Beräkna vindbelastningen - Tips

Innehåll

Steg
Råd

Vind är en luftström som rör sig i nästan horisontell riktning från högt tryck till lågt tryck. Starka vindar kan orsaka stora skador eftersom det sätter på ytan på en struktur. Intensiteten för detta tryck kallas vindbelastningen. Vindens påverkan beror på strukturens storlek och form. Vindbelastning är en nödvändig parameter för att kunna designa, bygga byggnader med bättre säkerhet och vindmotstånd och för att installera föremål på taket av byggnaden som antenner.

Steg

Metod 1 av 3: Beräkna vindbelastningen med den allmänna formeln

Bestäm den allmänna formeln. Formeln för beräkning av vindbelastning är F = A x P x Cd, Inuti F är vindkraft eller vindbelastning, A är det projicerade området, P är vindtrycket, och CD är dragskoefficienten. Denna ekvation är användbar för att uppskatta vindbelastningen på ett visst objekt, men uppfyller inte kraven i byggnadskoderna för utformningen av en ny byggnad.
Hitta det projicerade området A. Detta är området för den tvådimensionella ytan som vinden blåser. För en mer exakt analys måste du upprepa beräkningen för varje sida av byggnaden. Till exempel, om byggnadens västra sida är 20 meter, byt ut värdet A för att beräkna vindbelastningen på västsidan.
- Formeln för area beror på ytans form. För plana väggar, använd formeln Area = längd x höjd. Ungefärlig kolumnyta med formeln Area = diameter x höjd.
- I SI-systemet måste du mäta A i kvadratmeter (m).
- I imperiala mätningar måste du mäta A i kvadratmeter (ft).
Beräkna vindtrycket. Den enkla formeln för att beräkna det imperialistiska P-viktade vindtrycket (pund / kvadratfot) finns där V är vindhastigheten i miles per timme (mph). För att hitta vindtryck i SI-systemet (Newton / kvadratmeter) använder du och mäter hastighet V i meter per sekund.
- Denna formel härrör från standarduppsättningen American Association of Civil Engineers. Faktorn 0,00256 är resultatet av en beräkning baserad på typiska värden för lufttäthet och tyngdacceleration.
- Ingenjörer använder en mer exakt formel för att ta hänsyn till faktorer som omgivande terräng och byggnadstyp. Du hittar beräkningsformeln i standarduppsättningen ASCE 7-05 eller använder UBC-formeln nedan.
- Om du inte vet vad vindhastigheten är, kontrollera den högsta vindhastigheten i området enligt standarderna för Electronic Business Association (EIA). Till exempel är de flesta av USA i zon A med vindhastigheter på 38,7 m / s, men kustområdena ligger i zon B (44,7 m / s) eller zon C (50 m / s).
Bestäm motståndskoefficienten för det aktuella föremålet. Dragkraften är vindens kraft som verkar på byggnaden, styrd av byggnadens form, ytjämnheten och många andra faktorer. Ingenjörer mäter ofta motstånd direkt genom experiment, men om du vill uppskatta kan du slå upp den typiska dragkoefficienten för objektgeometri. Till exempel:
- Standardmotståndskoefficienten för långa cylindrar är 1,2 och för korta cylindrar är 0,8. Dessa faktorer gäller för antennhållarpyloner på många byggnader.
- Standardmotståndskoefficienten för platta paneler som byggnadsytor är 2,0 för långa platta ark eller 1,4 för korta platta paneler.
- Dragkoefficienten har inga enheter.
Beräkna vindbelastningen. Med hjälp av värdena ovan kan du nu beräkna vindbelastningen med hjälp av en ekvation F = A x P x Cd.
Antag att du vill beräkna vindbelastningen som verkar på en antenn 1 meter lång och 2 cm i diameter, 31,3 m / s vindhastighet.
- Börja med att uppskatta det projicerade området. I detta fall,
- Beräkna vindtrycket :.
- För korta cylindrar är dragkoefficienten 0,8.
- I stället för ekvationen:
- 9,6 N är vindbelastningen som verkar på antennen.
annons

Metod 2 av 3: Beräkna vindbelastningen med hjälp av formeln för Electronic Business Association

Identifiera formeln som utvecklats av Electronic Business Association. Formeln för beräkning av vindbelastning är F = A x P x Cd x Kz x Gh, Inuti A projektionsområde, P är vindtryck, CD är dragskoefficienten, Kz är exponeringskoefficienten, och GH är koefficienten för vindrekyl. Denna vindlastformel beaktar flera ytterligare parametrar och används ofta för att beräkna vindbelastningen som verkar på antennen.
Förstå variablerna i formler. För att använda denna formel effektivt måste du först förstå innebörden av varje variabel och dess enhet.
- A, P och CD har samma betydelse som i den allmänna formeln.
- Kz är exponeringskoefficienten och beräknas från höjden från marken till objektets mittpunkt. Enheten i Kz är mätaren.
- GH är rekylkoefficienten och beräknas av objektets totala höjd. Enheten i GH är 1 / m eller m.
Bestäm det projicerade området. Det projicerade området för ett objekt beror på dess form och storlek. Om vinden blåser på en plan vägg är det projicerade området lättare än ett cirkulärt föremål. Det projicerade området kommer att vara ungefär lika med det område som vinden utsätts för. Det finns ingen formel för beräkning av vyn, men du kan uppskatta den med några grundläggande beräkningar. Enhetsenheten är m.
- För plana väggar, använd formeln Area = längd x bredd och mät längden och bredden på väggen där vinden blåses.
- För cylindrar eller kolumner kan du approximera området efter längd och bredd. I detta fall är bredden diametern på cylindern eller kolonnen.
Beräkna vindtrycket. Vindtrycket beräknas enligt formeln P = 0,613 x V, Inuti V är vindhastigheten i meter per sekund (m / s). Enheten för vindtryck är Newton per kvadratmeter (N / m).
- Om vindhastigheten till exempel är 31,3 m / s är vindtrycket 0,613 x 31,3 = 600 N / m.
- Ett annat sätt att beräkna vindtrycket vid en viss hastighet är att använda vindhastighetsstandarder i olika geografiska områden. Enligt Electronic Business Association (EIA) har till exempel de flesta USA i region A vindhastigheter på 38,7 m / s, men kustområdena ligger i zon B (44,7 m / s). ) eller zon C (50 m / s).
Bestäm motståndskoefficienten för det aktuella föremålet. Dragkraften är vindens kraft som verkar i riktning mot att blåsa upp objektets yta. Dragkoefficienten representerar motståndet hos ett objekt i vätskan och beror på objektets form, storlek och ojämnhet.
- Standardmotståndskoefficienten för långa cylindrar är 1,2 och för korta cylindrar är 0,8, vilket vanligtvis tillämpas på antennstolpar i många byggnader.
- Standardmotståndskoefficienten för platta paneler som byggnadsytor är 2,0 för långa platta ark eller 1,4 för korta platta paneler.
- Skillnaden mellan motståndskoefficienten för den platta plattan och cylindern är ungefär 0,6.
- Dragkoefficienten har inga enheter.
Beräkna exponeringskoefficienten Kz.Kz beräknas med formeln i vilken z är höjden från marken till objektets mittpunkt.
- Om du till exempel har en antenn som är 1 meter lång och 15 meter från marken, z kommer att vara 14,5 m.
- Kz = = = 0,8 m.
Beräkna koefficienten för vindrekyl GH. Vindrekylkoefficient beräknas med formeln Gh = 0,65 + 0,6 /, Inuti H är objektets höjd.
- Om du till exempel har en antenn som är 1 meter lång och 15 meter från marken, Gh = 0,65 + 0,6 / = 0,65 + 0,6 / = 1,32 m
Beräkna vindbelastningen. Med hjälp av värdena som hittats ovan kan du nu beräkna vindbelastningen med hjälp av en ekvation F = A x P x Cd x Kz x Gh. Anslut värdena till variablerna och utför beräkningar.
- Antag att du vill beräkna vindbelastningen som verkar på en antenn 1 meter lång och 2 cm i diameter, 31,3 m / s vindhastighet. Antennen ligger ovanpå en 15m hög byggnad.
- Börja med att beräkna det projicerade området. I detta fall, A = l x b = 1 m x 0,02 m = 0,02 m.
- Beräkna vindtryck: P = 0,613 x V = 0,613 x 31,3 = 600 N / m.
- För korta cylindrar är dragkoefficienten 0,8.
- Beräkna exponeringskoefficienten: Kz = = = 0,8 m.
- Beräkna vindrekylkoefficienten: Gh = 0,65 + 0,60 / = 0,65 + 0,60 / = 1,32 m
- I stället för ekvationen: 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 är vindbelastningen som verkar på antennen.
annons

Metod 3 av 3: Beräkna vindbelastningen med formeln för standarduppsättningen UBC-97 (Uniform Building Code)

Bestäm formeln för UBC-97. Denna formel byggdes 1997 i UBC-standarden (Uniform Building Code) för beräkning av vindbelastning. Formeln är F = A x P, Inuti A är det projicerade området och P vindtryck; men denna formel har ett annat sätt att beräkna vindtrycket.
- Vindtryck (N / m) beräknas med formeln P = Ce x Cq x Qs x Iw, Inuti Ce är den kombinerade faktorn för vindens höjd, exponering och rekyl, Cq är tryckkoefficienten (motsvarar dragkoefficienten i de två ekvationerna ovan), Qs är vindens stillastående tryck, och lw är den viktiga faktorn. Alla dessa värden kan beräknas eller letas upp från motsvarande tabeller.
Bestäm det projicerade området. Det projicerade området för ett objekt beror på dess form och storlek. Om vinden blåser på en plan vägg är det projicerade området lättare än ett cirkulärt föremål. Det projicerade området kommer att vara ungefär lika med det område som vinden utsätts för. Det finns ingen formel för beräkning av vyn, men du kan uppskatta den med några grundläggande beräkningar. Enhetsenheten är m.
- För plana väggar, använd formeln Area = längd x bredd och mät längden och bredden på väggen där vinden blåses.
- För cylindrar eller kolumner kan du approximera området efter längd och bredd. I detta fall är bredden diametern på cylindern eller kolonnen.
Fast besluten Ce, kombinerad höjdkoefficient, exponering och vindrekyl. Detta värde slås upp från tabell 16-G i UBC och tar hänsyn till tre typer av kontakt relaterade till terrängen, med höjder och värden. Ce olika för varje modell.
- "Typ av exponering B är en terräng med hus, träd eller andra ojämnheter som täcker minst 20% av det omgivande området och sträcker sig från 1,6 km eller mer från den aktuella platsen."
- "Kontakttypen C är platt och i allmänhet väl ventilerad och sträcker sig 0,8 km eller mer från platsen för övervägande."
- "D-exponeringstypen är den terräng som drabbas hårdast, har en genomsnittlig vindhastighet på 129 km / h eller högre och platt terrängtyp utan hinder, omgiven av stora vatten."
Bestäm tryckkoefficienten för det aktuella föremålet. Tryckkoefficient Cq liknar dragkoefficienten CD. Dragkraften är vindens kraft som verkar i riktning mot att blåsa upp objektets yta. Dragkoefficienten representerar motståndet hos ett objekt i vätskan och beror på objektets form, storlek och ojämnhet.
- Standardmotståndskoefficienten för långa cylindrar är 1,2 och för korta cylindrar är 0,8, vilket vanligtvis tillämpas på antennstolpar i många byggnader.
- Standardmotståndskoefficienten för platta paneler som byggnadsytor är 2,0 för långa platta ark eller 1,4 för korta platta paneler.
- Skillnaden mellan motståndskoefficienten för den platta plattan och cylindern är ungefär 0,6.
- Dragkoefficienten har inga enheter.
Bestäm vindens stillastående tryck.Qs är det stillastående vindtrycket och beräknas på samma sätt som vindtrycksberäkningen i tidigare ekvationer: Qs = 0,613 x V., Inuti V är vindhastigheten i meter per sekund (m / s).
- Om till exempel vindhastigheten är 31 m / s är det stillastående vindtrycket 0,613 x V = 0,613 x 31,3 = 600 N / m.
- Ett annat sätt är att använda vindhastighetsstandarder i olika geografiska områden. Enligt Electronic Business Association (EIA) har till exempel de flesta USA i region A vindhastigheter på 38,7 m / s, men kustområdena ligger i zon B (44,7 m / s). ) eller zon C (50 m / s).
Bestäm nyckelfaktorn.lw är en viktig koefficient och kan ses upp från 16-K-tabellen i UBC. Det är en multiplikatorfaktor som används för att beräkna belastningen för att ta hänsyn till de faktorer som använder byggnaden. Om en byggnad innehåller farligt material kommer den kritiska faktorn att vara högre än en byggnad för allmänt bruk.
- Beräkningar för en byggnad med standardanvändning kommer att ha en faktor 1.
Beräkna vindbelastningen. Med hjälp av värdena som hittats ovan kan du nu beräkna vindbelastningen med hjälp av en ekvation F = A x P = A x Ce x Cq x Qs x Iw . Anslut värdena till variablerna och utför beräkningar.
- Anta att du vill beräkna vindbelastningen på en antenn som är 1 meter lång och 2 cm i diameter och har en vindhastighet på 31 m / s. Antennen placeras på toppen av en 15 m hög byggnad i terrängområdet av kontakttyp B.
- Börja med att beräkna det projicerade området. I detta fall, A = l x b = 1 m x 0,02 m = 0,02 m.
- Fast besluten Ce. Enligt tabell 16-G kan vi använda en höjd av 15 m och topografi av kontakttyp B, slå upp Ce är 0,84.
- För korta cylindrar är dragkoefficienten bra Cq är 0,8.
- Beräkna Qs: Qs = 0,613 x V. = 0,613 x 31,3 = 600 N / m.
- Bestäm nyckelfaktorn. Detta är en vanlig byggnad bör lw = 1.
- I stället för ekvationen: 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 är vindbelastningen som verkar på antennen.
annons

Råd

Du borde veta att vindhastigheten ändras på olika höjder från marken. Vindhastigheten ökar med strukturens höjd och närmare marken, desto mer oregelbunden förändring, eftersom den påverkas av strukturer på marken.
Kom ihåg att det är denna oregelbundna variation som minskar noggrannheten i vindbelastningsberäkningarna.