Beregning af vindbelastning

Indhold

Trin
Tips

Vind er en luftmasse, der for det meste bevæger sig i vandret retning fra et højtryksområde til et lavtryksområde. Kraftig vind kan være meget ødelæggende, fordi de genererer tryk mod overfladen af en struktur. Intensiteten af dette tryk er vindbelastningen. Vindens effekt afhænger af strukturens størrelse og form. Vindbelastningsberegning er nødvendig for design og konstruktion af bygninger til sikrere, mere vindbestandige bygninger og placering af objekter såsom antenner oven på bygninger.

Trin

Metode 1 af 3: Beregning af vindbelastning med en generel formel

1. Definer den generelle formel. Den generelle formel for vindbelastning er F = A x P x Cd, hvorved f kraften eller vindbelastningen er, -en det projicerede område af objektet, s er vindtrykket og CD luftmodstandskoefficienten. Denne ligning er nyttig til at estimere vindbelastningen på et bestemt objekt, men opfylder ikke byggestandarder for planlægning af nye byggeprojekter.

Billede med titlen Beregn vindbelastning Trin 3

2. Bestem det projekterede område -en. Dette er området af det todimensionelle plan, som vinden rammer. For en komplet analyse skal du gentage beregningen for hver side af bygningen. For eksempel, hvis en bygning har en vestlig side med et areal på 20m, bruger du denne værdi til -en ved beregning af vindbelastningen på det vestlige plan.

Formlen til beregning af arealet afhænger af flyets form. For en flad væg bruger du formlen areal = længde x højde. Tilnærme arealet af forsiden af en søjle med areal = diameter x højde.

Følgende gælder for SI-beregninger: -en er i kvadratmeter (m).

Til kejserlige beregninger, -en er i kvadratfod (ft).

Billede med titlen Beregn vindbelastning Trin 4

3. Beregn vindtrykket. Den simple formel for vindtrykket P i imperiale enheder (pund pr. kvadratfod) er

s = 0, 00256 V 2

$P=0,00256V^{2}$ , hvorved V vindhastigheden er i miles per time (mph). For at finde vindtrykket i SI-enheder (Newton pr. kvadratmeter), brug

s = 0, 613 V 2

$P=0,613V^{2}$ , og måle dig V i meter i sekundet.

Denne formel er baseret på standarden fra American Society of Civil Engineers. Koefficienten 0,00256 er resultatet af en beregning baseret på typiske værdier for luftens tæthed og gravitationsacceleration.

Ingeniører bruger en mere præcis formel til at tage højde for faktorer som det omgivende terræn og type konstruktion. Du kan slå formlen op ved hjælp af ASCE-koden 7-05, eller .

Hvis du ikke er sikker på vindhastigheden, kan du slå den op i dit område ved hjælp af Electronic Industries Association (EIA) standarden. For eksempel er det meste af USA i zone A med 86,6 mph vind, men kystområder kan være i zone B (100 mph) eller zone C (111,8 mph).

Billede med titlen Beregn vindbelastning Trin 5

4. Bestem trækkoefficienten for det pågældende objekt. Modstandskoefficienten er den kraft, som luften udøver på en bygning, påvirket af bygningens form, overfladens ruhed og en række andre faktorer. Ingeniører måler normalt modstandskoefficient direkte ved hjælp af eksperimenter, men for et groft skøn kan du slå typiske modstandskoefficienter op for en bestemt form, du vil måle. For eksempel:

Standardmodstandskoefficienten for en lang cylindercylinder er 1,2 og for en kort cylinder 0,8. Disse gælder for antennerør som dem på mange bygninger.

Standardkoefficienten for en flad overflade som f.eks. forsiden af en bygning er 2,0 for en lang flad overflade eller 1,4 for en kortere flad overflade.

Modstandskoefficienten har ingen enheder.

Billede med titlen Beregn vindbelastning Trin 6

5. Beregn vindbelastningen. Ved at bruge værdierne som fastsat ovenfor, kan du nu beregne vindbelastningen med ligningen F = A x P x Cd.

6. For eksempel: lad os sige, at du vil bestemme vindbelastningen på en antenne, der er 3 fod høj med en diameter på 0,5 tommer i et vindstød på 70 mph.

Start med at estimere det projekterede areal. I dette tilfælde,

-en = d w = (3 f t) (0, 5 jeg n) (1 f t / 12 jeg n) = 0.125 f t^{2}

$A=dw=(3ft)(0,5in)(1ft/12in)=0,125ft^{{2}}$

Beregn vindtrykket:

s = 0, 00256 V 2 = 0, 00256 (70^{2}) = 12, 5 s s f

$P=0,00256V^{{2}}=0,00256(70^{{2}})=12,5psf$ .

For en kort cylinder er modstandskoefficienten 0,8.

Indsæt dette i ligningen:

f = -en s C d = (0, 125 f t 2) (12, 5 s s f) (0.8) = 1, 25 l b s .

$F=APCd=(0,125ft^{{2}})(12,5psf)(0,8)=1,25lbs$

Så vindbelastningen på antennen er 1,25 lbs.

Metode 2 af 3: Beregning af vindbelastningen ved hjælp af Electronic Industries Association-formlen

Billede med titlen Beregn vindbelastning Trin 7

1. Definer formlen udviklet af Electronic Industries Association. Formlen for vindbelastning er F = A x P x Cd x Kz x Gh hvorved -en det projekterede område er, s vindtrykket, CD luftmodstandskoefficienten, kz eksponeringskoefficienten og gh responsfaktoren for et vindstød. Denne formel har nogle flere parametre, der tages i betragtning ved bestemmelse af vindbelastningen. Denne formel bruges normalt til at beregne vindbelastningen på antenner.

Billede med titlen Beregn vindbelastning Trin 8

2. Forstå variablerne i ligningen. For at bruge en ligning korrekt, skal du først forstå, hvad hver variabel er, og hvad dens enheder er.

-en, s og CD er de samme variabler som bruges i den generelle ligning.

kz er eksponeringskoefficienten og beregnes fra højden fra jorden til midten af objektet. Enheden af kz er antallet af fod.

gh er responsfaktoren for vindstød og beregnes under hensyntagen til objektets fulde højde. Enhederne af gh er 1/fod eller fod.

Billede med titlen Beregn vindbelastning Trin 9

3. Bestem det projekterede område. Det projicerede område af dit objekt afhænger af dets form og størrelse. Hvis vinden rammer en flad væg, er det projicerede areal lettere at beregne, end hvis objektet er afrundet. Den projicerede overflade vil være en tilnærmelse af den overflade, som vinden vil komme i kontakt med. Der er ikke én overordnet formel til at beregne det projekterede areal, men du kan estimere det med nogle simple beregninger. Enheden for området er ft.

For en flad væg, brug formlen areal = længde x bredde, måling af længden og bredden af den væg, vinden rammer.

For et rør eller søjle kan du også estimere arealet ved hjælp af dets længde og bredde. I dette tilfælde er bredden diameteren af røret eller søjlen.

Billede med titlen Beregn vindbelastning Trin 10

4. Beregn vindtrykket. Vindtrykket er givet ved ligningen P = 0,00256 x V, hvorved V vindens hastighed er i miles per time (mph). Enheden for vindbelastning er pund per kvadratfod (psf).

For eksempel, hvis vindhastigheden er 70 mph, så er vindtrykket 0,00256 x 70 = 12,5 psf.

Et alternativ til at beregne vindtrykket ved en given vindhastighed er at bruge standarden for forskellige vindzoner. For eksempel, ifølge Electronic Industries Association (EIA), er det meste af USA i zone A med 86,6 mph vind, men kystområder kan være i zone B (100 mph) eller zone C (111).8 mph) liggende.

Billede med titlen Beregn vindbelastning Trin 11

5. Bestem trækkoefficienten for det pågældende objekt. Modstandskoefficienten er nettokraften i strømningsretningen som følge af tryk på et objekts overflade. Modstandskoefficienten repræsenterer den modstand et objekt oplever i en væske og afhænger af et objekts form, størrelse og ruhed.

Standardmodstandskoefficienten for en lang cylindercylinder er 1,2 og for en kort cylinder 0,8. Disse gælder for antennerør som dem på mange bygninger.

Standardkoefficienten for en flad overflade som f.eks. forsiden af en bygning er 2,0 for en lang flad overflade eller 1,4 for en kortere flad overflade.

Forskellen mellem modstandskoefficienten for flade og cylindriske genstande er omkring 0,6.

Modstandskoefficienten har ingen enheder.

Billede med titlen Beregn vindbelastning Trin 12

6. Beregn eksponeringskoefficienten, kz.kz beregnes efter formlen [z/33], hvorved z højden er fra jorden til midten af objektet.

For eksempel, hvis du har en antenne, der er 3 fod lang og 48 fod fra jorden, z lig med 46,5 ft.

Kz = [z/33] = [46,5/33] = 1.1 fod.

Billede med titlen Beregn vindbelastning Trin 13

7. Beregn vindstødsresponsfaktoren gh. Vindstødsresponsfaktoren beregnes ved hjælp af ligningen Gh = 0,65 + 0,60/[(t/33)] hvorved h er objektets højde.

For eksempel, hvis du har en 3 fods antenne i en højde af 48 fod fra jorden, så: Gh = 0,65 + 0,60/[(t/33)] = 0,65 + 0,60/(51/33) = 1,22 fod.

Billede med titlen Beregn vindbelastning Trin 14

8. Beregn vindbelastningen. Ved at bruge værdierne som fastsat ovenfor, kan du nu beregne vindbelastningen med ligningen F = A x P x Cd x Kz x Gh. Udfyld alle dine variable og udfør beregningen.

Lad os f.eks. sige, at du vil bestemme vindbelastningen på en antenne, der er 3 fod lang med en diameter på 0,5 tommer, i et vindstød på 70 mph. Antennen er placeret oven på en 48 fod høj bygning.

Begynd at beregne det projekterede areal. I dette tilfælde A = l x b = 3 fod x (0,5 tommer x (1 fod/12 tommer)) = 0,125 fod.

Beregn vindtrykket: P = 0,00256 x V = 0,00256 x 70 = 12,5 psf.

For en kort cylinder er modstandskoefficienten 0,8.

Beregn eksponeringskoefficienten: Kz = [z/33] = [46,5/33] = 1,1 fod.

Beregn vindstødsresponsfaktoren: Gh =0,65+0,60/[(t/33)] =0,65+0,60/(51/33) = 1,22 fod

Substitut i ligningen: F = A x P x Cd x Kz x Gh = 0,125 x 12,5 x 0,8 x 1,1 x 1,22 = 1,68 lbs.

Vindbelastningen på antennen er 1,68 lbs.

Metode 3 af 3: Beregning af vindbelastningen ved hjælp af formlen Uniform Building Code (UBC) `97

Billede med titlen Beregn vindbelastning Trin 15

1. Definer UBC `97-formlen. Denne formel blev udviklet i 1997 som en del af Uniform Building Code (UBC) til beregning af vindbelastningen. Formlen er F = A x P, hvorved -en det projekterede område og s vindtrykket er; denne formel har dog en alternativ beregning for vindbelastningen.

Vindtryk (PSF) beregnes som P = Ce x Cq x Qs x Iw, hvorved Ce den kombinerede højde, eksponering og vindstødsresponsfaktor er, cq en trykkoefficient (lig med luftmodstandskoefficienten i de to foregående ligninger), Qs er vindstagnationstryk, og iw vigtighedsfaktoren. Alle disse værdier kan beregnes eller fås fra de relevante tabeller.

Billede med titlen Beregn vindbelastning Trin 16

2. Bestem det projekterede område. Det projicerede område af dit objekt afhænger af dets form og størrelse. Hvis vinden rammer en flad væg, er det projicerede areal lettere at beregne, end hvis objektet er afrundet. En projiceret overflade vil være en tilnærmelse af overfladen, som vinden vil komme i kontakt med. Der er ingen separat formel til beregning af det projekterede areal, men du kan estimere det med nogle simple beregninger. Arealenheden er m.

For en flad væg bruger du formlen areal = længde x bredde, idet du antager længden og bredden af det plan, hvor vinden rammer det.

For et rør eller søjle kan du estimere arealet ved hjælp af dets længde og bredde. I dette tilfælde er bredden diameteren af røret eller søjlen.

Billede med titlen Beregn vindbelastning Trin 17

3. Bestemme Ce, den kombinerede højde, eksponering og vindstødsresponsfaktor. Denne værdi er valgt ud fra UBC`s tabel 16-G og tager højde for tre terrænpositioner med forskellige højder og Ce værdier for hver.

"Eksponering B er terræn med bygninger, træer eller andre overfladeujævnheder, der dækker mindst 20 procent af det omkringliggende område og strækker sig 1,6 kilometer eller mere fra stedet.".

`Eksponering C er fladt terræn og for det meste åbent, 0,8 km eller mere omkring stedet`.

"Eksponering D er den mest alvorlige, med standardvindhastigheder på 129 km/t eller mere og terræn, der er fladt og uhindret, vendt mod store vandområder".

Billede med titlen Beregn vindbelastning Trin 18

4. Bestem trykkoefficienten for det pågældende objekt. Trykkoefficienten, cq, er det samme som luftmodstandskoefficienten (CD). Modstand er nettokraften i strømningsretningen som følge af tryk på et objekts overflade. Modstandskoefficienten repræsenterer et objekts træk gennem en væske og afhænger af et objekts form, størrelse og ruhed.

Standardmodstandskoefficienten for en lang cylindercylinder er 1,2 og for en kort cylinder 0,8. Det gælder for antennerør som dem på mange bygninger.

Standardkoefficienten for en flad overflade som f.eks. forsiden af en bygning er 2,0 for en lang flad overflade eller 1,4 for en kortere flad overflade.

Forskellen mellem modstandskoefficienten for en flad flade og en cylinder er omkring 0,6.

Modstandskoefficienten har ingen enheder.

Billede med titlen Beregn vindbelastning Trin 19

5. Bestem vindtrykkets stagnation.Qs er stagnationen af vindtrykket og svarer til vindtryksberegningen fra de foregående ligninger: Qs = 0,00256 x V, hvorved V vindhastigheden er i miles per time (mph).

For eksempel, hvis vindhastigheden er 70 mph, så vil vindtrykkets stagnation være 0,00256 x 70 = 12,5 psf.

Et alternativ til denne beregning er at bruge standarden for forskellige vindzoner. For eksempel, ifølge Electronic Industries Association (EIA), er det meste af USA i zone A med 86,6 mph vind, men kystområder kan være i zone B (100 mph) eller zone C (111).8 mph) liggende

Billede med titlen Beregn vindbelastning Trin 20

6. Bestem vigtighedsfaktoren.iw er vigtighedsfaktoren og kan bestemmes ved hjælp af tabel 16-K i UBC. Det er en multiplikation, der bruges i belastningsberegningen, der tager højde for bygningens anvendelse. Hvis en bygning indeholder farlige materialer, vil betydningsfaktoren være højere end for en traditionel bygning.

Beregninger for bygninger med en standardanvendelse har en vigtighedsfaktor på én.

Billede med titlen Beregn vindbelastning Trin 21

7. Beregn vindbelastningen. Ved at bruge værdierne som fastsat ovenfor, kan du nu beregne vindbelastningen med ligningen F = A x P = A x Ce x Cq x Qs x Iw. Erstat alle dine variable og regn ligningen.

Lad os f.eks. sige, at du vil bestemme vindbelastningen på en 3-fods antenne med en diameter på 0,5 tommer i et vindstød på 70 mph. Antennen er placeret oven på en 48 fod høj bygning i et område med `eksponering B` terræn.

Start med at beregne det projekterede areal. I dette tilfælde: A = l x b = 3 fod x (0,5 tommer x (1 fod/12 tommer)) = 0,125 fod.

Bestemme Ce. Baseret på tabel 16-G og antaget højden 48 fod og et `eksponering B` terræn, Ce 0,84.

For en kort cylinder er modstandskoefficienten cq lig med 0,8.

Beregn Qs: Qs = 0,00256 x V = 0,00256 x 70 = 12,5 psf.

Bestem vigtighedsfaktoren. Dette er en standardbygning, og det er derfor iw er 1.

Substitut i ligningen: F = A x P = A x Ce x Cq x Qs x Iw = 0,125 x 0,84 x 0,8 x 12,5 x 1= 1,05 lbs.

Så vindbelastningen på antennen er 1,05 lbs.

Tips

Vid, at vindhastigheden varierer i forskellige højder. Vindhastigheden stiger med den strukturelle højde og tættere på jorden er mest uforudsigelig, da den påvirkes af samspillet med ting på jorden.
Vær opmærksom på, at denne uforudsigelighed kan gøre det svært at lave nøjagtige vindberegninger.

Artikler om emnet "Beregn vindbelastning"

Beregn joule

Beregn rabatten på et produkt

Beregn arealet af en sekskant

Beregn arealet af en drage

Оцените, пожалуйста статью