Не можна недооцінювати силу вітру. Як сила вітру змінюється від легкого вітру, що піднімає повітряного змія, до урагану, що зриває дах. Навіть світлові стовпи та подібні звичайні повсякденні конструкції повинні бути спроектовані так, щоб витримувати силу вітру. Однак розрахувати прогнозовану площу, на яку впливають вітрові навантаження, не складно.
Формула вітрового навантаження
Формула для розрахунку вітрового навантаження в найпростішій формі є силою вітрового навантаження, рівною тиску вітру, кратному прогнозованій площі, коефіцієнту опору. Математично формула записується як
F = PAC_d
Додаткові фактори, що впливають на вітрові навантаження, включають пориви вітру, висоту конструкцій та рельєф навколишніх споруд. Також структурні деталі можуть зачепити вітер.
Визначення прогнозованої площі
Прогнозована площа означає площу поверхні, перпендикулярну вітру. Інженери можуть обрати максимальну прогнозовану площу для розрахунку сили вітру.
Обчислення прогнозованої площини площини поверхні, зверненої до вітру, вимагає розгляду тривимірної форми як двовимірної поверхні. Плоска поверхня стандартної стіни, спрямованої прямо на вітер, буде мати квадратну або прямокутну поверхню. Проектована площа конуса може бути трикутником або колом. Проектована площа кулі завжди буде представлена у вигляді кола.
Розрахунки прогнозованої площі
Прогнозована площа квадрата
Площа, на яку вітер наносить удар по квадратній або прямокутній конструкції, залежить від орієнтації конструкції на вітер. Якщо вітер б’є перпендикулярно квадратній або прямокутній поверхні, обчислення площі становить площу, рівну довжині по ширині (A = LH). Для стіни довжиною 20 футів і висотою 10 футів прогнозована площа дорівнює 20 × 10 або 200 квадратних футів.
Однак найбільшою шириною прямокутної конструкції буде відстань від одного кута до протилежного кута, а не відстань між сусідніми кутами. Наприклад, розглянемо будівлю завширшки 10 футів і 12 футів завдовжки і 10 футів заввишки. Якщо вітер вдаряє перпендикулярно стороні, прогнозована площа однієї стіни становитиме 10 × 10 або 100 квадратних футів, тоді як прогнозована площа іншої стіни становитиме 12 × 10 або 120 квадратних футів.
Однак, якщо вітер вдаряє перпендикулярно куту, довжина проектованої площі може бути обчислена відповідно до теореми Піфагора
a ^ 2 + b ^ 2 = c ^ 2
Відстань між протилежними кутами (L) стає
10 ^ 2 + 12 ^ 2 = L ^ 2 \ передбачає L ^ 2 = 244 \ передбачає L = \ sqrt {244} = 15,6 \ text {ft}
Тоді прогнозована площа стає L × H, 15,6 × 10 = 156 квадратних футів.
Прогнозована область сфери
Дивлячись безпосередньо у сферу, двовимірний вигляд або проектована фронтальна сфера - це коло. Проектований діаметр кола дорівнює діаметру кулі.
Отже, при розрахунку прогнозованої площі використовується формула площі для кола: площа дорівнює пі помноженому на радіус, помноженому на радіус, або A = πr2. Якщо діаметр кулі 20 футів, то радіус буде 20 ÷ 2 = 10, а прогнозована площа буде A = π × 102≈3,14 × 100 = 314 квадратних футів.
Прогнозована площа конуса
Вітрове навантаження на конус залежить від орієнтації конуса. Якщо конус сидить на своїй основі, то проектована площа конуса буде трикутником. Формула площі трикутника, основа якої помножена на висоту, помножену на половину (B × H ÷ 2), вимагає знання довжини основи та висоти до кінчика конуса. Якщо конструкція досягає 10 футів по всій основі і 15 футів у висоту, тоді прогнозована площа розрахунку стає 10 × 15 ÷ 2 = 150 ÷ 2 = 75 квадратних футів.
Якщо, однак, конус збалансований таким чином, що основа або наконечник спрямовані безпосередньо на вітер, проектована область буде колом діаметром, рівним відстані через основу. Потім буде застосовано область для формули кола.
Якщо конус лежить так, що вітер б’є перпендикулярно стороні (паралельно основі), то проектована площа конуса буде такою ж трикутної форми, як коли конус сидить на його основі. Потім площа формули трикутника буде використана для обчислення прогнозованої площі.