Автор:
Monica Porter
Дата Створення:
18 Березень 2021
Дата Оновлення:
1 Липня 2024
Зміст
Вітер - це потік повітря, що рухається майже в горизонтальному напрямку від високого до низького тиску. Сильний вітер може завдати великої шкоди, оскільки тисне на поверхню конструкції. Інтенсивність цього тиску називається вітровим навантаженням. Вплив вітру залежить від розміру та форми конструкції. Вітрове навантаження є необхідним параметром для спроектування та будівництва будівель з кращою безпекою та стійкістю до вітру, а також для встановлення таких об'єктів поверх будівель, як антени.
Кроки
Метод 1 з 3: Розрахуйте вітрове навантаження, використовуючи загальну формулу
Визначте узагальнену формулу. Формула для розрахунку вітрового навантаження така F = A x P x Cd, Всередині F - сила вітру або вітрове навантаження, A - прогнозована площа, P - тиск вітру, і CD - коефіцієнт опору. Це рівняння корисно для оцінки вітрового навантаження на даний об'єкт, але не відповідає вимогам будівельних норм для проектування нової будівлі.
Знайдіть проектовану область A. Це площа двовимірної поверхні, яку дме вітер. Для більш точного аналізу необхідно повторити розрахунок для кожної сторони будівлі. Наприклад, якщо західна сторона будівлі 20м, замініть це значення A для розрахунку вітрового навантаження із західної сторони.- Формула площі залежить від форми поверхні. Для плоских стін використовуйте формулу Площа = довжина х висота. Приблизьте площу поверхні стовпа за формулою Площа = діаметр х висота.
- У системі СІ потрібно вимірювати A в квадратних метрах (м).
- В імперських вимірах потрібно вимірювати A в квадратних футах (футах).
Обчисліть тиск вітру. Там проста формула для розрахунку імперського тиску вітру, зваженого за допомогою P (фунтів / квадратні фути) V - швидкість вітру в милях на годину (миль / год). Щоб знайти тиск вітру в системі СІ (ньютон / квадратний метр), ви використовуєте і вимірюєте швидкість V в метрах за секунду.- Ця формула походить від набору стандартів Американської асоціації будівельних інженерів. Коефіцієнт 0,00256 є результатом розрахунку, заснованого на типових значеннях щільності повітря та гравітаційного прискорення.
- Інженери використовують більш точну формулу, щоб врахувати такі фактори, як навколишній рельєф та тип будівлі. Ви можете знайти формулу розрахунку в стандартному наборі ASCE 7-05 або скористатися формулою UBC нижче.
- Якщо ви не знаєте, яка швидкість вітру, перевірте найвищу швидкість вітру в цьому районі відповідно до стандартів Асоціації електронного бізнесу (EIA). Наприклад, більша частина Сполучених Штатів знаходиться в зоні А зі швидкістю вітру 38,7 м / с, але прибережні райони знаходяться в зоні В (44,7 м / с) або зоні С (50 м / с).
Визначте коефіцієнт опору розглянутого об’єкта. Сила опору - це сила вітру, що діє на будівлю, що регулюється формою будівлі, шорсткістю поверхні та багатьма іншими факторами. Інженери часто вимірюють опір безпосередньо за допомогою експериментів, але якщо ви хочете оцінити, ви можете знайти типовий коефіцієнт опору для геометрії об'єкта. Наприклад:- Стандартний коефіцієнт опору для довгих циліндрів - 1,2, а для коротких - 0,8. Ці фактори стосуються пілонів-тримачів антен у багатьох будівлях.
- Стандартний коефіцієнт опору для плоских панелей, таких як облицювання будівель, становить 2,0 для довгих плоских листів або 1,4 для коротких плоских панелей.
- Коефіцієнт опору не має одиниць.
Розрахувати вітрове навантаження. Використовуючи значення, знайдені вище, тепер ви можете розрахувати вітрове навантаження за допомогою рівняння F = A x P x Cd.
- Припустимо, ви хочете розрахувати вітрове навантаження, що діє на антену довжиною 1 метр і діаметром 2 см і швидкістю вітру 31,3 м / с.
- Почніть з оцінки прогнозованої площі. В цьому випадку,
- Обчисліть тиск вітру :.
- Для коротких циліндрів коефіцієнт опору становить 0,8.
- Замість рівняння:
- 9,6 Н - вітрове навантаження, що діє на антену.
Метод 2 з 3: Розрахуйте вітрове навантаження за формулою Асоціації електронного бізнесу
Визначте формулу, розроблену Асоціацією електронного бізнесу. Формула для розрахунку вітрового навантаження така F = A x P x Cd x Kz x Gh, Всередині A площа проекції, P - тиск вітру, CD - коефіцієнт опору, Kz - коефіцієнт впливу, і GH - коефіцієнт віддачі вітру. Ця формула вітрового навантаження враховує кілька додаткових параметрів і часто використовується для розрахунку вітрового навантаження, що діє на антену.
Зрозумійте змінні у формулах. Щоб ефективно використовувати цю формулу, спочатку потрібно зрозуміти значення кожної змінної та її одиниці.
- A, P і CD має те саме значення, що і в узагальненій формулі.
- Kz - коефіцієнт впливу і обчислюється від висоти від землі до середини об’єкта. Одиниця виміру Kz - це лічильник.
- GH - коефіцієнт віддачі і обчислюється загальною висотою об'єкта. Одиниця виміру GH дорівнює 1 / м або м.
Визначте прогнозовану площу. Проектована площа об’єкта залежить від його форми та розміру. Якщо вітер дме на рівну стіну, проектована область легша, ніж круговий предмет. Прогнозована площа буде приблизно дорівнює площі, на яку впливає вітер. Формули для обчислення площі огляду не існує, але ви можете оцінити її за допомогою деяких основних розрахунків. Одиниця площі - м.
- Для рівних стін використовуйте формулу Площа = довжина х ширина та вимірюйте довжину та ширину стіни, куди дме вітер.
- Для циліндрів або колон можна наблизити площу за довжиною та шириною. У цьому випадку ширина - це діаметр циліндра або колони.
Обчисліть тиск вітру. Тиск вітру розраховується за формулою P = 0,613 x V, Всередині V - швидкість вітру в метрах за секунду (м / с). Одиницею тиску вітру є Ньютон на квадратний метр (Н / м).
- Наприклад, якщо швидкість вітру 31,3 м / с, то тиск вітру 0,613 х 31,3 = 600 Н / м.
- Іншим способом розрахунку тиску вітру з певною швидкістю є використання стандартів швидкості вітру в різних географічних районах. Наприклад, за даними Асоціації електронного бізнесу (EIA), більша частина Сполучених Штатів в регіоні А має швидкість вітру 38,7 м / с, але прибережні райони знаходяться в зоні В (44,7 м / с). ) або зона C (50 м / с).
Визначте коефіцієнт опору розглянутого об’єкта. Сила опору - це сила вітру, що діє в напрямку дму на поверхню предмета. Коефіцієнт опору представляє опір об'єкта в рідині і залежить від форми, розміру та шорсткості об'єкта.
- Стандартний коефіцієнт опору для довгих циліндрів становить 1,2, а для коротких - 0,8, що зазвичай застосовується до антенних стовпів у багатьох будівлях.
- Стандартний коефіцієнт опору для плоских панелей, таких як облицювання будівель, становить 2,0 для довгих плоских листів або 1,4 для коротких плоских панелей.
- Різниця між коефіцієнтом опору плоскої пластини та циліндра становить приблизно 0,6.
- Коефіцієнт опору не має одиниць.
Обчисліть коефіцієнт впливу Kz.Kz обчислюється за формулою, в якій z - висота від землі до середньої точки об’єкта.
- Наприклад, якщо у вас антена завдовжки 1 метр і 15 метрів від землі, z становитиме 14,5 м.
- Kz = = = 0,8 м.
Обчисліть коефіцієнт віддачі вітру GH. Коефіцієнт віддачі вітру розраховується за формулою Gh = 0,65 + 0,6 /, Всередині H - висота об’єкта.
- Наприклад, якщо у вас антена завдовжки 1 метр і 15 метрів від землі, Gh = 0,65 + 0,6 / = 0,65 + 0,6 / = 1,32 м
Розрахувати вітрове навантаження. Використовуючи значення, знайдені вище, тепер ви можете розрахувати вітрове навантаження за допомогою рівняння F = A x P x Cd x Kz x Gh. Підключіть значення до змінних та виконайте обчислення.
- Припустимо, ви хочете розрахувати вітрове навантаження, що діє на антену довжиною 1 метр і діаметром 2 см і швидкістю вітру 31,3 м / с. Антена розташована на вершині 15-метрової будівлі.
- Почніть з розрахунку прогнозованої площі. В цьому випадку, A = l x w = 1 м х 0,02 м = 0,02 м.
- Розрахувати тиск вітру: P = 0,613 x V = 0,613 х 31,3 = 600 Н / м.
- Для коротких циліндрів коефіцієнт опору становить 0,8.
- Обчисліть коефіцієнт впливу: Kz = = = 0,8 м.
- Обчисліть коефіцієнт віддачі вітру: Gh = 0,65 + 0,60 / = 0,65 + 0,60 / = 1,32 м
- Замість рівняння: F = A x P x Cd x Kz x Gh = 0,02 х 600 х 0,8 х 0,8 х 1,32 = 10 Н.
- 10 Н - вітрове навантаження, що діє на антену.
Метод 3 з 3: Розрахувати вітрове навантаження за формулою стандартного набору UBC-97 (Єдиний будівельний норми)
Визначте формулу UBC-97. Ця формула була побудована в 1997 році згідно стандарту UBC (Єдиний будівельний кодекс) для розрахунку вітрового навантаження. Формула така F = A x P, Всередині A - прогнозована площа і P тиск вітру; але ця формула має інший спосіб розрахунку тиску вітру.
- Тиск вітру (Н / м) обчислюється за формулою P = Ce x Cq x Qs x Iw, Всередині Се - сукупний коефіцієнт висоти, експозиції та віддачі вітру, Кв - коефіцієнт тиску (еквівалентний коефіцієнту опору в двох рівняннях вище), Qs - застійний тиск вітру, і lw є важливим фактором. Всі ці значення можна обчислити або переглянути з відповідних таблиць.
Визначте прогнозовану площу. Проектована площа об’єкта залежить від його форми та розміру. Якщо вітер дме на рівну стіну, проектована область легша, ніж круговий предмет. Прогнозована площа буде приблизно дорівнює площі, на яку впливає вітер. Формули для обчислення площі огляду не існує, але ви можете оцінити її за допомогою деяких основних розрахунків. Одиниця площі - м.
- Для рівних стін використовуйте формулу Площа = довжина х ширина та вимірюйте довжину та ширину стіни, куди дме вітер.
- Для циліндрів або колон можна наблизити площу за довжиною та шириною. У цьому випадку ширина - це діаметр циліндра або колони.
Рішуче Се, комбінований коефіцієнт висоти, експозиції та віддачі вітру. Це значення шукано з таблиці 16-G в UBC та розглядає три типи контакту, пов’язаного з місцевістю, з висотами та значеннями. Се різні для кожної моделі.
- "Тип експозиції B - це місцевість з будинками, деревами чи іншими нерівностями, що охоплює щонайменше 20% прилеглої території та тягнеться від 1,6 км або більше від місця, що розглядається".
- "Контакт типу C є плоским і, як правило, добре провітрюється, простягається на 0,8 км і більше від місця розгляду".
- "Тип D-експозиції - це місцевість, яка найбільше постраждала, середня швидкість вітру становить 129 км / год або вище, а також рівнинна місцевість без перешкод, оточена великими водами".
Визначте коефіцієнт тиску розглянутого об’єкта. Коефіцієнт тиску Кв подібний до коефіцієнта опору CD. Сила опору - це сила вітру, що діє в напрямку дму на поверхню предмета. Коефіцієнт опору представляє опір об'єкта в рідині і залежить від форми, розміру та шорсткості об'єкта.
- Стандартний коефіцієнт опору для довгих циліндрів становить 1,2, а для коротких - 0,8, що зазвичай застосовується до антенних стовпів у багатьох будівлях.
- Стандартний коефіцієнт опору для плоских панелей, таких як облицювання будівель, становить 2,0 для довгих плоских листів або 1,4 для коротких плоских панелей.
- Різниця між коефіцієнтом опору плоскої пластини та циліндра становить приблизно 0,6.
- Коефіцієнт опору не має одиниць.
Визначте застійний тиск вітру.Qs - тиск застійного вітру і розраховується подібно до розрахунку тиску вітру в попередніх рівняннях: Qs = 0,613 x V, Всередині V - швидкість вітру в метрах за секунду (м / с).
- Наприклад, якщо швидкість вітру дорівнює 31 м / с, то тиск застійного вітру дорівнює 0,613 х V = 0,613 х 31,3 = 600 Н / м.
- Інший спосіб - використовувати стандарти швидкості вітру в різних географічних районах. Наприклад, за даними Асоціації електронного бізнесу (EIA), більша частина Сполучених Штатів в регіоні А має швидкість вітру 38,7 м / с, але прибережні райони знаходяться в зоні В (44,7 м / с). ) або зона C (50 м / с).
Визначте ключовий фактор.lw є важливим коефіцієнтом, і його можна переглянути з таблиці 16-K в UBC. Це коефіцієнт множника, який використовується для розрахунку навантаження для врахування факторів використання будівлі. Якщо будівля містить небезпечні матеріали, критичний фактор буде вищим, ніж будівля загального користування.
- Розрахунки для будівлі зі стандартним використанням матимуть коефіцієнт 1.
Розрахувати вітрове навантаження. Використовуючи значення, знайдені вище, тепер ви можете розрахувати вітрове навантаження за допомогою рівняння F = A x P = A x Ce x Cq x Qs x Iw . Підключіть значення до змінних та виконайте обчислення.
- Припустимо, ви хочете розрахувати вітрове навантаження, що діє на антену довжиною 1 метр і діаметром 2 см, швидкість вітру 31 м / с. Антена розміщена на вершині будівлі висотою 15 м у районі з місцевістю контактного типу B.
- Почніть з розрахунку прогнозованої площі. В цьому випадку, A = l x w = 1 м х 0,02 м = 0,02 м.
- Рішуче Се. Згідно з таблицею 16-G, використовуючи висоту 15 м та топографію контакту типу B, ми можемо шукати вгору Се дорівнює 0,84.
- Для коротких циліндрів коефіцієнт опору хороший Кв дорівнює 0,8.
- Обчислити Qs: Qs = 0,613 x V = 0,613 х 31,3 = 600 Н / м.
- Визначте ключовий фактор. Це стандартна будівля повинна lw = 1.
- Замість рівняння: F = A x P = A x Ce x Cq x Qs x Iw = 0,02 х 0,84 х 0,8 х 600 х 1 = 8 Н.
- 8 Н - вітрове навантаження, що діє на антену.
Порада
- Ви повинні знати, що швидкість вітру змінюється на різній висоті від землі. Швидкість вітру зростає із зростанням конструкції та чим ближче до землі, тим більше нестабільна зміна, оскільки на неї впливають споруди на землі.
- Пам’ятайте, що саме ця нестабільна варіація зменшить точність розрахунків вітрового навантаження.
