Conţinut
Puterea vântului nu poate fi subestimată. Ca forță, vântul variază de la o adiere ușoară care ridică un zmeu până la uraganul care sfâșie un acoperiș. Chiar și stâlpii de lumină și structuri similare obișnuite, de zi cu zi, trebuie să fie proiectate pentru a rezista forței vântului. Cu toate acestea, nu este dificil să calculăm suprafața proiectată afectată de încărcăturile eoliene.
Formula de încărcare a vântului
Formula de calcul al încărcăturii vântului, în forma sa cea mai simplă, este forța de încărcare a vântului, egală cu presiunea vântului, a ariei proiectate, a coeficientului de tracțiune. Matematic, formula este scrisă ca F = PACd. Factorii suplimentari care afectează încărcăturile de vânt includ rafale de vânt, înălțimea structurilor și structurile din jur. De asemenea, detaliile structurale pot prinde vântul.
Definiția zonei proiectate
Zona proiectată înseamnă suprafața perpendiculară pe vânt. Inginerii pot alege să utilizeze zona maximă proiectată pentru a calcula forța vântului.
Calcularea ariei proiectate a unei suprafețe plane orientate către vânt necesită gândirea formei tridimensionale ca suprafață bidimensională. Suprafața plană a unui perete standard orientat direct în vânt va prezenta o suprafață pătrată sau dreptunghiulară. Zona proiectată a unui con se poate prezenta ca triunghi sau ca cerc. Zona proiectată a unei sfere va fi întotdeauna prezentă ca un cerc.
Calcularea suprafeței proiectate
Zona proiectată a unui pătrat
Zona pe care vântul o lovește de o structură pătrată sau dreptunghiulară depinde de orientarea structurii către vânt. Dacă vântul lovește perpendicular pe o suprafață pătrată sau dreptunghiulară, calculul zonei este suprafață egală cu lungimea timpului lățimii (A = LH). Pentru un perete care este de 20 de metri lungime și 10 de înălțime, suprafața proiectată este egală cu 20 × 10 sau 200 de metri pătrați.
Cu toate acestea, cea mai mare lățime a unei structuri dreptunghiulare va fi distanța de la un colț la colțul opus, nu distanța dintre colțurile adiacente. De exemplu, ia în considerare o clădire care este de 10 metri lățime pe 12 metri lungime și 10 metri înălțime. Dacă vântul lovește perpendicular pe o parte, suprafața proiectată a unui perete va fi de 10 × 10 sau 100 de metri pătrați, în timp ce suprafața proiectată a celuilalt perete va fi de 12 × 10 sau 120 de metri pătrați.
Dacă vântul lovește perpendicular pe un colț, cu toate acestea, lungimea zonei proiectate poate fi calculată în funcție de teorema lui Pitagore (a2+ b2 = c2). Distanța dintre colțurile opuse (L) devine 102+122= L2, sau 100 + 144 = L2= 244 de picioare. Apoi, L = √244 = 15,6 picioare. Zona proiectată devine apoi L × H, 15,6 × 10 = 156 metri pătrați.
Zona proiectată a unei sfere
Privind direct într-o sferă, vederea bidimensională sau zona frontală proiectată a unei sfere este un cerc. Cercul diametrul proiectat este egal cu diametrul sferei.
Prin urmare, calculul ariei proiectate folosește formula zonei pentru un cerc: aria este egală cu pi de ori raza de ori raza sau A = πr2. Dacă diametrul sferei este de 20 de picioare, raza va fi de 20 ÷ 2 = 10, iar aria proiectată va fi A = π × 102≈3.14 × 100 = 314 metri pătrați.
Zona proiectată a unui con
Sarcina vântului pe un con depinde de orientarea conului. Dacă conul stă pe baza sa, atunci zona proiectată a conului va fi un triunghi. Formula de zonă pentru un triunghi, de bază de înălțime ori de jumătate (B × H ÷ 2), necesită cunoașterea lungimii de-a lungul bazei și înălțimea până la vârful conurilor. Dacă structura are 10 metri în jurul bazei și 15 metri înălțime, atunci calculul ariei proiectate devine 10 × 15 ÷ 2 = 150 ÷ 2 = 75 metri pătrați.
Dacă, totuși, conul este echilibrat astfel încât baza sau vârful să fie îndreptate direct în vânt, zona proiectată va fi un cerc cu un diametru egal cu distanța de-a lungul bazei. Apoi, zona pentru o formulă de cerc ar fi aplicată.
Dacă conul se află astfel încât vântul să lovească perpendicular pe laterală (paralel cu baza), atunci zona proiectată a conului va avea aceeași formă triunghiulară ca atunci când conul se așează pe baza sa. Aria unei formule de triunghi ar fi apoi utilizată pentru a calcula aria proiectată.