Autor:
Monica Porter
Data Utworzenia:
18 Marsz 2021
Data Aktualizacji:
1 Lipiec 2024
Zawartość
Wiatr to strumień powietrza poruszający się w kierunku prawie poziomym od wysokiego do niskiego ciśnienia. Silne wiatry mogą powodować duże szkody, ponieważ wywierają nacisk na powierzchnię konstrukcji. Intensywność tego ciśnienia nazywana jest obciążeniem wiatrem. Wpływ wiatru zależy od wielkości i kształtu konstrukcji. Obciążenie wiatrem jest parametrem niezbędnym, aby móc projektować i budować budynki o lepszym bezpieczeństwie i odporności na wiatr oraz instalować na szczycie budynków obiekty, takie jak anteny.
Kroki
Metoda 1 z 3: Obliczyć obciążenie wiatrem za pomocą ogólnego wzoru
Określ uogólnioną formułę. Wzór na obliczenie obciążenia wiatrem to F = A x P x Cd, Wewnątrz fa jest siłą wiatru lub obciążeniem wiatrem, ZA to rzutowany obszar, P. to ciśnienie wiatru, a Płyta CD jest współczynnikiem oporu powietrza. Równanie to jest przydatne do szacowania obciążenia wiatrem danego obiektu, ale nie spełnia wymagań przepisów budowlanych dotyczących projektowania nowego budynku.
Znajdź rzutowany obszar ZA. To jest obszar dwuwymiarowej powierzchni, którą wieje wiatr. Aby uzyskać dokładniejszą analizę, należy powtórzyć obliczenia dla każdej strony budynku. Na przykład, jeśli zachodnia strona budynku ma 20 m, zamień tę wartość ZA obliczyć obciążenie wiatrem po zachodniej stronie.- Wzór na powierzchnię zależy od kształtu powierzchni. W przypadku ścian płaskich użyj wzoru Powierzchnia = długość x wysokość. Przybliż pole powierzchni kolumny za pomocą wzoru Powierzchnia = średnica x wysokość.
- W systemie SI musisz mierzyć ZA w metrach kwadratowych (m).
- W miarach imperialnych musisz mierzyć ZA w stopach kwadratowych (ft).
Oblicz ciśnienie wiatru. Prosty wzór na obliczenie imperialnego ciśnienia wiatru z wagą P (funty / stopy kwadratowe) jest tam V to prędkość wiatru w milach na godzinę (mph). Aby znaleźć ciśnienie wiatru w układzie SI (niutony / metr kwadratowy), należy użyć i zmierzyć prędkość V w metrach na sekundę.- Ta formuła pochodzi ze standardowego zestawu Amerykańskiego Stowarzyszenia Inżynierów Budownictwa. Współczynnik 0,00256 jest wynikiem obliczeń opartych na typowych wartościach gęstości powietrza i przyspieszenia grawitacyjnego.
- Inżynierowie używają bardziej precyzyjnego wzoru, aby uwzględnić czynniki, takie jak otaczający teren i typ budynku. Formułę obliczeniową można znaleźć w zestawie standardowym ASCE 7-05 lub skorzystać z poniższego wzoru UBC.
- Jeśli nie wiesz, jaka jest prędkość wiatru, sprawdź najwyższą prędkość wiatru w okolicy zgodnie ze standardami Electronic Business Association (EIA). Na przykład większość Stanów Zjednoczonych znajduje się w strefie A z prędkością wiatru 38,7 m / s, ale obszary przybrzeżne znajdują się w strefie B (44,7 m / s) lub strefie C (50 m / s).
Określić współczynnik oporu rozpatrywanego obiektu. Siła oporu to siła wiatru działającego na budynek, zależna od kształtu budynku, chropowatości powierzchni i wielu innych czynników. Inżynierowie często mierzą opór bezpośrednio w drodze eksperymentów, ale jeśli chcesz oszacować, możesz sprawdzić typowy współczynnik oporu dla kształtu obiektu. Na przykład:- Standardowy współczynnik oporu dla długich cylindrów wynosi 1,2, a dla krótkich - 0,8. Czynniki te dotyczą słupów wsporników anten w wielu budynkach.
- Standardowy współczynnik oporu powietrza dla płaskich paneli, takich jak ściany budynków, wynosi 2,0 dla długich płaskich arkuszy lub 1,4 dla krótkich płaskich paneli.
- Współczynnik oporu powietrza nie ma jednostek.
Oblicz obciążenie wiatrem. Korzystając z wartości podanych powyżej, możesz teraz obliczyć obciążenie wiatrem za pomocą równania F = A x P x Cd.
- Załóżmy, że chcesz obliczyć obciążenie wiatrem działające na antenę o długości 1 metra i średnicy 2 cm, która ma prędkość wiatru 31,3 m / s.
- Zacznij od oszacowania przewidywanego obszaru. W tym przypadku,
- Oblicz ciśnienie wiatru:
- W przypadku krótkich cylindrów współczynnik oporu powietrza wynosi 0,8.
- Zamiast równania:
- 9,6 N to obciążenie wiatrem działające na antenę.
Metoda 2 z 3: Oblicz obciążenie wiatrem przy użyciu wzoru Electronic Business Association
Zidentyfikuj formułę opracowaną przez Electronic Business Association. Wzór na obliczenie obciążenia wiatrem to F = A x P x Cd x Kz x Gh, Wewnątrz ZA obszar projekcji, P. to ciśnienie wiatru, Płyta CD jest współczynnikiem oporu powietrza, Kz jest współczynnikiem ekspozycji, i GH jest współczynnikiem odrzutu wiatru. Ten wzór na obciążenie wiatrem uwzględnia kilka dodatkowych parametrów i jest często używany do obliczania obciążenia wiatrem działającego na antenę.
Zrozum zmienne w formułach. Aby skutecznie używać tego wzoru, musisz najpierw zrozumieć znaczenie każdej zmiennej i jej jednostki.
- ZA, P. i Płyta CD ma takie samo znaczenie jak w uogólnionej formule.
- Kz jest współczynnikiem ekspozycji i jest obliczany na podstawie wysokości od podłoża do środka obiektu. Jednostka Kz to licznik.
- GH jest współczynnikiem odrzutu i jest obliczany na podstawie całkowitej wysokości obiektu. Jednostka GH wynosi 1 / m lub m.
Określ rzutowany obszar. Rzutowany obszar obiektu zależy od jego kształtu i wielkości. Jeśli wiatr wieje na płaskiej ścianie, rzutowany obszar jest łatwiejszy niż okrągły obiekt. Rzutowany obszar będzie w przybliżeniu równy obszarowi, na który wystawiony jest wiatr. Nie ma wzoru na obliczanie obszaru widoku, ale można go oszacować za pomocą kilku podstawowych obliczeń. Jednostką powierzchni jest m.
- W przypadku ścian płaskich użyj wzoru Powierzchnia = długość x szerokość i zmierz długość i szerokość ściany, na której wieje wiatr.
- W przypadku cylindrów lub kolumn powierzchnię można oszacować na podstawie długości i szerokości. W tym przypadku szerokość to średnica cylindra lub kolumny.
Oblicz ciśnienie wiatru. Ciśnienie wiatru jest obliczane według wzoru P = 0,613 x V, Wewnątrz V to prędkość wiatru w metrach na sekundę (m / s). Jednostką ciśnienia wiatru jest niuton na metr kwadratowy (N / m).
- Na przykład, jeśli prędkość wiatru wynosi 31,3 m / s, wówczas ciśnienie wiatru wynosi 0,613 x 31,3 = 600 N / m.
- Innym sposobem obliczenia ciśnienia wiatru przy określonej prędkości jest użycie standardów prędkości wiatru w różnych obszarach geograficznych. Na przykład, według Electronic Business Association (EIA), w większości Stanów Zjednoczonych w regionie A wiatr osiąga prędkość 38,7 m / s, ale obszary przybrzeżne znajdują się w strefie B (44,7 m / s. ) lub strefa C (50 m / s).
Określić współczynnik oporu rozpatrywanego obiektu. Siła oporu to siła wiatru działająca w kierunku dmuchania przedmiotu. Współczynnik oporu przedstawia opór obiektu w płynie i zależy od kształtu, rozmiaru i chropowatości obiektu.
- Standardowy współczynnik oporu powietrza dla długich cylindrów wynosi 1,2, a dla krótkich - 0,8, co jest powszechnie stosowane do słupków antenowych w wielu budynkach.
- Standardowy współczynnik oporu powietrza dla płaskich paneli, takich jak ściany budynków, wynosi 2,0 dla długich płaskich arkuszy lub 1,4 dla krótkich płaskich paneli.
- Różnica między współczynnikiem oporu płaskiej płyty i cylindra wynosi około 0,6.
- Współczynnik oporu powietrza nie ma jednostek.
Oblicz współczynnik ekspozycji Kz.Kz jest obliczana według wzoru, w którym z to wysokość od podłoża do środka obiektu.
- Na przykład, jeśli masz antenę o długości 1 metra i 15 metrów nad ziemią, z wyniesie 14,5 m.
- Kz = = = 0,8 m.
Oblicz współczynnik odrzutu wiatru GH. Współczynnik odrzutu wiatru jest obliczany według wzoru Gh = 0,65 + 0,6 /, Wewnątrz H. to wysokość obiektu.
- Na przykład, jeśli masz antenę o długości 1 metra i 15 metrów nad ziemią, Gh = 0,65 + 0,6 / = 0,65 + 0,6 / = 1,32 m
Oblicz obciążenie wiatrem. Korzystając z wartości podanych powyżej, możesz teraz obliczyć obciążenie wiatrem za pomocą równania F = A x P x Cd x Kz x Gh. Podłącz wartości do zmiennych i wykonaj obliczenia.
- Załóżmy, że chcesz obliczyć obciążenie wiatrem działające na antenę o długości 1 metra i średnicy 2 cm, która ma prędkość wiatru 31,3 m / s. Antena znajduje się na szczycie 15-metrowego budynku.
- Zacznij od obliczenia przewidywanej powierzchni. W tym przypadku, A = dł x szer = 1 m x 0,02 m = 0,02 m.
- Oblicz ciśnienie wiatru: P = 0,613 x V = 0,613 x 31,3 = 600 N / m.
- W przypadku krótkich cylindrów współczynnik oporu powietrza wynosi 0,8.
- Oblicz współczynnik ekspozycji: Kz = = = 0,8 m.
- Oblicz współczynnik odrzutu wiatru: Gh = 0,65 + 0,60 / = 0,65 + 0,60 / = 1,32 m
- Zamiast równania: 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 to obciążenie wiatrem działające na antenę.
Metoda 3 z 3: Oblicz obciążenie wiatrem na podstawie wzoru z zestawu standardowego UBC-97 (Uniform Building Code)
Określ wzór UBC-97. Ta formuła została opracowana w 1997 roku w standardzie UBC (Uniform Building Code) do obliczania obciążenia wiatrem. Formuła jest taka F = A x P, Wewnątrz ZA jest rzutowanym obszarem i P. ciśnienie wiatru; ale ten wzór ma inny sposób obliczania ciśnienia wiatru.
- Ciśnienie wiatru (N / m) oblicza się według wzoru P = Ce x Cq x Qs x Iw, Wewnątrz Ce jest połączonym współczynnikiem wysokości, ekspozycji i odrzutu wiatru, Cq jest współczynnikiem ciśnienia (równoważnym ze współczynnikiem oporu w dwóch powyższych równaniach), Qs jest stagnacją ciśnienia wiatru, a lw jest ważnym czynnikiem. Wszystkie te wartości można obliczyć lub wyszukać w odpowiednich tabelach.
Określ rzutowany obszar. Rzutowany obszar obiektu zależy od jego kształtu i wielkości. Jeśli wiatr wieje na płaskiej ścianie, rzutowany obszar jest łatwiejszy niż okrągły obiekt. Rzutowany obszar będzie w przybliżeniu równy obszarowi, na który wystawiony jest wiatr. Nie ma wzoru na obliczanie obszaru widoku, ale można go oszacować za pomocą kilku podstawowych obliczeń. Jednostką powierzchni jest m.
- W przypadku ścian płaskich użyj wzoru Powierzchnia = długość x szerokość i zmierz długość i szerokość ściany, na której wieje wiatr.
- W przypadku cylindrów lub kolumn powierzchnię można oszacować na podstawie długości i szerokości. W tym przypadku szerokość to średnica cylindra lub kolumny.
Ustalona Ce, połączony współczynnik wysokości, ekspozycji i odrzutu wiatru. Wartość ta jest odczytywana z Tabeli 16-G w UBC i uwzględnia trzy rodzaje narażenia związane z terenem, z wysokościami i wartościami. Ce różne dla każdego modelu.
- „Rodzaj narażenia B to teren z domami, drzewami lub innymi nierównościami, obejmujący co najmniej 20% otaczającego obszaru i rozciągający się od 1,6 km lub więcej od rozważanej lokalizacji”.
- „Styk typu C jest płaski i ogólnie dobrze wentylowany, rozciągający się co najmniej 0,8 km od rozważanego miejsca”.
- „Typ narażenia na działanie D to teren najbardziej dotknięty, o średniej prędkości wiatru 129 km / h lub większej oraz typ terenu płaskiego bez przeszkód, otoczony dużymi wodami”.
Określić współczynnik ciśnienia badanego obiektu. Współczynnik ciśnienia Cq jest podobny do współczynnika oporu powietrza Płyta CD. Siła oporu to siła wiatru działająca w kierunku dmuchania przedmiotu. Współczynnik oporu przedstawia opór obiektu w płynie i zależy od kształtu, rozmiaru i chropowatości obiektu.
- Standardowy współczynnik oporu powietrza dla długich cylindrów wynosi 1,2, a dla krótkich - 0,8, co jest powszechnie stosowane do słupków antenowych w wielu budynkach.
- Standardowy współczynnik oporu powietrza dla płaskich paneli, takich jak ściany budynków, wynosi 2,0 dla długich płaskich arkuszy lub 1,4 dla krótkich płaskich paneli.
- Różnica między współczynnikiem oporu płaskiej płyty i cylindra wynosi około 0,6.
- Współczynnik oporu powietrza nie ma jednostek.
Określ zastałe ciśnienie wiatru.Qs jest statycznym parciem wiatru i jest obliczane podobnie do obliczenia parcia wiatru w poprzednich równaniach: Qs = 0,613 x V, Wewnątrz V to prędkość wiatru w metrach na sekundę (m / s).
- Na przykład, jeśli prędkość wiatru wynosi 31 m / s, wówczas ciśnienie statyczne wynosi 0,613 x V = 0,613 x 31,3 = 600 N / m.
- Innym sposobem jest zastosowanie standardów prędkości wiatru w różnych obszarach geograficznych. Na przykład, według Electronic Business Association (EIA), w większości Stanów Zjednoczonych w regionie A wiatr osiąga prędkość 38,7 m / s, ale obszary przybrzeżne znajdują się w strefie B (44,7 m / s. ) lub strefa C (50 m / s).
Określ kluczowy czynnik.lw jest ważnym współczynnikiem i można go sprawdzić z tabeli 16-K w UBC. Jest to mnożnik używany do obliczania obciążenia w celu uwzględnienia współczynników użytkowania budynku. Jeśli budynek zawiera materiał niebezpieczny, współczynnik krytyczny będzie wyższy niż budynek ogólnego użytku.
- Obliczenia dla budynku o standardowym zastosowaniu będą miały współczynnik 1.
Oblicz obciążenie wiatrem. Korzystając z wartości podanych powyżej, możesz teraz obliczyć obciążenie wiatrem za pomocą równania F = A x P = A x Ce x Cq x Qs x Iw . Podłącz wartości do zmiennych i wykonaj obliczenia.
- Załóżmy, że chcesz obliczyć obciążenie wiatrem działające na antenę o długości 1 metra i średnicy 2 cm, przy prędkości wiatru 31 m / s. Antena umieszczona jest na szczycie 15-metrowego budynku na terenie z terenem kontaktu typu B.
- Zacznij od obliczenia przewidywanej powierzchni. W tym przypadku, A = dł x szer = 1 m x 0,02 m = 0,02 m.
- Ustalona Ce. Zgodnie z tabelą 16-G, korzystając z wysokości 15 mi topografii kontaktu typu B, możemy spojrzeć w górę Ce wynosi 0,84.
- W przypadku krótkich cylindrów współczynnik oporu jest dobry Cq wynosi 0,8.
- Oblicz Qs: Qs = 0,613 x V = 0,613 x 31,3 = 600 N / m.
- Określ kluczowy czynnik. To standardowy budynek powinien lw = 1.
- Zamiast równania: 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 to obciążenie wiatrem działające na antenę.
Rada
- Powinieneś wiedzieć, że prędkość wiatru zmienia się na różnych wysokościach nad ziemią. Prędkość wiatru rośnie wraz z wysokością konstrukcji i bliżej ziemi, tym bardziej nieregularna jest zmiana, ponieważ wpływają na nią konstrukcje na ziemi.
- Pamiętaj, że to ta nieregularna zmiana zmniejszy dokładność obliczeń obciążenia wiatrem.
