Зміст
Силу вітру не можна недооцінювати. Як сила, вітер змінюється від легкого вітерця, що піднімає повітряного змія до урагану, який відриває дах. Навіть світлі полюси та подібні звичні, побутові споруди повинні бути спроектовані так, щоб протистояти силі вітру. Однак обчислити прогнозовану площу, на яку впливають вітрові навантаження, важко.
Формула навантаження на вітер
Формула для обчислення вітрового навантаження в його найпростішому вигляді - сила вітрового навантаження, рівна тиску вітру в рази, що прогнозується, площі та коефіцієнту опору. Математично формула записується як F = PACг. Додатковими факторами, що впливають на вітрові навантаження, є пориви вітру, висота споруд та місцеві споруди. Також конструктивні деталі можуть спіймати вітер.
Визначення прогнозованої площі
Проектована площа означає площу поверхні, перпендикулярну до вітру. Інженери можуть обрати максимальну проектовану площу для розрахунку сили вітру.
Розрахунок проектованої площини поверхні площини, зверненої до вітру, потребує розміщення тривимірної форми як двовимірної поверхні. Плоска поверхня стандартної стіни, що виходить безпосередньо на вітер, представлятиме квадратну або прямокутну поверхню. Проектована площа конуса могла бути представлена у вигляді трикутника або у вигляді кола. Проектована область кулі завжди буде представляти собою коло.
Розрахунки прогнозованої площі
Проектована площа площі
Площа, яку вітер вражає на квадратну або прямокутну конструкцію, залежить від орієнтації споруди на вітер. Якщо вітер вдарить перпендикулярно до квадратної чи прямокутної поверхні, обчислення площі дорівнює площі довжини в ширину (A = LH). Для стіни завдовжки 20 футів на 10 футів висота проектована площа дорівнює 20 × 10 або 200 квадратних футів.
Однак найбільшою шириною прямокутної конструкції буде відстань від одного кута до протилежного кута, а не відстань між сусідніми кутами. Наприклад, розгляньте будівлю, яка завдовжки 10 футів і 12 футів завдовжки, 10 футів заввишки. Якщо вітер вдарить перпендикулярно стороні, проектована площа однієї стіни складе 10 × 10 або 100 квадратних футів, тоді як проектована площа іншої стіни складе 12 × 10 або 120 квадратних футів.
Якщо вітер вдарився перпендикулярно куту, то довжину проектованої площі можна обчислити відповідно до теореми Піфагора (a2+ b2 = c2). Відстань між протилежними кутами (L) стає 102+122= L2, або 100 + 144 = L2= 244 фути. Тоді L = √244 = 15,6 футів. Проектована площа тоді стає L × H, 15,6 × 10 = 156 квадратних футів.
Проектована область сфери
Дивлячись безпосередньо у сферу, двовимірний вид або проектована лобова область сфери - це коло. Проектований діаметр кіл дорівнює діаметру сфери.
Тому розрахунок проектованої площі використовує формулу площі для кола: площа дорівнює pi-кратному радіусу в рази, або A = πr2. Якщо діаметр сфери 20 футів, то радіус буде 20 ÷ 2 = 10, а проектована площа буде A = π × 102≈3,14 × 100 = 314 квадратних футів.
Проектована площа конуса
Навантаження вітру на конус залежить від орієнтації конуса. Якщо конус сидить на його основі, то проектована площа конуса буде трикутником. Формула площі трикутника, висота основи в рази половина (B × H ÷ 2), вимагає знати довжину поперек основи та висоту до кінчика конусів. Якщо конструкція становить 10 футів поперек основи і 15 футів у висоту, то прогнозований розрахунок площі стає 10 × 15 ÷ 2 = 150 ÷ 2 = 75 квадратних футів.
Якщо ж конус врівноважений так, що основа або наконечник вказують прямо на вітер, проектована площа буде колом діаметром, рівним відстані поперек основи. Потім буде застосовано область для формули кола.
Якщо конус лежить так, що вітер б’є перпендикулярно стороні (паралельно до основи), то проектована площа конуса буде такої ж трикутної форми, як коли конус сидить на його основі. Площа формули трикутника потім буде використовуватися для обчислення прогнозованої площі.