Sådan beregnes vindbelastninger fra vindhastigheder

En vindbelastning refererer til intensiteten af ​​den kraft, som vinden finder anvendelse på en struktur. Selvom du kan bruge en simpel formel til at beregne vindbelastninger fra vindhastighed, skal bygningsdesignere, ingeniører og konstruktører indarbejde mange yderligere beregninger for at sikre, at deres strukturer ikke blæser i høj vind.

Vindtryk

Du kan få en generel ide om trykket på en 1-fods-1-fods sektion af en struktur ved at bruge følgende formel: Vindtryk pr. kvadratfod = 0,00256 x kvadratet af vindhastigheden. For eksempel skaber en hastighed på 40 km /h (mph) vindhastighed et tryk på (0,00256 x (40) ^ 2) = 4,096 pund pr. Kvadratfod (psf). Ifølge denne formel skal en konstruktion beregnet til at modstå 100 mph vind skal bygges for at modstå et vindtryk på 25,6 psf. Flere hjemmesider tilbyder multifactor online-regnemaskiner til at bestemme vindtryk på standardstrukturer.

Trækningskoefficient

Ved at oversætte vindtryk til vindbelastning skal der tages højde for strukturen, som bestemmer dens trækkoefficient ( Cd), et mål for vindmotstand. Ingeniører har udarbejdet standard Cd værdier til forskellige former. For eksempel har en flad overflade en Cd på 2,0, mens CD'en af ​​en lang cylinder er 1,2. Cd er et rent nummer uden enheder. Komplekse former kræver omhyggelig analyse og test for at bestemme deres Cd-værdier. For eksempel bruger bilproducenter brug af vindtunneler for at finde et køretøjs cd.

Belastning er en kraft

Bevæbnet med tryk og træk data, kan du finde vindbelastningen ved hjælp af følgende formel: kraft = område x tryk x Cd. Ved hjælp af eksemplet på en flad sektion af en struktur kan området - eller længde x bredde - indstilles til 1 kvadratfod, hvilket resulterer i en vindbelastning på 1 x 25,6 x 2 = 51,2 psf for en 100 mph vind. En 10-fods-12 fods væg hævder et areal på 120 kvadratfod, hvilket betyder at den skal modstå en 100 mph vindbelastning på 120 x 51,2 = 6,144 psf. I den virkelige verden bruger ingeniører formler, der er mere sofistikerede og indeholder yderligere variabler.

Andre variabler

Ingeniører skal redegøre for, at vindhastigheden kan variere med højde over jorden, atmosfærisk tryk , terræn, temperatur, isdannelse, effekten af ​​vindstød og andre variabler. Forskellige myndigheder offentliggør modstridende Cd-værdier, som kan give forskellige resultater afhængigt af den valgte myndighed. Ingeniører normalt "overbuild" strukturer, så de kan modstå vindbelastninger ud over den maksimale vindhastighed, der forventes på strukturens placering. Forskellige belastninger gælder for vind, der blæser på en struktur fra siden bag, over eller under.