Innhold
Vindens kraft kan ikke undervurderes. Som en kraft varierer vinden fra en lett bris som løfter en drage til orkanen som river av et tak. Til og med lysstolper og lignende vanlige strukturer i hverdagen må utformes for å motstå vindkraften. Det er imidlertid ikke vanskelig å beregne det prosjekterte området som påvirkes av vindbelastninger.
Vindbelastningsformel
Formelen for beregning av vindbelastning, i sin enkleste form, er vindbelastningskraft som er lik vindtrykk ganger projisert areal ganger dragskoeffisient. Matematisk er formelen skrevet som F = PACd. Ytterligere faktorer som påvirker vindbelastningen inkluderer vindkast, konstruksjonshøyder og terreng omgivende strukturer. Strukturelle detaljer kan også fange vinden.
Definert prosjektområde
Prosjektert område betyr overflate vinkelrett på vinden. Ingeniører kan velge å bruke det maksimale projiserte området for å beregne vindkraften.
Beregning av det projiserte området til en flat overflate som vender ut mot vinden krever å tenke på den tredimensjonale formen som en todimensjonal overflate. Den flate overflaten på en standardvegg som vender direkte inn i vinden, vil presentere en firkantet eller rektangulær overflate. Det projiserte området til en kjegle kunne presentere som en trekant eller som en sirkel. Det projiserte området til en sfære vil alltid være som en sirkel.
Beregnet arealberegning
Prosjektert område på et torg
Området vinden treffer på en firkantet eller rektangulær struktur avhenger av strukturenes retning mot vinden. Hvis vinden slår vinkelrett på en firkantet eller rektangulær overflate, er arealberegningen areal lik lengde ganger bredde (A = LH). For en vegg som er 20 fot lang og 10 fot høy, tilsvarer det prosjekterte området 20 × 10 eller 200 kvadratmeter.
Imidlertid vil den største bredden av en rektangulær struktur være avstanden fra det ene hjørnet til det motsatte hjørnet, ikke avstanden mellom tilstøtende hjørner. Tenk for eksempel på en bygning som er 10 fot bred og 12 fot lang og 10 fot høy. Hvis vinden treffer vinkelrett på en side, vil det prosjekterte området til den ene veggen være 10 × 10 eller 100 kvadratfot, mens det prosjekterte området til den andre veggen vil være 12 × 10 eller 120 kvadratfot.
Hvis vinden treffer vinkelrett på et hjørne, kan imidlertid lengden på det projiserte området beregnes i henhold til Pythagorean Theorem (a2+ b2 = c2). Avstanden mellom motsatte hjørner (L) blir 102+122= L2, eller 100 + 144 = L2= 244 fot. Deretter, L = 2424 = 15,6 fot. Det prosjekterte området blir da L × H, 15,6 × 10 = 156 kvadratmeter.
Prosjektert område av en sfære
Ser du direkte inn i en sfære, er den todimensjonale utsikten eller det projiserte fronten av en sfære en sirkel. Sirklene som projiseres diameter tilsvarer diameteren til sfæren.
Den prosjekterte arealberegningen bruker derfor arealformelen for en sirkel: areal tilsvarer pi ganger radius ganger radius, eller A = πr2. Hvis kuleets diameter er 20 fot, vil radiusen være 20 ÷ 2 = 10 og det projiserte området vil være A = π × 102≈3,14 × 100 = 314 kvadratfot.
Prosjektert område av en kjegle
Vindbelastningen på en kjegle avhenger av orienteringen til kjeglen. Hvis kjeglen sitter på basen, vil det projiserte området til kjeglen være en trekant. Arealformelen for en trekant, base ganger høyden ganger halvparten (B × H ÷ 2), krever kunnskap om lengden over basen og høyden til kjeglenes spiss. Hvis strukturen er 10 fot over basen og 15 fot høy, blir beregnet arealberegning 10 × 15 ÷ 2 = 150 ÷ 2 = 75 kvadratfot.
Imidlertid er kjeglen balansert slik at basen eller spissen peker direkte i vinden, vil det projiserte området være en sirkel med en diameter som er lik avstanden over basen. Området for en sirkelformel vil da bli brukt.
Hvis kjeglen ligger slik at vinden treffer vinkelrett på siden (parallelt med basen), vil det projiserte området til kjeglen ha samme trekantede form som når kjeglen sitter på basen. Arealet av en trekantformel vil da bli brukt til å beregne det projiserte området.