Sadržaj
Snagu vjetra nije moguće podcijeniti. Kao sila, vjetar varira od laganog povjetara koji podiže zmaj do uragana koji se sruši sa krova. Čak i svjetlosni stubovi i slične uobičajene, svakodnevne konstrukcije moraju biti dizajnirani da izdrže silu vjetra. Međutim, teško je izračunati predviđeno područje pod utjecajem vjetrovnih opterećenja.
Formula opterećenja vjetrom
Formula za proračun opterećenja vjetra, u svom najjednostavnijem obliku, je sila opterećenja vjetra jednaka tlaku vjetra puta predviđenom području i koeficijentu povrata. Matematički, formula se piše kao F = PACd, Dodatni čimbenici koji utječu na opterećenja vjetra uključuju nalet vjetra, visinu konstrukcija i građevine terena. Također, strukturni detalji mogu zahvatiti vjetar.
Definicija projiciranog područja
Projektirano područje znači površinu okomitu na vjetar. Inženjeri mogu odlučiti koristiti maksimalno projicirano područje za proračun sile vjetra.
Izračunavanje projicirane površine ravnine površine okrenute prema vjetru zahtijeva razmišljanje trodimenzionalnog oblika kao dvodimenzionalne površine. Ravna površina standardnog zida okrenuta izravno u vjetar predstavljat će kvadratnu ili pravokutnu površinu. Projicirano područje konusa moglo bi se predstaviti u obliku trokuta ili u obliku kruga. Projicirano područje sfere uvijek će se pojaviti u obliku kruga.
Proračun predviđenih površina
Projektirana površina trga
Područje koje vjetar udari na kvadratnu ili pravokutnu strukturu ovisi o orijentaciji građevine prema vjetru. Ako vjetar udari okomito na kvadratnu ili pravokutnu površinu, izračunava se površina jednaka duljini puta širini (A = LH). Za zid dugačak 20 stopa visok 10 stopa, projicirano područje iznosi 20 × 10 ili 200 četvornih metara.
Međutim, najveća širina pravokutne konstrukcije bit će udaljenost od jednog do drugog suprotnog kuta, a ne udaljenost između susjednih uglova. Na primjer, razmislite o zgradi koja je široka 10 i 12 metara, a visoka 10 stopa. Ako vjetar udari okomito na neku stranu, projicirano područje jednog zida iznosit će 10 × 10 ili 100 četvornih metara, dok će projicirana površina drugog zida biti 12 × 10 ili 120 četvornih metara.
Ako vjetar udari okomito na neki kut, duljina projiciranog područja može se izračunati prema pitagorejskoj teoremi (a2+ b2 = c2). Udaljenost između suprotnih uglova (L) postaje 102+122= L2, ili 100 + 144 = L2= 244 stopa. Zatim je L = √244 = 15,6 stopa. Projicirano područje tada postaje L × H, 15,6 × 10 = 156 četvornih stopa.
Projektirano područje sfere
Gledajući izravno u sferu, dvodimenzionalni prikaz ili projicirano prednje područje sfere je krug. Promjer projiciranog kruga jednak je promjeru kugle.
Proračunavanje projiciranog područja koristi stoga formulu površine za krug: površina jednaka pi puta radijusa puta polumjera, ili A = πr2, Ako je promjer sfere 20 stopa, polumjer će biti 20 ÷ 2 = 10, a projicirano područje će biti A = π × 102≈3,14 × 100 = 314 četvornih metara.
Projektirano područje konusa
Opterećenje vjetra na konusu ovisi o orijentaciji konusa. Ako konus sjedi na svojoj bazi, tada će projicirano područje konusa biti trokut. Formula područja za trokut, visina osnovnog puta jednaka polovini (B × H ÷ 2), zahtijeva poznavanje duljine preko baze i visine do vrha konusa. Ako je građevina 10 stopa preko baze i visina 15 stopa, tada proračun projicirane površine postaje 10 × 15 ÷ 2 = 150 ÷ 2 = 75 četvornih metara.
Ako je, međutim, konus uravnotežen tako da baza ili vrh upućuju izravno u vjetar, projicirano područje će biti krug promjera jednak udaljenosti od osnove. Tada bi se primijenilo područje za formulu kruga.
Ako konus leži tako da vjetar udara okomito na stranu (paralelno s bazom), tada će projicirano područje konusa biti istog trokutastog oblika kao kad konus sjedi na svojoj bazi. Područje formule trokuta koristi se za izračunavanje projiciranog područja.