Ako vypočítať zaťaženie vetrom?

Obecný vzorec pre zaťaženie vetrom je F = A x P x Cd, kde F je sila alebo zaťaženie vetrom, A je predpokladaná plocha objektu, P je tlak vetra a Cd je koeficient odporu.

Vietor je množstvo vzduchu, ktoré sa pohybuje prevažne horizontálnym smerom z oblasti vysokého tlaku do oblasti s nízkym tlakom. Silný vietor môže byť veľmi deštruktívny, pretože vytvára tlak na povrch konštrukcie. Intenzita tohto tlaku je zaťaženie vetrom. Účinok vetra závisí od veľkosti a tvaru konštrukcie. Výpočet zaťaženia vetrom je potrebný pre návrh a stavbu bezpečnejších budov odolnejších voči vetru a umiestnenie predmetov, ako sú antény, na vrch budov.

Metóda 1 z 3: Výpočet zaťaženia vetrom pomocou generického vzorca

1

Definujte generický vzorec. Obecný vzorec pre zaťaženie vetrom je F = A x P x Cd, kde F je sila alebo zaťaženie vetrom, A je predpokladaná plocha objektu, P je tlak vetra a Cd je koeficient odporu. Táto rovnica je užitočná na odhadovanie zaťaženia vetrom na konkrétny objekt, ale nespĺňa požiadavky stavebného predpisu na plánovanie novej výstavby.
2
Nájdite premietanú plochu a. Toto je oblasť dvojrozmernej tváre, na ktorú vietor naráža. Na úplnú analýzu zopakujete výpočet pre každú stranu budovy. Napríklad, ak má budova západnú stranu o rozlohe 20 m², použite túto hodnotu pre A na výpočet zaťaženia vetrom na západnej strane.
- Vzorec na výpočet plochy závisí od tvaru tváre. Pri rovnej stene použite vzorec Plocha = dĺžka x výška. Približná plocha čela stĺpca je Plocha = priemer x výška.
- Pri výpočtoch SI zmerajte A v metroch štvorcových (m²).
- Pri imperiálnych výpočtoch zmerajte A v m² (ft ²).
3
Vypočítajte tlak vetra. Jednoduchý vzorec pre tlak vetra P v imperiálnych jednotkách (libry na m²) je P = 0,00256V2 {\ Displaystyle P = 0,00256V^{2}} $P = 0,00256v^{2}$ , kde V je rýchlosť vetra v míľach za hodinu (mph). Ak chcete nájsť tlak v jednotkách SI (Newtony na meter štvorcový), použite namiesto toho P = 0,613V2 {\ displaystyle P = 0,613V^{2}} $P = 0,613v^{2}$ a zmerajte V v metroch za sekundu.
- Tento vzorec je založený na kódexe Európskej spoločnosti stavebných inžinierov. Koeficient 0,00256 je výsledkom výpočtu založeného na typických hodnotách hustoty vzduchu a gravitačného zrýchlenia.
- Inžinieri používajú presnejší vzorec, aby zohľadnili faktory, ako je okolitý terén a typ konštrukcie. Môžete vyhľadať jeden vzorec v kóde ASCE 7-05 alebo použiť vzorec UBC nižšie.
- Ak si nie ste istí, aká je rýchlosť vetra, vyhľadajte maximálnu rýchlosť vetra vo vašej oblasti pomocou štandardu Electronic Industries Alliance (EIA). Napríklad väčšina USA je v zóne A s vetrom 86,6 mph, ale pobrežné oblasti môžu ležať v zóne B (100 mph) alebo v zóne C (111,8 mph).
4
Určte koeficient odporu pre príslušný objekt. Vlek je sila, ktorou vzduch pôsobí na budovu, ovplyvnená tvarom budovy, drsnosťou jej povrchu a niekoľkými ďalšími faktormi. Technici zvyčajne merajú odpor priamo pomocou experimentov, ale pre hrubý odhad môžete vyhľadať typický koeficient odporu pre tvar, ktorý meriate. Napríklad:
- Štandardný koeficient odporu pre dlhú rúrku valca je 1,2 a pre krátky valec 0,8. Platí to pre anténne trubice nachádzajúce sa v mnohých budovách.
- Štandardný koeficient pre plochú dosku, ako je predná časť budovy, je 2,0 pre dlhú plochú dosku alebo 1,4 pre kratšiu plochú dosku.
- Koeficient odporu nemá jednotky.
Vzorec je F = A x P, kde A je predpokladaná plocha a P je tlak vetra; tento vzorec má však alternatívny výpočet tlaku vetra.
5

Vypočítajte zaťaženie vetrom. Pomocou vyššie uvedených hodnôt môžete teraz vypočítať zaťaženie vetrom pomocou rovnice F = A x P x Cd.
6
Povedzme napríklad, že chcete určiť zaťaženie vetrom na anténe dlhej 3 metre s priemerom 1 centimeter v nárazoch vetra 70 míľ za hodinu.
- Začnite odhadom projektovanej oblasti. V tomto prípade $A = dw = (3 stopy) (0,5 palca) (1 stopu/12 palcov) = 0,125 stopy^{{2}}$
- Vypočítajte tlak vetra: $P = 0,00256v^{{2}} = 0,00256 (70^{{2}}) = 12,5psf$ .
- Pre krátky valec je súčiniteľ odporu 0,8.
- Pripojenie k rovnici: $F = apcd = (0,125ft^{{2}}) (12,5psf) (0,8) = 1,25lbs.$
- 1,25 libry je množstvo veterného zaťaženia antény.

Metóda 2 z 3: Výpočet zaťaženia vetrom pomocou vzorca aliancie elektronického priemyslu

1

Definujte vzorec vyvinutý alianciou elektronického priemyslu. Vzorec pre zaťaženie vetrom je F = A x P x Cd x Kz x Gh, kde A je predpokladaná plocha, P je tlak vetra, Cd je koeficient odporu, Kz je koeficient expozície a Gh je faktor reakcie na náraz. Tento vzorec zohľadňuje niekoľko ďalších parametrov pre zaťaženie vetrom. Tento vzorec sa všeobecne používa na výpočet zaťaženia antén vetrom.
2
Pochopte premenné rovnice. Aby ste mohli rovnicu používať správne, musíte najskôr porozumieť tomu, čo každá premenná znamená a aké sú jej priradené jednotky.
- A, P a Cd sú rovnaké premenné používané vo generickej rovnici.
- Kz je koeficient expozície a vypočítava sa s prihliadnutím na výšku od zeme do stredu objektu. Jednotky Kz sú stopy.
- Gh je faktor reakcie na náraz a vypočíta sa s prihliadnutím na celú výšku objektu. Jednotky Gh sú 1/stopy alebo ft ^-1.
3
Určite projektovanú oblasť. Projekčná plocha vášho objektu závisí od jeho tvaru a veľkosti. Ak vietor naráža na rovnú stenu, premietanú plochu je možné jednoduchšie vypočítať, ako keby bol predmet zaoblený. Projektovaná plocha bude aproximáciou oblasti, s ktorou vietor príde do styku. Neexistuje jeden vzorec na výpočet projektovanej plochy, ale môžete ho odhadnúť pomocou niekoľkých základných výpočtov. Jednotky pre plochu sú ft ².
- Pri plochej stene použite vzorec Plocha = dĺžka x šírka, pričom zmerajte dĺžku a šírku steny, na ktorú do nej vietor naráža.
- V prípade trubice alebo stĺpca môžete tiež aproximovať plochu pomocou dĺžky a šírky. V tomto prípade bude šírka priemeru trubice alebo stĺpca.
4
Vypočítajte tlak vetra. Tlak vetra je daný rovnicou P = 0,00256 x V ², kde V je rýchlosť vetra v míľach za hodinu (mph). Jednotkou tlaku vetra sú libry na m² (psf).
- Ak je napríklad rýchlosť vetra 70 mph, tlak vetra je 0,00256 x 70² = 12,5 psf.
- Alternatívou k výpočtu tlaku vetra pri konkrétnej rýchlosti vetra je použitie štandardu pre rôzne veterné zóny. Podľa organizácie Electronic Industries Alliance (EIA) sa napríklad väčšina USA nachádza v zóne A s vetrom 86,6 mph, ale pobrežné oblasti môžu ležať v zóne B (100 mph) alebo v zóne C (111,8 mph).
5
Určte koeficient odporu pre príslušný objekt. Ťah je čistá sila v smere toku v dôsledku tlaku na povrch predmetu. Koeficient odporu predstavuje odpor objektu v tekutine a závisí od tvaru, veľkosti a drsnosti predmetu.
- Štandardný koeficient odporu pre rúrku s dlhým valcom je 1,2 a pre krátky valec 0,8. Platí to pre anténne trubice nachádzajúce sa v mnohých budovách.
- Štandardný koeficient pre plochú dosku, ako je predná časť budovy, je 2,0 pre dlhú plochú dosku alebo 1,4 pre kratšiu plochú dosku.
- Rozdiel medzi ťažnými koeficienty pre ploché a valcových predmetov je približne 0,6.
- Koeficient odporu nemá jednotky.
Na výpočet zaťaženia vetrom pomocou všeobecného vzorca použite F = A × P × Cd, kde F je sila alebo zaťaženie vetrom, A je predpokladaná plocha objektu, P je tlak vetra a Cd je koeficient odporu.
6
Vypočítajte koeficient expozície, kz. Kz sa vypočíta pomocou vzorca [z/33] ^(0,29), kde z je výška od zeme do stredu objektu.
- Ak máte napríklad anténu 3 stopy dlhú a 48 stôp od zeme, z by sa rovnalo 46,5 m
- Kz = [z/33] ^(0,29) = [46,1673] ^(0,29) = 1,1 m
7
Vypočítajte faktor reakcie na náraz, gh. Faktor odozvy na náraz je vypočítaný z rovnice Gh = 0,65+ 0,60/[(h/33) ^(0,14)], kde h je výška objektu.
- Ak máte napríklad anténu 3 stopy dlhú a 48 stôp od zeme, Gh = 0,65+ 0,60/[(h/33) ^(0,14)] = 0,65+ 0,60 /(50,333) ^(0,14) = 1,22 ft ^-1
8
Vypočítajte zaťaženie vetrom. Pomocou vyššie uvedených hodnôt môžete teraz vypočítať zaťaženie vetrom pomocou rovnice F = A x P x Cd x Kz x Gh. Pripojte všetky svoje premenné a počítejte.
- Povedzme napríklad, že chcete určiť zaťaženie vetrom na anténe dlhej 3 metre s priemerom 1 centimeter v nárazoch vetra 70 míľ za hodinu. Je umiestnená na 48 -metrovej budove.
- Začnite výpočtom projektovanej plochy. V tomto prípade A = dxš = 3 stopy x (0,5 palca x (1 stopu/12 palcov)) = 0,125 stopy ².
- Vypočítajte tlak vetra: P = 0,00256 x V ² = 0,00256 x 70² = 12,5 psf.
- Pre krátky valec je súčiniteľ odporu 0,8.
- Vypočítajte koeficient expozície: Kz = [z/33] ^(0,29) = [46,1673] ^(0,29) = 1,1 m
- Vypočítajte faktor reakcie na náraz: Gh = 0,65+ 0,60/[(h/33) ^(0,14)] = 0,65+ 0,60/(50,333) ^(0,14) = 1,22 ft ^-1
- Pripojenie do rovnice: F = A x P x Cd x Kz x Gh = 0,125 x 12,5 x 0,8 x 1,1 x 1,22 = 1,68 libier.
- 1,68 libry je množstvo zaťaženia antény vetrom.

Metóda 3 z 3: Výpočet zaťaženia vetrom podľa vzorca jednotného stavebného kódu (UBC) '97

1
Definujte vzorec UBC '97. Tento vzorec bol vyvinutý v roku 1997 ako súčasť Jednotného stavebného zákona (UBC) na výpočet zaťaženia vetrom. Vzorec je F = A x P, kde A je predpokladaná plocha a P je tlak vetra; tento vzorec má však alternatívny výpočet tlaku vetra.
- Tlak vetra (PSF) sa vypočíta ako P = Ce x Cq x Qs x Iw, kde Ce je kombinovaný faktor výšky, expozície a nárazovej odozvy, Cq je koeficient tlaku (je ekvivalentný koeficientu odporu v predchádzajúcich dvoch rovniciach), Qs je vietor stagnácie tlak a Iw je dôležité faktorom. Všetky tieto hodnoty je možné vypočítať alebo získať z príslušných tabuliek.
2
Určite projektovanú oblasť. Projekčná plocha vášho objektu závisí od jeho tvaru a veľkosti. Ak vietor naráža na rovnú stenu, premietanú plochu je možné jednoduchšie vypočítať, ako keby bol predmet zaoblený. Projektovaná plocha bude aproximáciou oblasti, s ktorou vietor príde do styku. Neexistuje jeden vzorec na výpočet projektovanej plochy, ale môžete ho odhadnúť pomocou niekoľkých základných výpočtov. Jednotky pre plochu sú ft ².
- Pri plochej stene použite vzorec Plocha = dĺžka x šírka, pričom zmerajte dĺžku a šírku steny, na ktorú do nej vietor naráža.
- V prípade trubice alebo stĺpca môžete tiež aproximovať plochu pomocou dĺžky a šírky. V tomto prípade bude šírka priemeru trubice alebo stĺpca.
3
Určte ce, kombinovanú výšku, expozíciu a faktor reakcie na náraz. Táto hodnota je zvolená na základe tabuľky 16-G UBC a zohľadňuje tri expozície terénu s rôznymi výškami a hodnotami Ce pre každú z nich.
- "Expozícia B je terén so budovami, stromami alebo inými nerovnosťami povrchu, ktoré pokrývajú najmenej 20 percent okolitej oblasti a siahajú 1,6 kilometra alebo viac od miesta."
- "Expozícia C má terén, ktorý je plochý a spravidla otvorený, siahajúci 0,8 km alebo viac od miesta."
- "Expozícia D je najťažšia, pričom základná rýchlosť vetra je 129 km/h alebo väčšia a terén je plochý a bez prekážok čelí veľkým vodným plochám."
4
Určte koeficient tlaku pre príslušný objekt. Koeficient tlaku, Cq, je rovnaký ako koeficient odporu (Cd). Ťah je čistá sila v smere toku v dôsledku tlaku na povrch predmetu. Koeficient odporu predstavuje odpor objektu v tekutine a závisí od tvaru, veľkosti a drsnosti predmetu.
- Štandardný koeficient odporu pre rúrku s dlhým valcom je 1,2 a pre krátky valec 0,8. Platí to pre anténne trubice nachádzajúce sa v mnohých budovách.
- Štandardný koeficient pre plochú dosku, ako je predná časť budovy, je 2,0 pre dlhú plochú dosku alebo 1,4 pre kratšiu plochú dosku.
- Rozdiel medzi koeficientmi odporu pre ploché a valcové položky je približne 0,6.
- Koeficient odporu nemá jednotky.
Vzorec pre zaťaženie vetrom je F = A x P x Cd x Kz x Gh, kde A je predpokladaná plocha, P je tlak vetra, Cd je koeficient odporu, Kz je koeficient expozície a Gh je faktor reakcie na náraz.
5
Určte tlak stagnácie vetra. Qs je tlak stagnácie vetra a je ekvivalentom výpočtu tlaku vetra z predchádzajúcich rovníc: Qs = 0,00256 x V ², kde V je rýchlosť vetra v míľach za hodinu (mph).
- Ak je napríklad rýchlosť vetra 70 mph, tlak stagnácie vetra je 0,00256 x 70² = 12,5 psf.
- Alternatívou k tomuto výpočtu je použitie noriem stanovených pre rôzne veterné zóny. Podľa organizácie Electronic Industries Alliance (EIA) sa napríklad väčšina USA nachádza v zóne A s vetrom 86,6 mph, ale pobrežné oblasti môžu ležať v zóne B (100 mph) alebo v zóne C (111,8 mph).
6
Určite faktor dôležitosti. Iw je faktor dôležitosti a je možné ho určiť pomocou tabuľky 16-K UBC. Je to multiplikátor používaný pri výpočte zaťaženia, ktorý zohľadňuje využitie budovy. Ak budova obsahuje nebezpečné materiály, jej faktor dôležitosti bude vyšší ako v tradičnej budove.
- Výpočty pre budovy so štandardným použitím majú faktor dôležitosti jeden.
7
Vypočítajte zaťaženie vetrom. Pomocou vyššie uvedených hodnôt môžete teraz vypočítať zaťaženie vetrom pomocou rovnice F = A x P = A x Ce x Cq x Qs x Iw. Pripojte všetky svoje premenné a počítejte.
- Povedzme napríklad, že chcete určiť zaťaženie vetrom na anténe dlhej 3 metre s priemerom 1 centimeter v nárazoch vetra 70 míľ za hodinu. Je umiestnená na vrchole budovy vysokého štandardu 48 stôp v oblasti s expozičným terénom B.
- Začnite výpočtom projektovanej plochy. V tomto prípade A = dxš = 3 stopy x (0,5 palca x (1 stopu/12 palcov)) = 0,125 stopy ².
- Určite Ce. Na základe tabuľky 16-G s výškou 48 stôp a expozíciou B terén je Ce 0,84.
- Pre krátky valec je koeficient odporu alebo Cq 0,8.
- Vypočítajte Qs: Qs = 0,00256 x V ² = 0,00256 x 70² = 12,5 psf.
- Určite faktor dôležitosti. Toto je štandardná budova, preto Iw je 1.
- Pripojenie do rovnice: F = A x P = A x Ce x Cq x Qs x Iw = 0,125 x 0,84 x 0,8 x 12,5 x 1 = 1,05 libry.
- 1,05 libry je množstvo veterného zaťaženia antény.

Tipy

Vedzte, že rýchlosť vetra sa líši v rôznych vzdialenostiach od zeme. Rýchlosť vetra sa zvyšuje so štrukturálnou výškou a je veľmi nepredvídateľná bližšie k zemi, pretože je ovplyvnená interakciou s vecami na zemi.
Uvedomte si, že táto nepredvídateľnosť môže sťažiť presné výpočty vetra.

Prečítajte si tiež: Ako zlepšiť svoje matematické výpočtové schopnosti?

Ako vypočítať zaťaženie vetrom?

Kroky

Metóda 1 z 3: Výpočet zaťaženia vetrom pomocou generického vzorca

Metóda 2 z 3: Výpočet zaťaženia vetrom pomocou vzorca aliancie elektronického priemyslu

Metóda 3 z 3: Výpočet zaťaženia vetrom podľa vzorca jednotného stavebného kódu (UBC) '97

Tipy

Otázky a odpovede

Komentáre (28)

Prečítajte si tiež: