ska utforma byggnader. Beräkningarna blir dock mer komplexa när man tar hänsyn till fler faktorer. Det betyder att för den mest exakta beräkningen av vindbelastningen är det ofta bättre att använda en online-kalkylator (se Resurser) som tar hänsyn till alla relevanta faktorer, med tillräcklig information.
Om du bara letar efter en grundläggande idé om hur du beräknar en vindbelastning från en vindhastighet kan du dock göra en snabb beräkning för en uppskattning av ballparken.
Vad är en vindbelastning?
A vindbelastning är ett mått på den kraft som utövas på en yta av vinden, som kan uttryckas som en kraft på hela ytan eller ett tryck (som helt enkelt är kraft per ytenhet). Därför är SI-vindlastenheten Newton eller Pascal. Det finns faktiskt tre typer av krafter som utövas av vind på en genomsnittlig struktur: lyftbelastning, skjuvbelastning och sidobelastning.
De lyft belastning
är lyfteffekten som utövas på ett tak från luftens passage runt det (analogt med hissen på flygplanets vingar). Skjuvbelastning är det horisontella trycket som kan luta en byggnad. Till sist, sidobelastning är mer som en bred "pushing" som kan flytta en struktur från dess fundament.I denna artikel kommer fokus att vara på sidobelastningen eftersom beräkningarna för de andra är mer komplexa och det finns många olika variabler att ta hänsyn till.
Kalkylator för vindhastighet till kraft
Den enklaste formeln för att hitta vindbelastningen använder vindhastigheten för att bestämma storleken på den kraft den utövar. Formeln du behöver är:
Här, ρ är luftens densitet (som varierar med höjd och temperatur men kan tas som 1,2 kg / m3 baserat på havsnivå och en temperatur på 15 grader Celsius), v är vindhastigheten, och A är det område som vinden slår. Denna ekvation är därför en vindhastighet till kraftomvandlare, men du kan dela genom området för att få vindbelastning som ett tryck baserat på vindhastigheten.
Utmaningen med att använda denna ekvation är att hitta värden för densiteten i din plats och ett exakt mått på vindhastigheten som du måste beräkna för (eftersom högsta vindhastighet avgör hur mycket vindbelastning en struktur behöver för att kunna motstå). Området A är lätt att hitta för vanliga former. Till exempel, för en plan rektangulär yta multiplicerar du helt enkelt bredden med höjden för att hitta området.
Lägga till dragkoefficienter
Om du behöver beräkna kraften (eller trycket) på grund av vinden på en icke-plan yta är det viktigare att integrera drageffekten. Medan för en platt platta kan du använda en dragkoefficient på 1 (så det gör ingen skillnad för formeln ovan), för en cylinder (till exempel) tar en koefficient på 0,67 hänsyn till vindens minskade påverkan på yta.
Du lägger helt enkelt till den här faktorn på höger sida av ovanstående ekvation. Du kan hitta standardkoefficientvärden för de vanligaste formerna och strukturerna i tabeller.
Andra faktorer
Tyvärr finns det många andra faktorer som påverkar vindbelastningen på en viss yta, inklusive variationen i vindhastighet med höjd, de exakta egenskaperna hos ytan (t.ex. slät glas kontra en strukturerad yta) och påverkan av omgivande strukturer på vindhastigheterna som sannolikt kommer att vara erfaren.
Att göra en korrekt beräkning för din struktur blir därför en mer komplicerad process än detta artikeln har fått det att visas och du behöver mycket mer än bara vindhastigheten och lufttätheten för att hitta en pålitlig svar.