Inhoud
De kracht van wind kan niet worden onderschat. Als een kracht varieert wind van een licht briesje dat een vlieger optilt tot de orkaan die een dak afscheurt. Zelfs lichtmasten en soortgelijke, alledaagse structuren moeten ontworpen zijn om de kracht van de wind te weerstaan. Het berekenen van het geprojecteerde gebied dat wordt beïnvloed door windbelasting is echter niet moeilijk.
Formule windbelasting
De formule voor het berekenen van de windbelasting, in zijn eenvoudigste vorm, is de kracht van de windbelasting gelijk aan winddruk maal geprojecteerd oppervlakte maal weerstandscoëfficiënt. Wiskundig wordt de formule geschreven als F = PACd. Bijkomende factoren die de windbelasting beïnvloeden, zijn windstoten, hoogten van constructies en terreinomringende constructies. Ook kunnen structurele details de wind vangen.
Projected Area Definition
Geprojecteerd gebied betekent het oppervlak loodrecht op de wind. Ingenieurs kunnen ervoor kiezen om het maximale geprojecteerde gebied te gebruiken om de windkracht te berekenen.
Voor het berekenen van het geprojecteerde gebied van een vlak oppervlak dat naar de wind is gericht, moet de driedimensionale vorm worden gezien als een tweedimensionaal oppervlak. Het vlakke oppervlak van een standaardwand die direct in de wind is gericht, zal een vierkant of rechthoekig oppervlak hebben. Het geprojecteerde gebied van een kegel kan zich presenteren als een driehoek of als een cirkel. Het geprojecteerde gebied van een bol zal altijd als een cirkel worden weergegeven.
Berekende gebiedsberekeningen
Geprojecteerd gebied van een vierkant
Het gebied waar de wind op een vierkante of rechthoekige structuur valt, is afhankelijk van de oriëntatie van de structuur op de wind. Als de wind loodrecht op een vierkant of rechthoekig oppervlak komt, is de oppervlakteberekening gelijk aan lengte maal breedte (A = LH). Voor een muur die 20 voet lang en 10 voet hoog is, is het geprojecteerde gebied gelijk aan 20 × 10 of 200 vierkante voet.
De grootste breedte van een rechthoekige structuur is echter de afstand van één hoek tot de tegenoverliggende hoek, niet de afstand tussen aangrenzende hoeken. Overweeg bijvoorbeeld een gebouw dat 10 voet breed bij 12 voet lang bij 10 voet lang is. Als de wind loodrecht op een zijde komt, zal het geprojecteerde gebied van een muur 10 × 10 of 100 vierkante voet zijn, terwijl het geprojecteerde gebied van de andere muur 12 × 10 of 120 vierkante voet zal zijn.
Als de wind loodrecht op een hoek staat, kan de lengte van het geprojecteerde gebied echter worden berekend volgens de Stelling van Pythagoras (een2+ b2 = c2). De afstand tussen tegenovergestelde hoeken (L) wordt 102+122= L2of 100 + 144 = L2= 244 voet. Vervolgens is L = √244 = 15,6 voet. Het geprojecteerde gebied wordt dan L × H, 15,6 × 10 = 156 vierkante voet.
Geprojecteerd gebied van een bol
Direct in een bol kijkend, is de tweedimensionale weergave of het geprojecteerde frontale gebied van een bol een cirkel. De cirkels geprojecteerde diameter is gelijk aan de diameter van de bol.
De geprojecteerde gebiedsberekening gebruikt daarom de gebiedsformule voor een cirkel: gebied is gelijk aan pi maal straal maal straal, of A = πr2. Als de diameter van de bol 20 voet is, zal de straal 20 ÷ 2 = 10 zijn en het geprojecteerde gebied is A = π × 102≈3,14 × 100 = 314 vierkante voet.
Geprojecteerd gebied van een kegel
De windbelasting op een kegel hangt af van de oriëntatie van de kegel. Als de kegel op zijn basis zit, zal het geprojecteerde gebied van de kegel een driehoek zijn. De gebiedsformule voor een driehoek, basis maal hoogte maal de helft (B × H ÷ 2), vereist het kennen van de lengte over de basis en de hoogte tot de punt van de kegel. Als de structuur 10 voet over de basis is en 15 voet hoog, dan wordt de berekening van het geprojecteerde gebied 10 × 15 ÷ 2 = 150 ÷ 2 = 75 vierkante voet.
Als de kegel echter zodanig is uitgebalanceerd dat de basis of de punt direct in de wind wijst, zal het geprojecteerde gebied een cirkel zijn met een diameter gelijk aan de afstand over de basis. Het gebied voor een cirkelformule zou dan worden toegepast.
Als de kegel zo ligt dat de wind loodrecht op de zijkant komt (parallel aan de basis), dan zal het geprojecteerde gebied van de kegel dezelfde driehoekige vorm hebben als wanneer de kegel op zijn basis zit. Het gebied van een driehoeksformule zou dan worden gebruikt om het geprojecteerde gebied te berekenen.