Zawartość
Nie można nie docenić siły wiatru. Siła wiatru zmienia się od lekkiej bryzy unoszącej latawiec po huragan odrywający dach. Nawet słupy świetlne i podobne wspólne, codzienne konstrukcje muszą być zaprojektowane tak, aby wytrzymywały siłę wiatru. Obliczenie przewidywanego obszaru pod wpływem obciążeń wiatrem nie jest jednak trudne.
Formuła obciążenia wiatrem
Wzór do obliczania obciążenia wiatrem, w najprostszej postaci, jest siłą obciążenia wiatrem równą ciśnieniu wiatru razy prognozowany obszar razy współczynnik oporu. Matematycznie wzór jest zapisany jako F = PACre. Dodatkowe czynniki wpływające na obciążenia wiatrem obejmują podmuchy wiatru, wysokości konstrukcji i konstrukcje otaczające teren. Również szczegóły konstrukcyjne mogą złapać wiatr.
Definicja rzutowanego obszaru
Rzutowany obszar oznacza obszar prostopadły do wiatru. Inżynierowie mogą wybrać maksymalne przewidywane pole do obliczenia siły wiatru.
Obliczanie rzutowanego obszaru płaskiej powierzchni zwróconej w stronę wiatru wymaga myślenia o trójwymiarowym kształcie jako powierzchni dwuwymiarowej. Płaska powierzchnia standardowej ściany skierowana bezpośrednio na wiatr będzie miała kwadratową lub prostokątną powierzchnię. Rzutowany obszar stożka może występować jako trójkąt lub okrąg. Rzutowany obszar kuli będzie zawsze prezentowany jako okrąg.
Obliczenia powierzchni prognozowanej
Rzutowana powierzchnia kwadratu
Obszar, na który wiatr uderza w kwadratową lub prostokątną konstrukcję, zależy od orientacji konstrukcji na wiatr. Jeśli wiatr uderza prostopadle do kwadratowej lub prostokątnej powierzchni, obliczenie powierzchni to powierzchnia równa długości razy szerokość (A = LH). W przypadku ściany o długości 20 stóp i wysokości 10 stóp rzutowany obszar wynosi 20 × 10 lub 200 stóp kwadratowych.
Jednak największą szerokością prostokątnej struktury będzie odległość od jednego rogu do przeciwnego rogu, a nie odległość między sąsiednimi narożnikami. Rozważmy na przykład budynek o szerokości 10 stóp i długości 12 stóp i wysokości 10 stóp. Jeśli wiatr uderzy prostopadle do boku, rzutowany obszar jednej ściany wyniesie 10 × 10 lub 100 stóp kwadratowych, podczas gdy rzutowany obszar drugiej ściany wyniesie 12 × 10 lub 120 stóp kwadratowych.
Jeśli jednak wiatr uderza prostopadle do rogu, długość rzutowanego obszaru można obliczyć zgodnie z twierdzeniem Pitagorasa (a2+ b2 = c2). Odległość między przeciwległymi narożnikami (L) wynosi 102+122= L.2lub 100 + 144 = L2= 244 stopy. Następnie L = √244 = 15,6 stóp. Rzutowany obszar staje się następnie L × H, 15,6 × 10 = 156 stóp kwadratowych.
Rzutowany obszar kuli
Patrząc bezpośrednio na kulę, dwuwymiarowy widok lub rzutowany przedni obszar kuli jest okręgiem. Średnica rzutowanego koła jest równa średnicy kuli.
W obliczeniach rzutowanego obszaru stosuje się zatem wzór powierzchni dla koła: powierzchnia jest równa pi razy promień razy promień lub A = πr2. Jeśli średnica kuli wynosi 20 stóp, promień wyniesie 20 ÷ 2 = 10, a rzutowany obszar wyniesie A = π × 102≈3,14 × 100 = 314 stóp kwadratowych.
Prognozowany obszar stożka
Obciążenie wiatrem stożka zależy od jego orientacji. Jeśli stożek opiera się na podstawie, to rzutowany obszar stożka będzie trójkątem. Wzór pola dla trójkąta, razy podstawa razy wysokość razy połowa (B × H ÷ 2), wymaga znajomości długości w poprzek podstawy i wysokości do końca szyszki. Jeśli konstrukcja ma 10 stóp w poprzek podstawy i 15 stóp wysokości, wówczas obliczenie rzutowanego obszaru wynosi 10 × 15 ÷ 2 = 150 ÷ 2 = 75 stóp kwadratowych.
Jeśli jednak stożek jest wyważony, tak aby podstawa lub końcówka były skierowane bezpośrednio na wiatr, rzutowany obszar będzie kołem o średnicy równej odległości w poprzek podstawy. Zostanie wówczas zastosowany obszar dla formuły okręgu.
Jeśli stożek leży tak, że wiatr uderza prostopadle do boku (równolegle do podstawy), wówczas rzutowany obszar stożka będzie miał ten sam trójkątny kształt, jak wtedy, gdy stożek będzie opierał się na podstawie. Obszar wzoru trójkąta zostanie następnie wykorzystany do obliczenia rzutowanego obszaru.