Innehåll
Vindkraften kan inte underskattas. Som en kraft varierar vinden från en lätt bris som lyfter en drake till orkanen som rivar av ett tak. Även ljusstänger och liknande vanliga, vardagsstrukturer måste utformas för att motstå vindkraften. Att beräkna det beräknade området som påverkas av vindbelastningar är dock inte svårt.
Wind Load Formula
Formeln för att beräkna vindbelastning, i sin enklaste form, är vindlastkraft lika med vindtrycktider som projiceras area gånger dragskoefficient. Matematiskt är formeln skriven som F = PACd. Ytterligare faktorer som påverkar vindbelastningar inkluderar vindkast, konstruktionshöjder och omgivande terrängstrukturer. Strukturella detaljer kan också fånga vinden.
Projektområde Definition
Projicerat område betyder ytan vinkelrätt mot vinden. Ingenjörer kan välja att använda det maximala projicerade området för att beräkna vindkraften.
Att beräkna det projicerade området på en plan yta som vetter mot vinden kräver att man tänker på den tredimensionella formen som en tvådimensionell yta. Den plana ytan på en standardvägg som vetter direkt in i vinden ger en kvadratisk eller rektangulär yta. Det projicerade området på en kon kan presenteras som en triangel eller som en cirkel. Det projicerade området i en sfär kommer alltid att presenteras som en cirkel.
Beräknade områdesberäkningar
Projicerat område på en fyrkant
Det område som vinden träffar på en kvadratisk eller rektangulär struktur beror på strukturen i riktning mot vinden. Om vinden slår vinkelrätt mot en kvadratisk eller rektangulär yta är areaberäkningen area lika med längden gånger bredden (A = LH). För en vägg som är 20 fot lång och 10 fot hög är det projicerade området lika med 20 × 10 eller 200 kvadratmeter.
Den största bredden hos en rektangulär struktur är emellertid avståndet från ett hörn till det motsatta hörnet, inte avståndet mellan intilliggande hörn. Tänk till exempel på en byggnad som är 10 fot bred och 12 fot lång och 10 fot lång. Om vinden träffar vinkelrätt mot en sida, kommer den projicerade ytan på en vägg att vara 10 × 10 eller 100 kvadratmeter medan den projicerade ytan på den andra väggen är 12 × 10 eller 120 kvadratfot.
Om vinden träffar vinkelrätt mot ett hörn kan emellertid längden på det projicerade området beräknas enligt Pythagorean Theorem (a2+ b2 = c2). Avståndet mellan motstående hörn (L) blir 102+122= L2eller 100 + 144 = L2= 244 fot. Sedan L = 2424 = 15,6 fot. Det projicerade området blir då L × H, 15,6 × 10 = 156 kvadratfot.
Projektområde av en sfär
När man tittar direkt in i en sfär är den tvådimensionella vyn eller det projicerade frontala området på en sfär en cirkel. Cirklarna projicerade diameter är lika med sfärens diameter.
Den beräknade areaberäkningen använder därför areaformeln för en cirkel: area är lika med pi gånger radie gånger radie, eller A = πr2. Om sfärens diameter är 20 fot, kommer radien att vara 20 ÷ 2 = 10 och det projicerade området blir A = π × 102≈3,14 × 100 = 314 kvadratfot.
Projekt område av en kon
Vindbelastningen på en kon är beroende av konens orientering. Om konen sitter på sin bas, kommer det projicerade området på konen att vara en triangel. Areaformeln för en triangel, bas gånger höjd gånger halv (B × H ÷ 2), kräver att du vet längden över basen och höjden till kottens spets. Om strukturen är 10 fot tvärs basen och 15 fot hög, blir den beräknade areaberäkningen 10 × 15 ÷ 2 = 150 ÷ 2 = 75 kvadratfot.
Om konen emellertid är balanserad så att basen eller spetsen pekar direkt in i vinden, kommer det projicerade området att vara en cirkel med en diameter lika med avståndet över basen. Området för en cirkelformel kommer sedan att tillämpas.
Om konen ligger så att vinden träffar vinkelrätt mot sidan (parallellt med basen), kommer konens projicerade area att ha samma triangulära form som när konen sitter på sin bas. Området för en triangelformel skulle sedan användas för att beräkna det projicerade området.