Vypočítajte zaťaženie vetrom - Tipy

Obsah

Kroky
Rada

Vietor je prúd vzduchu pohybujúci sa takmer vodorovným smerom od vysokého tlaku po nízky tlak. Silný vietor môže spôsobiť veľké škody, pretože vyvíja tlak na povrch konštrukcie. Intenzita tohto tlaku sa nazýva zaťaženie vetrom. Vplyv vetra závisí od veľkosti a tvaru konštrukcie. Zaťaženie vetrom je nevyhnutným parametrom na to, aby bolo možné navrhovať, stavať budovy s lepšou bezpečnosťou a odolnosťou proti vetru a inštalovať na strechu budovy napríklad antény.

Kroky

Metóda 1 z 3: Vypočítajte zaťaženie vetrom pomocou všeobecného vzorca

Určte zovšeobecnený vzorec. Vzorec na výpočet zaťaženia vetrom je F = A x P x Cd, Vo vnútri F je sila vetra alebo zaťaženie vetrom, A je projektovaná plocha, P je tlak vetra a CD je koeficient odporu. Táto rovnica je užitočná na odhad zaťaženia vetrom na danom objekte, ale nespĺňa požiadavky stavebných predpisov na navrhovanie novej budovy.
Nájdite premietanú plochu A. Toto je oblasť dvojrozmernej plochy, ktorú fúka vietor. Pre presnejšiu analýzu musíte výpočet zopakovať pre každú stranu budovy. Napríklad ak je západná strana budovy 20 metrov, túto hodnotu nahraďte A na výpočet zaťaženia vetrom na západnej strane.
- Vzorec pre plochu závisí od tvaru povrchu. Pri plochých stenách použite vzorec Plocha = dĺžka x výška. Aproximujte povrch stĺpca vzorcom Plocha = priemer x výška.
- V systéme SI musíte merať A v metroch štvorcových (m).
- Pri imperiálnych mierach musíte merať A v štvorcových stopách (ft).
Vypočítajte tlak vetra. Jednoduchý vzorec na výpočet imperiálneho tlaku váženého P (libier / štvorcových stôp) je tam V. je rýchlosť vetra v míľach za hodinu (mph). Ak chcete zistiť tlak vetra v systéme SI (Newton / meter štvorcový), použijete a zmeráte rýchlosť V. v metroch za sekundu.
- Tento vzorec je odvodený od štandardnej sady Americkej asociácie stavebných inžinierov. Faktor 0,00256 je výsledkom výpočtu založeného na typických hodnotách hustoty vzduchu a gravitačného zrýchlenia.
- Inžinieri používajú presnejší vzorec na zváženie faktorov, ako je okolitý terén a typ budovy. Vzorec na výpočet nájdete v štandardnej sade ASCE 7-05 alebo použite nasledujúci vzorec UBC.
- Ak neviete, aká je rýchlosť vetra, skontrolujte najvyššiu rýchlosť vetra v oblasti podľa noriem asociácie Electronic Business Association (EIA). Napríklad väčšina Spojených štátov je v zóne A s rýchlosťou vetra 38,7 m / s, ale pobrežné oblasti sa nachádzajú v zóne B (44,7 m / s) alebo zóne C (50 m / s).
Určte koeficient odporu uvažovaného objektu. Ťažná sila je sila vetra pôsobiaceho na budovu, ktorá sa riadi tvarom budovy, drsnosťou povrchu a mnohými ďalšími faktormi. Inžinieri často merajú odpor priamo prostredníctvom experimentov, ale ak chcete odhadnúť, môžete vyhľadať typický koeficient odporu pre geometriu objektov. Napríklad:
- Štandardný koeficient odporu pre dlhé valce je 1,2 a pre krátke valce 0,8. Tieto faktory platia pre stožiare držiakov antén na mnohých budovách.
- Štandardný koeficient odporu pre ploché panely, ako sú čelné steny budov, je 2,0 pre dlhé ploché plechy alebo 1,4 pre krátke ploché panely.
- Koeficient odporu nemá žiadne jednotky.
Vypočítajte zaťaženie vetrom. Pomocou vyššie uvedených hodnôt môžete teraz vypočítať zaťaženie vetrom pomocou rovnice F = A x P x Cd.
Predpokladajme, že chcete vypočítať zaťaženie vetrom pôsobiacim na anténu s dĺžkou 1 meter a priemerom 2 cm a rýchlosťou vetra 31,3 m / s.
- Začnite odhadom projektovanej plochy. V tomto prípade,
- Vypočítajte tlak vetra :.
- Pre krátke valce je koeficient odporu 0,8.
- Namiesto rovnice:
- 9,6 N je zaťaženie vetrom pôsobiace na anténu.
reklama

Metóda 2 z 3: Vypočítajte zaťaženie vetrom pomocou vzorca asociácie elektronického podnikania

Uveďte vzorec vyvinutý asociáciou elektronického podnikania. Vzorec na výpočet zaťaženia vetrom je F = A x P x Cd x Kz x Gh, Vo vnútri A projekčná plocha, P je tlak vetra, CD je koeficient odporu, Kz je koeficient expozície a GH je koeficient spätného rázu vetra. Tento vzorec zaťaženia vetrom zohľadňuje niekoľko ďalších parametrov a často sa používa na výpočet zaťaženia vetrom pôsobiacim na anténu.
Pochopte premenné vo vzorcoch. Ak chcete tento vzorec využiť efektívne, musíte najskôr pochopiť význam každej premennej a jej jednotky.
- A, P a CD má rovnaký význam ako vo zovšeobecnenom vzorci.
- Kz je koeficient expozície a počíta sa z výšky od zeme po stred objektu. Jednotka Kz je meter.
- GH je koeficient spätného rázu a je vypočítaný z celkovej výšky objektu. Jednotka GH je 1 / m alebo m.
Určte premietanú plochu. Premietaná plocha objektu závisí od jeho tvaru a veľkosti. Ak vietor fúka proti rovnej stene, premietaná plocha sa ľahšie premieta ako kruhový objekt. Premietaná plocha bude približne rovnaká ako plocha, ktorej je vystavený vietor. Na výpočet oblasti pohľadu neexistuje vzorec, ale môžete ho odhadnúť pomocou niekoľkých základných výpočtov. Jednotkou plochy je m.
- Pri plochých stenách použite vzorec Plocha = dĺžka x šírka a zmerajte dĺžku a šírku steny, kde fúka vietor.
- V prípade valcov alebo stĺpcov môžete oblasť priblížiť podľa dĺžky a šírky. V tomto prípade je šírka priemerom valca alebo stĺpca.
Vypočítajte tlak vetra. Tlak vetra sa počíta podľa vzorca P = 0,613 x V, Vo vnútri V. je rýchlosť vetra v metroch za sekundu (m / s). Jednotka tlaku vetra je Newton na meter štvorcový (N / m).
- Napríklad, ak je rýchlosť vetra 31,3 m / s, potom je tlak vetra 0,613 x 31,3 = 600 N / m.
- Ďalším spôsobom, ako vypočítať tlak vetra pri konkrétnej rýchlosti, je použitie štandardov rýchlosti vetra v rôznych geografických oblastiach. Napríklad podľa asociácie Electronic Business Association (EIA) má väčšina USA v regióne A rýchlosť vetra 38,7 m / s, pobrežné oblasti sa však nachádzajú v zóne B (44,7 m / s). ) alebo zóna C (50 m / s).
Určte koeficient odporu uvažovaného objektu. Ťažná sila je sila vetra pôsobiaca v smere fúkania na povrch predmetu. Koeficient odporu predstavuje odpor objektu v kvapaline a závisí od tvaru, veľkosti a drsnosti objektu.
- Štandardný koeficient odporu pre dlhé valce je 1,2 a pre krátke valce 0,8, ktorý sa bežne používa na anténne stĺpy na mnohých budovách.
- Štandardný koeficient odporu pre ploché panely, ako sú čelné steny budov, je 2,0 pre dlhé ploché plechy alebo 1,4 pre krátke ploché panely.
- Rozdiel medzi koeficientom odporu plochej dosky a valca je približne 0,6.
- Koeficient odporu nemá žiadne jednotky.
Vypočítajte koeficient expozície Kz.Kz sa počíta podľa vzorca, v ktorom z je výška od zeme do stredu objektu.
- Napríklad, ak máte anténu, ktorá je dlhá 1 meter a 15 metrov od zeme, z bude 14,5 m.
- Kz = = = 0,8 m.
Vypočítajte koeficient spätného rázu vetra GH. Koeficient spätného rázu vetra sa vypočíta podľa vzorca Gh = 0,65 + 0,6 /, Vo vnútri H je výška objektu.
- Napríklad, ak máte anténu, ktorá je dlhá 1 meter a 15 metrov od zeme, Gh = 0,65 + 0,6 / = 0,65 + 0,6 / = 1,32 m
Vypočítajte zaťaženie vetrom. Pomocou vyššie uvedených hodnôt môžete teraz vypočítať zaťaženie vetrom pomocou rovnice F = A x P x Cd x Kz x Gh. Vložte hodnoty do premenných a vykonajte výpočty.
- Predpokladajme, že chcete vypočítať zaťaženie vetrom pôsobiacim na anténu s dĺžkou 1 meter a priemerom 2 cm a rýchlosťou vetra 31,3 m / s. Anténa je umiestnená na vrchole 15 metrov vysokej budovy.
- Začnite výpočtom premietanej plochy. V tomto prípade, A = d x š = 1 m x 0,02 m = 0,02 m.
- Vypočítajte tlak vetra: P = 0,613 x V = 0,613 x 31,3 = 600 N / m.
- Pre krátke valce je koeficient odporu 0,8.
- Vypočítajte koeficient expozície: Kz = = = 0,8 m.
- Vypočítajte koeficient spätného rázu vetra: Gh = 0,65 + 0,60 / = 0,65 + 0,60 / = 1,32 m
- Namiesto rovnice: F = A x P x Cd x Kz x Gh = 0,02 x 600 x 0,8 x 0,8 x 1,32 = 10 N.
- 10 N je zaťaženie vetrom pôsobiacim na anténu.
reklama

Metóda 3 z 3: Vypočítajte zaťaženie vetrom podľa vzorca štandardnej sady UBC-97 (jednotný stavebný zákon)

Určte vzorec UBC-97. Tento vzorec bol postavený v roku 1997 v štandarde UBC (Uniform Building Code) na výpočet zaťaženia vetrom. Vzorec je F = A x P, Vo vnútri A je projektovaná plocha a P tlak vetra; ale tento vzorec má iný spôsob výpočtu tlaku vetra.
- Tlak vetra (N / m) sa vypočíta podľa vzorca P = Ce x Cq x Qs x Iw, Vo vnútri Ce je kombinovaný faktor výšky, vystavenia a spätného rázu vetra, Cq je tlakový koeficient (ekvivalentný s koeficientom odporu v dvoch vyššie uvedených rovniciach), Qs je stagnujúci tlak vetra a lw je dôležitý faktor. Všetky tieto hodnoty je možné vypočítať alebo vyhľadať v zodpovedajúcich tabuľkách.
Určte premietanú plochu. Premietaná plocha objektu závisí od jeho tvaru a veľkosti. Ak vietor fúka proti rovnej stene, premietaná plocha sa ľahšie premieta ako kruhový objekt. Premietaná plocha bude približne rovnaká ako plocha, ktorej je vystavený vietor. Na výpočet oblasti pohľadu neexistuje vzorec, ale môžete ho odhadnúť pomocou niekoľkých základných výpočtov. Jednotkou plochy je m.
- Pri plochých stenách použite vzorec Plocha = dĺžka x šírka a zmerajte dĺžku a šírku steny, kde fúka vietor.
- V prípade valcov alebo stĺpcov môžete oblasť priblížiť podľa dĺžky a šírky. V tomto prípade je šírka priemerom valca alebo stĺpca.
Odhodlaný Ce, kombinovaný koeficient výšky, expozície a spätného rázu vetra. Táto hodnota je vyhľadaná z tabuľky 16-G v UBC a berie do úvahy tri typy kontaktu súvisiace s terénom, s výškami a hodnotami. Ce pre každý model iná.
- „Typom expozície B je terén s domami, stromami alebo inými nerovnosťami, ktorý pokrýva najmenej 20% okolitého územia a tiahne sa od 1,6 km alebo viac od uvažovaného miesta.“
- "Kontaktný typ C je plochý a všeobecne dobre vetraný, tiahne sa najmenej 0,8 km od uvažovaného miesta."
- „Typ expozície D je terén najviac postihnutý, má priemernú rýchlosť vetra 129 km / h alebo vyššiu a rovinatý terén bez prekážok obklopený veľkými vodami.“
Určte tlakový koeficient uvažovaného objektu. Súčiniteľ tlaku Cq je podobný koeficientu odporu CD. Ťažná sila je sila vetra pôsobiaca v smere fúkania na povrch predmetu. Koeficient odporu predstavuje odpor objektu v kvapaline a závisí od tvaru, veľkosti a drsnosti objektu.
- Štandardný koeficient odporu pre dlhé valce je 1,2 a pre krátke valce 0,8, ktorý sa bežne používa na anténne stĺpy na mnohých budovách.
- Štandardný koeficient odporu pre ploché panely, ako sú čelné steny budov, je 2,0 pre dlhé ploché plechy alebo 1,4 pre krátke ploché panely.
- Rozdiel medzi koeficientom odporu plochej dosky a valca je približne 0,6.
- Koeficient odporu nemá žiadne jednotky.
Určte stagnujúci tlak vetra.Qs je tlak stagnujúceho vetra a počíta sa podobne ako výpočet tlaku vetra v predchádzajúcich rovniciach: Qs = 0,613 x V, Vo vnútri V. je rýchlosť vetra v metroch za sekundu (m / s).
- Napríklad, ak je rýchlosť vetra 31 m / s, tlak stojatého vetra je 0,613 x V = 0,613 x 31,3 = 600 N / m.
- Ďalším spôsobom je použitie štandardov rýchlosti vetra v rôznych geografických oblastiach. Napríklad podľa asociácie Electronic Business Association (EIA) má väčšina USA v regióne A rýchlosť vetra 38,7 m / s, pobrežné oblasti sa však nachádzajú v zóne B (44,7 m / s). ) alebo zóna C (50 m / s).
Určte kľúčový faktor.lw je dôležitý koeficient a dá sa vyhľadať z tabuľky 16-K v UBC. Je to multiplikačný faktor, ktorý sa používa na výpočet zaťaženia pri zohľadnení faktorov použitia budovy. Ak budova obsahuje nebezpečný materiál, kritický faktor bude vyšší ako budova na všeobecné použitie.
- Výpočty pre budovu so štandardným použitím budú mať faktor 1.
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 . Vložte hodnoty do premenných a vykonajte výpočty.
- Predpokladajme, že chcete vypočítať zaťaženie vetrom pôsobiacim na anténu dlhú 1 meter a priemer 2 cm a rýchlosť vetra 31 m / s. Anténa je umiestnená na vrchole 15 m vysokej budovy v oblasti s terénom typu kontaktu B.
- Začnite výpočtom premietanej plochy. V tomto prípade, A = d x š = 1 m x 0,02 m = 0,02 m.
- Odhodlaný Ce. Podľa tabuľky 16-G pomocou výšky 15 ma topografie kontaktného typu B môžeme vyhľadať Ce je 0,84.
- Pre krátke valce je koeficient odporu dobrý Cq je 0,8.
- Vypočítať Qs: Qs = 0,613 x V = 0,613 x 31,3 = 600 N / m.
- Určte kľúčový faktor. Toto je štandardná budova lw = 1.
- Namiesto rovnice: F = A x P = A x Ce x Cq x Qs x Iw = 0,02 x 0,84 x 0,8 x 600 x 1 = 8 N.
- 8 N je zaťaženie vetrom pôsobiacim na anténu.
reklama

Rada

Mali by ste vedieť, že rýchlosť vetra sa mení v rôznych nadmorských výškach od zeme. Rýchlosť vetra sa zvyšuje s výškou konštrukcie a bližšie k zemi, tým nepravidelnejšia je zmena, pretože je ovplyvnená štruktúrami na zemi.
Pamätajte, že práve táto nepravidelná variácia zníži presnosť výpočtov zaťaženia vetrom.