Indhold
Vindens kraft kan ikke undervurderes. Som en kraft varierer vinden fra en let brise, der løfter en drage til orkanen, der river et tag af. Selv lyspoler og lignende almindelige, hverdagslige strukturer skal være designet til at modstå vindkraften. Det er imidlertid ikke vanskeligt at beregne det forventede område, der er påvirket af vindbelastninger.
Vindbelastningsformel
Formlen til beregning af vindbelastning, i sin enkleste form, er vindbelastningskraften svarer til vindtrykstider projiceret areal gange trækkoefficient. Matematisk er formlen skrevet som F = PACd. Yderligere faktorer, der påvirker vindbelastningen, inkluderer vindkast, konstruktionshøjder og terræn omgivende strukturer. Strukturelle detaljer kan også fange vinden.
Definition af projektet område
Projekteret område betyder overfladearealet vinkelret på vinden. Ingeniører kan vælge at bruge det maksimale projicerede område til at beregne vindkraften.
Beregning af det projicerede område på en plan overflade, der vender ud mod vinden, kræver at tænke på den tredimensionelle form som en to-dimensionel overflade. Den flade overflade på en standardvæg, der vender direkte ind i vinden, vil have en firkantet eller rektangulær overflade. Det projicerede område af en kegle kunne præsenteres som en trekant eller som en cirkel. Det projicerede område af en kugle vil altid være til stede som en cirkel.
Beregnet arealberegning
Projekteret område på et torv
Det område, som vinden rammer på en firkantet eller rektangulær struktur, afhænger af strukturens retning mod vinden. Hvis vinden rammer vinkelret på en firkantet eller rektangulær overflade, er arealberegningen areal lig med længde gange bredde (A = LH). For en væg, der er 20 fod lang og 10 fod høj, svarer det projicerede område til 20 × 10 eller 200 kvadratfod.
Imidlertid vil den største bredde af en rektangulær struktur være afstanden fra det ene hjørne til det modsatte hjørne, ikke afstanden mellem tilstødende hjørner. Overvej for eksempel en bygning, der er 10 fod bred og 12 fod lang og 10 fod høj. Hvis vinden rammer vinkelret på en side, vil det projicerede område af den ene væg være 10 × 10 eller 100 kvadratfod, mens det projicerede område af den anden væg vil være 12 × 10 eller 120 kvadratfod.
Hvis vinden rammer vinkelret på et hjørne, kan længden af det projicerede område imidlertid beregnes i henhold til Pythagorean Theorem (a2+ b2 = c2). Afstanden mellem modsatte hjørner (L) bliver 102+122= L2eller 100 + 144 = L2= 244 fod. Derefter L = √244 = 15,6 fod. Det projicerede område bliver derefter L × H, 15,6 × 10 = 156 kvadratfod.
Projekteret område af en sfære
Ser man direkte ind i en kugle, er den todimensionelle udsigt eller det projicerede frontalområde af en kugle en cirkel. Cirklenes projicerede diameter er lig med kuglens diameter.
Den projicerede arealberegning bruger derfor arealformlen for en cirkel: areal er lig med pi gange radius gange radius, eller A = πr2. Hvis kuglens diameter er 20 fod, vil radius være 20 ÷ 2 = 10, og det projicerede område vil være A = π × 102≈3,14 × 100 = 314 kvadratfod.
Projekteret område af en kegle
Vindbelastningen på en kegle afhænger af keglens orientering. Hvis keglen sidder på sin base, vil det projicerede område af keglen være en trekant. Arealformlen for en trekant, basetider højde gange halvdelen (B × H ÷ 2), kræver at man kender længden over basen og højden til keglen spids. Hvis strukturen er 10 fod på tværs af basen og 15 fod høj, bliver den beregnede arealberegning 10 × 15 ÷ 2 = 150 ÷ 2 = 75 kvadratfod.
Hvis keglen imidlertid er afbalanceret, så basen eller spidsen peger direkte i vinden, vil det projicerede område være en cirkel med en diameter, der er lig med afstanden over basen. Området for en cirkelformel anvendes derefter.
Hvis keglen ligger, så vinden rammer vinkelret på siden (parallelt med basen), vil det projicerede område af keglen have den samme trekantede form som når keglen sidder på sin bund. Området med en trekantformel vil derefter blive brugt til at beregne det projicerede område.