Autor:
Monica Porter
Data Creației:
18 Martie 2021
Data Actualizării:
1 Iulie 2024
Conţinut
Vântul este un flux de aer care se mișcă într-o direcție aproape orizontală de la presiune înaltă la presiune scăzută. Vânturile puternice pot provoca daune mari deoarece pun presiune pe suprafața unei structuri. Intensitatea acestei presiuni se numește sarcina vântului. Influența vântului depinde de dimensiunea și forma structurii. Sarcina eoliană este un parametru necesar pentru a putea proiecta, construi clădiri cu o mai bună siguranță și rezistență la vânt și pentru a instala obiecte pe acoperișul clădirii, cum ar fi antene.
Pași
Metoda 1 din 3: Calculați sarcina vântului folosind formula generală
Determinați formula generalizată. Formula pentru calcularea sarcinii eoliene este F = A x P x Cd, Interior F este forța vântului sau sarcina vântului, A este zona proiectată, P este presiunea vântului și CD este coeficientul de tragere. Această ecuație este utilă pentru estimarea sarcinii vântului pe un obiect dat, dar nu îndeplinește cerințele codurilor de construcție pentru proiectarea unei clădiri noi.
Găsiți zona proiectată A. Aceasta este zona suprafeței bidimensionale pe care o suflă vântul. Pentru o analiză mai precisă, trebuie să repetați calculul pentru fiecare parte a clădirii. De exemplu, dacă partea de vest a clădirii este de 20 m, înlocuiți valoarea respectivă A pentru a calcula sarcina vântului pe partea de vest.- Formula pentru suprafață depinde de forma suprafeței. Pentru pereții plătiți, utilizați formula Suprafață = lungime x înălțime. Aproximați suprafața coloanei cu formula Suprafață = diametru x înălțime.
- În sistemul SI, trebuie să măsurați A în metru pătrat (m).
- În măsurătorile imperiale, trebuie să măsurați A în metri pătrați (ft).
Calculați presiunea vântului. Formula simplă pentru calcularea presiunii imperiale a vântului ponderată P (kilograme / metri pătrați) este, acolo V este viteza vântului în mile pe oră (mph). Pentru a găsi presiunea vântului în sistemul SI (Newton / metru pătrat), utilizați și măsurați viteza V în metri pe secundă.- Această formulă este derivată din setul standard al Asociației Americane a Inginerilor Civili. Factorul 0,00256 este rezultatul unui calcul bazat pe valorile tipice ale densității aerului și ale accelerației gravitaționale.
- Inginerii folosesc o formulă mai precisă pentru a lua în considerare factori precum terenul înconjurător și tipul de clădire. Puteți găsi formula de calcul în setul standard ASCE 7-05 sau puteți utiliza formula UBC de mai jos.
- Dacă nu știți care este viteza vântului, verificați cea mai mare viteză a vântului din zonă în conformitate cu standardele Asociației de Afaceri Electronice (EIA). De exemplu, majoritatea Statelor Unite se află în Zona A cu viteze ale vântului de 38,7 m / s, dar zonele de coastă sunt în Zona B (44,7 m / s) sau Zona C (50 m / s).
Determinați coeficientul de rezistență al obiectului luat în considerare. Forța de tracțiune este forța vântului care acționează asupra clădirii, guvernată de forma clădirii, de rugozitatea suprafeței și de mulți alți factori. Inginerii măsoară adesea rezistența direct prin experimente, dar dacă doriți să estimați, puteți căuta coeficientul de tracțiune tipic pentru geometria obiectului. De exemplu:- Coeficientul standard de tracțiune pentru cilindrii lungi este de 1,2 și pentru cilindrii scurți este de 0,8. Acești factori se aplică stâlpilor cu suport de antenă de pe multe clădiri.
- Coeficientul de tracțiune standard pentru panourile plate, cum ar fi fețele clădirii, este de 2,0 pentru foile plate lungi sau 1,4 pentru panourile plate scurte.
- Coeficientul de tragere nu are unități.
Calculați sarcina vântului. Folosind valorile găsite mai sus, puteți calcula acum sarcina vântului folosind o ecuație F = A x P x Cd.
- Să presupunem că doriți să calculați sarcina vântului care acționează asupra unei antene care are o lungime de 1 metru și un diametru de 2 cm și o viteză a vântului de 31,3 m / s.
- Începeți prin estimarea zonei proiectate. În acest caz,
- Calculați presiunea vântului :.
- Pentru cilindrii scurți, coeficientul de tracțiune este de 0,8.
- În loc de ecuație:
- 9,6 N este sarcina vântului care acționează asupra antenei.
Metoda 2 din 3: Calculați sarcina vântului folosind formula Asociației de afaceri electronice
Identificați formula dezvoltată de Electronic Business Association. Formula pentru calcularea sarcinii eoliene este F = A x P x Cd x Kz x Gh, Interior A zona de proiectie, P este presiunea vântului, CD este coeficientul de tragere, Kz este coeficientul de expunere și GH este coeficientul de recul al vântului. Această formulă de încărcare a vântului ia în considerare mai mulți parametri suplimentari și este adesea utilizată pentru a calcula sarcina vântului care acționează asupra antenei.
Înțelegeți variabilele din formule. Pentru a utiliza această formulă eficient, trebuie mai întâi să înțelegeți semnificația fiecărei variabile și a unității sale.
- A, P și CD are același sens ca în formula generalizată.
- Kz este coeficientul de expunere și se calculează de la înălțimea de la sol până la punctul mediu al obiectului. Unitatea de Kz este contorul.
- GH este coeficientul de recul și este calculat de înălțimea totală a obiectului. Unitatea de GH este 1 / m sau m.
Determinați aria proiectată. Zona proiectată a unui obiect depinde de forma și dimensiunea acestuia. Dacă vântul bate împotriva unui perete plat, zona proiectată este mai ușor de proiectat decât un obiect circular. Zona proiectată va fi aproximativ egală cu aria expusă de vânt. Nu există nicio formulă pentru calcularea zonei de vizualizare, dar o puteți estima cu câteva calcule de bază. Unitatea de suprafață este m.
- Pentru pereții plătiți, utilizați formula Suprafață = lungime x lățime și măsurați lungimea și lățimea peretelui unde bate vântul.
- Pentru cilindri sau coloane, puteți aproxima zona după lungime și lățime. În acest caz, lățimea este diametrul cilindrului sau coloanei.
Calculați presiunea vântului. Presiunea vântului este calculată conform formulei P = 0,613 x V, Interior V este viteza vântului în metri pe secundă (m / s). Unitatea de presiune a vântului este Newton pe metru pătrat (N / m).
- De exemplu, dacă viteza vântului este de 31,3 m / s, atunci presiunea vântului este de 0,613 x 31,3 = 600 N / m.
- O altă modalitate de a calcula presiunea vântului la o anumită viteză este utilizarea standardelor de viteză a vântului în diferite zone geografice. De exemplu, conform Electronic Business Association (EIA), majoritatea Statelor Unite din Regiunea A au viteze ale vântului de 38,7 m / s, dar zonele de coastă se află în Zona B (44,7 m / s). ) sau Zona C (50 m / s).
Determinați coeficientul de rezistență al obiectului în cauză. Forța de tracțiune este forța vântului care acționează în direcția suflării pe suprafața obiectului. Coeficientul de tragere reprezintă rezistența unui obiect în fluid și depinde de forma, dimensiunea și rugozitatea obiectului.
- Coeficientul standard de tracțiune pentru cilindrii lungi este de 1,2 și pentru cilindrii scurți este de 0,8, care se aplică în mod obișnuit pe stâlpii antenei de pe multe clădiri.
- Coeficientul de tracțiune standard pentru panourile plate, cum ar fi fețele clădirii, este de 2,0 pentru foile plate lungi sau 1,4 pentru panourile plate scurte.
- Diferența dintre coeficientul de rezistență al plăcii plate și al cilindrului este de aproximativ 0,6.
- Coeficientul de tragere nu are unități.
Calculați coeficientul de expunere Kz.Kz se calculează prin formula în care z este înălțimea de la sol la punctul de mijloc al obiectului.
- De exemplu, dacă aveți o antenă care are 1 metru lungime și 15 metri de sol, z va fi de 14,5 m.
- Kz = = = 0,8 m.
Calculați coeficientul de recul al vântului GH. Coeficientul de recul al vântului este calculat prin formula Gh = 0,65 + 0,6 /, Interior H este înălțimea obiectului.
- De exemplu, dacă aveți o antenă care are 1 metru lungime și 15 metri de sol, Gh = 0,65 + 0,6 / = 0,65 + 0,6 / = 1,32 m
Calculați sarcina vântului. Folosind valorile găsite mai sus, puteți calcula acum sarcina vântului folosind o ecuație F = A x P x Cd x Kz x Gh. Conectați valorile la variabile și efectuați calcule.
- Să presupunem că doriți să calculați sarcina vântului care acționează asupra unei antene care are o lungime de 1 metru și un diametru de 2 cm și o viteză a vântului de 31,3 m / s. Antena este situată deasupra unei clădiri înalte de 15 metri.
- Începeți prin calcularea zonei proiectate. În acest caz, A = l x w = 1 m x 0,02 m = 0,02 m.
- Calculați presiunea vântului: P = 0,613 x V = 0,613 x 31,3 = 600 N / m.
- Pentru cilindrii scurți, coeficientul de tracțiune este de 0,8.
- Calculați coeficientul de expunere: Kz = = = 0,8 m.
- Calculați coeficientul de recul al vântului: Gh = 0,65 + 0,60 / = 0,65 + 0,60 / = 1,32 m
- În loc de ecuație: 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 este sarcina vântului care acționează asupra antenei.
Metoda 3 din 3: Calculați sarcina vântului după formula setului standard UBC-97 (Codul uniform al clădirii)
Determinați formula UBC-97. Această formulă a fost construită în 1997 în standardul UBC (Uniform Building Code) pentru calcularea sarcinii eoliene. Formula este F = A x P, Interior A este zona proiectată și P presiunea vântului; dar această formulă are un alt mod de a calcula presiunea vântului.
- Presiunea vântului (N / m) este calculată prin formula P = Ce x Cq x Qs x Iw, Interior Ce este factorul combinat al înălțimii, expunerii și reculului vântului, Cq este coeficientul de presiune (echivalent cu coeficientul de tragere în cele două ecuații de mai sus), Întrebări este presiunea stagnantă a vântului și lw este factorul important. Toate aceste valori pot fi calculate sau căutate din tabelele corespunzătoare.
Determinați aria proiectată. Zona proiectată a unui obiect depinde de forma și dimensiunea acestuia. Dacă vântul bate împotriva unui perete plat, zona proiectată este mai ușor de proiectat decât un obiect circular. Zona proiectată va fi aproximativ egală cu aria expusă de vânt. Nu există nicio formulă pentru calcularea zonei de vizualizare, dar o puteți estima cu câteva calcule de bază. Unitatea de suprafață este m.
- Pentru pereții plătiți, utilizați formula Suprafață = lungime x lățime și măsurați lungimea și lățimea peretelui unde bate vântul.
- Pentru cilindri sau coloane, puteți aproxima zona după lungime și lățime. În acest caz, lățimea este diametrul cilindrului sau coloanei.
Determinat Ce, coeficient combinat de înălțime, expunere și recul de vânt. Această valoare este căutată din Tabelul 16-G din UBC și ia în considerare trei tipuri de expunere legate de teren, cu înălțimi și valori. Ce diferit pentru fiecare model.
- "Tipul de expunere B este un teren cu case, copaci sau alte denivelări, care acoperă cel puțin 20% din zona înconjurătoare și se întinde de la 1,6 km sau mai mult de la locația în cauză."
- „Contactul de tip C este plat și, în general, este bine ventilat, se întinde la 0,8 km sau mai mult de la locul de luat în considerare.”
- „Tipul de expunere la D este terenul cel mai grav afectat, are o viteză medie a vântului de 129 km / h sau mai mare și un tip de teren plat, fără obstacole, înconjurat de ape mari.”
Determinați coeficientul de presiune al obiectului în cauză. Coeficient de presiune Cq este similar cu coeficientul de tragere CD. Forța de tracțiune este forța vântului care acționează în direcția suflării pe suprafața obiectului. Coeficientul de tragere reprezintă rezistența unui obiect în fluid și depinde de forma, dimensiunea și rugozitatea obiectului.
- Coeficientul standard de tracțiune pentru cilindrii lungi este de 1,2 și pentru cilindrii scurți este de 0,8, care se aplică în mod obișnuit pe stâlpii antenei de pe multe clădiri.
- Coeficientul de tracțiune standard pentru panourile plate, cum ar fi fețele clădirii, este de 2,0 pentru foile plate lungi sau 1,4 pentru panourile plate scurte.
- Diferența dintre coeficientul de rezistență al plăcii plate și al cilindrului este de aproximativ 0,6.
- Coeficientul de tragere nu are unități.
Determinați presiunea stagnantă a vântului.Întrebări este presiunea vântului stagnant și se calculează similar cu calculul presiunii vântului în ecuațiile anterioare: Qs = 0,613 x V, Interior V este viteza vântului în metri pe secundă (m / s).
- De exemplu, dacă viteza vântului este de 31 m / s, atunci presiunea vântului stagnant este de 0,613 x V = 0,613 x 31,3 = 600 N / m.
- O altă modalitate este utilizarea standardelor de viteză a vântului în diferite zone geografice. De exemplu, conform Electronic Business Association (EIA), majoritatea Statelor Unite din Regiunea A au viteze ale vântului de 38,7 m / s, dar zonele de coastă se află în Zona B (44,7 m / s). ) sau Zona C (50 m / s).
Determinați factorul cheie.lw este un coeficient important și poate fi căutat din tabelul 16-K din UBC. Este un factor multiplicator utilizat pentru a calcula sarcina pentru a lua în considerare factorii de utilizare a clădirii. Dacă o clădire conține materiale periculoase, factorul critic va fi mai mare decât o clădire de uz general.
- Calculele pentru o clădire cu o utilizare standard vor avea un factor 1.
Calculați sarcina vântului. Folosind valorile găsite mai sus, puteți calcula acum sarcina vântului folosind o ecuație F = A x P = A x Ce x Cq x Qs x Iw . Conectați valorile la variabile și efectuați calcule.
- Să presupunem că doriți să calculați sarcina vântului care acționează pe o antenă de 1 metru lungime și 2 cm în diametru, viteza vântului de 31 m / s. Antena este plasată în partea de sus a unei clădiri înalte de 15 m, într-o zonă cu terenul de tip contact B.
- Începeți prin calcularea zonei proiectate. În acest caz, A = l x w = 1 m x 0,02 m = 0,02 m.
- Determinat Ce. Conform Tabelului 16-G, folosind o înălțime de 15 m și topografia tipului de contact B, putem căuta în sus Ce este 0,84.
- Pentru cilindrii scurți, coeficientul de tracțiune este bun Cq este 0,8.
- calculati Întrebări: Qs = 0,613 x V = 0,613 x 31,3 = 600 N / m.
- Determinați factorul cheie. Aceasta este o clădire standard ar trebui lw = 1.
- În loc de ecuație: 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 este sarcina vântului care acționează asupra antenei.
Sfat
- Trebuie să știți că viteza vântului se schimbă la diferite altitudini față de sol. Viteza vântului crește odată cu înălțimea structurii și mai aproape de sol, cu atât schimbarea este mai neregulată, deoarece este afectată de structurile de pe sol.
- Amintiți-vă că această variație neregulată va reduce precizia calculelor încărcării vântului.
