Beregning af vindbelastninger ud fra vindhastigheder:En praktisk vejledning for ingeniører

Af Lee Johnson, Opdateret 24. marts 2022

Alle udendørs strukturer skal være konstrueret til at modstå vindstyrker. Selvom den grundlæggende fysik er enkel, kræver design i den virkelige verden omhyggelig overvejelse af mange variabler. For at få de mest nøjagtige resultater er de fleste fagfolk afhængige af specialiseret software eller en online lommeregner, der inkorporerer alle relevante faktorer. Et hurtigt estimat for boldbane kan dog opnås med en grundlæggende formel.

Hvad er en vindbelastning?

En vindbelastning er den kraft, som vinden udøver på en overflade, udtrykt enten som total kraft (Newtons) eller som tryk (Pascal). I praksis kan vind påføre en struktur tre forskellige kræfter:opløftning (løft af tage), skær (vandret tryk, der kan vippe en bygning), og lateralt belastning (bredt "skubbe", der kan forskyde en struktur fra dens fundament). Denne vejledning fokuserer på sidebelastninger, som er det mest almindelige mål for byggekoder.

Vindhastighed til at forcere formel

Det grundlæggende forhold mellem vindhastighed og kraft er:

Fw = ½ ρ v² A

hvor:
ρ =lufttæthed (≈1,2kg/m³ ved havoverfladen og 15°C, men varierer med højde og temperatur),
v =vindhastighed (m/s),
A =projekteret areal udsat for vinden (m²).

At dividere med området giver vindtryk:

p = ½ ρ v²

I design bruges den højeste designvindhastighed – typisk afledt af lokale kodetabeller – til at sikre sikkerhed under ekstreme forhold.

Inkorporering af trækkoefficienter

For ikke-flade overflader modereres vindstyrken af formens modstandskoefficient (C_d ). Den ændrede ligning bliver:

Fw = ½ ρ v² Cd A

Typiske værdier:flad plade≈1,0; cylindrisk søjle≈0,67; uregelmæssige strukturer≈0,8–1,2. Standardtabeller fra ASCE7 eller Eurocode1 giver koefficienter for de fleste almindelige geometrier.

Yderligere indflydelsesfaktorer

• Vindhastighedsvariation med højden (vindprofileksponenten)
• Overfladeruhed (glat glas vs. struktureret facade)
• Topografi og terrænklasse (flad slette vs. bakket område)
• Nærhed og arrangement af nabobygninger (vindskygge, kanalisering)
• Indvendig strukturel stivhed og dæmpningsegenskaber

På grund af disse kompleksiteter er en simpel beregning bedst brugt til foreløbig dimensionering. For endeligt design, se den relevante kode (f.eks. ASCE7, Eurocode1) og overvej en vindtunnelundersøgelse eller CFD-analyse, hvis strukturen er meget uregelmæssig.

Prøv vores vindbelastningsberegner for at få et hurtigt overslag online. som inkorporerer tæthed, højde, form og lokale vindhastighedsdata.

Billedkredit:GrashAlex/iStock/GettyImages