คำนวณภาระลม - เคล็ดลับ

เนื้อหา

ขั้นตอน
คำแนะนำ

ลมคือกระแสอากาศที่เคลื่อนที่ในแนวราบจากความกดอากาศสูงไปยังความกดอากาศต่ำ ลมแรงสามารถก่อให้เกิดความเสียหายอย่างมากเนื่องจากแรงกดบนพื้นผิวของโครงสร้าง ความเข้มของความดันนี้เรียกว่าภาระลม อิทธิพลของลมขึ้นอยู่กับขนาดและรูปร่างของโครงสร้าง ภาระลมเป็นพารามิเตอร์ที่จำเป็นในการออกแบบสร้างอาคารที่มีความปลอดภัยและต้านทานลมได้ดีขึ้นและติดตั้งสิ่งของบนหลังคาอาคารเช่นเสาอากาศ

ขั้นตอน

วิธีที่ 1 จาก 3: คำนวณภาระลมโดยใช้สูตรทั่วไป

กำหนดสูตรทั่วไป สูตรการคำนวณภาระลมคือ F = A x P x Cd, ด้านใน ฉ คือแรงลมหรือแรงลม ก คือพื้นที่ที่คาดการณ์ไว้ ป คือความดันลมและ ซีดี คือค่าสัมประสิทธิ์การลาก สมการนี้มีประโยชน์สำหรับการประมาณภาระลมของวัตถุที่กำหนด แต่ไม่เป็นไปตามข้อกำหนดในการสร้างมาตรฐานสำหรับการออกแบบอาคารใหม่
ค้นหาพื้นที่ที่คาดการณ์ไว้ ก. นี่คือพื้นที่ของพื้นผิวสองมิติที่ลมพัด เพื่อการวิเคราะห์ที่แม่นยำยิ่งขึ้นคุณต้องทำการคำนวณซ้ำสำหรับแต่ละด้านของอาคาร ตัวอย่างเช่นหากด้านทิศตะวันตกของอาคารเท่ากับ 20 เมตรให้แทนที่ค่านั้น ก เพื่อคำนวณภาระลมทางฝั่งตะวันตก
- สูตรสำหรับพื้นที่ขึ้นอยู่กับรูปร่างของพื้นผิว สำหรับผนังเรียบให้ใช้สูตร Area = ยาว x สูง ประมาณพื้นที่ผิวคอลัมน์ด้วยสูตร Area = เส้นผ่านศูนย์กลาง x สูง
- ในระบบ SI คุณต้องทำการวัด ก ในตารางเมตร (ม.)
- ในการวัดแบบอิมพีเรียลคุณจำเป็นต้องวัด ก ในหน่วยตารางฟุต (ฟุต)
คำนวณความดันลม สูตรง่ายๆในการคำนวณแรงดันลมแบบถ่วงน้ำหนัก P ของจักรวรรดิ (ปอนด์ / ตารางฟุต) อยู่ในนั้น V คือความเร็วลมในหน่วยไมล์ต่อชั่วโมง (ไมล์ต่อชั่วโมง) ในการหาความดันลมในระบบ SI (นิวตัน / ตารางเมตร) คุณใช้และวัดความเร็ว V เป็นเมตรต่อวินาที
- สูตรนี้ได้มาจากชุดมาตรฐาน American Association of Civil Engineers ปัจจัย 0.00256 เป็นผลมาจากการคำนวณตามค่าทั่วไปของความหนาแน่นของอากาศและความเร่งโน้มถ่วง
- วิศวกรใช้สูตรที่แม่นยำยิ่งขึ้นเพื่อพิจารณาปัจจัยต่างๆเช่นภูมิประเทศโดยรอบและประเภทอาคาร คุณสามารถค้นหาสูตรการคำนวณในชุดมาตรฐาน ASCE 7-05 หรือใช้สูตร UBC ด้านล่าง
- หากคุณไม่ทราบว่าความเร็วลมคืออะไรให้ตรวจสอบความเร็วลมสูงสุดในพื้นที่ตามมาตรฐานของสมาคมธุรกิจอิเล็กทรอนิกส์ (EIA) ตัวอย่างเช่นสหรัฐอเมริกาส่วนใหญ่อยู่ในโซน A ด้วยความเร็วลม 38.7 ม. / วินาที แต่พื้นที่ชายฝั่งอยู่ในโซน B (44.7 ม. / วินาที) หรือโซน C (50 ม. / วินาที)
กำหนดค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานของวัตถุภายใต้การพิจารณา แรงลากคือแรงของลมที่กระทำต่ออาคารซึ่งควบคุมโดยรูปร่างอาคารความขรุขระของพื้นผิวและปัจจัยอื่น ๆ อีกมากมาย วิศวกรมักจะวัดความต้านทานโดยตรงผ่านการทดลอง แต่ถ้าคุณต้องการประมาณค่าคุณสามารถค้นหาค่าสัมประสิทธิ์การลากทั่วไปสำหรับเรขาคณิตของวัตถุได้ ตัวอย่างเช่น:
- ค่าสัมประสิทธิ์การลากมาตรฐานสำหรับกระบอกสูบยาวคือ 1.2 และสำหรับกระบอกสูบสั้นคือ 0.8 ปัจจัยเหล่านี้ใช้กับเสายึดเสาอากาศในอาคารหลายแห่ง
- ค่าสัมประสิทธิ์การลากมาตรฐานสำหรับจอแบนเช่นหน้าปัดอาคารคือ 2.0 สำหรับแผ่นเรียบยาวหรือ 1.4 สำหรับจอแบนสั้น
- ค่าสัมประสิทธิ์การลากไม่มีหน่วย
คำนวณภาระลม เมื่อใช้ค่าที่พบด้านบนคุณสามารถคำนวณภาระลมได้โดยใช้สมการ F = A x P x Cd.
สมมติว่าคุณต้องการคำนวณภาระลมบนเสาอากาศที่มีความยาว 1 เมตรเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 ซม. และมีความเร็วลม 31.3 ม. / วินาที
- เริ่มต้นด้วยการประมาณพื้นที่ที่คาดการณ์ไว้ ในกรณีนี้,
- คำนวณความดันลม:.
- สำหรับกระบอกสูบสั้นค่าสัมประสิทธิ์การลากคือ 0.8
- แทนสมการ:
- 9,6 N คือแรงลมที่กระทำกับเสาอากาศ
โฆษณา

วิธีที่ 2 จาก 3: คำนวณภาระลมโดยใช้สูตรของสมาคมธุรกิจอิเล็กทรอนิกส์

ระบุสูตรที่พัฒนาโดยสมาคมธุรกิจอิเล็กทรอนิกส์ สูตรคำนวณแรงลมคือ F = A x P x Cd x Kz x Gh, ด้านใน ก พื้นที่ฉายภาพ ป คือความดันลม ซีดี คือค่าสัมประสิทธิ์การลาก Kz คือค่าสัมประสิทธิ์การเปิดรับแสงและ GH คือค่าสัมประสิทธิ์การหดตัวของลม สูตรแรงลมนี้พิจารณาพารามิเตอร์เพิ่มเติมหลายประการและมักใช้ในการคำนวณภาระลมที่ทำบนเสาอากาศ
ทำความเข้าใจตัวแปรในสูตร ในการใช้สูตรนี้อย่างมีประสิทธิภาพคุณต้องเข้าใจความหมายของแต่ละตัวแปรและหน่วยของตัวแปรก่อน
- ก, ป และ ซีดี มีความหมายเช่นเดียวกับในสูตรทั่วไป
- Kz คือค่าสัมประสิทธิ์การเปิดรับแสงและคำนวณจากความสูงจากพื้นถึงจุดกึ่งกลางของวัตถุ หน่วยของ Kz คือมิเตอร์
- GH คือค่าสัมประสิทธิ์การหดตัวและคำนวณโดยความสูงทั้งหมดของวัตถุ หน่วยของ GH คือ 1 / m หรือ m
กำหนดพื้นที่ที่คาดการณ์ไว้ พื้นที่ที่ฉายของวัตถุขึ้นอยู่กับรูปร่างและขนาดของวัตถุ ถ้าลมพัดบนผนังเรียบพื้นที่ที่ฉายจะง่ายกว่าวัตถุทรงกลม พื้นที่ฉายจะมีค่าประมาณเท่ากับพื้นที่ที่เปิดรับลม ไม่มีสูตรคำนวณพื้นที่ของมุมมอง แต่คุณสามารถประมาณได้ด้วยการคำนวณพื้นฐานบางอย่าง หน่วยพื้นที่คือม.
- สำหรับผนังเรียบให้ใช้สูตร Area = ความยาว x กว้างและวัดความยาวและความกว้างของผนังที่ลมพัด
- สำหรับกระบอกสูบหรือคอลัมน์คุณสามารถประมาณพื้นที่ตามความยาวและความกว้าง ในกรณีนี้ความกว้างคือเส้นผ่านศูนย์กลางของกระบอกสูบหรือคอลัมน์
คำนวณความดันลม ความดันลมคำนวณตามสูตร P = 0.613 x V, ด้านใน V คือความเร็วลมเป็นเมตรต่อวินาที (m / s) หน่วยของความดันลมคือนิวตันต่อตารางเมตร (N / m)
- ตัวอย่างเช่นถ้าความเร็วลม 31.3 m / s ความดันลมคือ 0.613 x 31.3 = 600 N / m
- อีกวิธีหนึ่งในการคำนวณความดันลมที่ความเร็วเฉพาะคือการใช้มาตรฐานความเร็วลมในพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นตามข้อมูลของสมาคมธุรกิจอิเล็กทรอนิกส์ (EIA) สหรัฐอเมริกาส่วนใหญ่ในภูมิภาค A มีความเร็วลม 38.7 เมตร / วินาที แต่พื้นที่ชายฝั่งอยู่ในโซน B (44.7 เมตร / วินาที) ) หรือโซน C (50 ม. / วินาที)
กำหนดค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานของวัตถุภายใต้การพิจารณา แรงลากคือแรงของลมที่กระทำไปในทิศทางที่พัดไปบนพื้นผิวของวัตถุ ค่าสัมประสิทธิ์การลากแสดงถึงความต้านทานของวัตถุในของไหลและขึ้นอยู่กับรูปร่างขนาดและความหยาบของวัตถุ
- ค่าสัมประสิทธิ์การลากมาตรฐานสำหรับกระบอกสูบยาวคือ 1.2 และสำหรับกระบอกสูบสั้นคือ 0.8 ซึ่งมักใช้กับเสาอากาศในอาคารหลายแห่ง
- ค่าสัมประสิทธิ์การลากมาตรฐานสำหรับจอแบนเช่นหน้าปัดอาคารคือ 2.0 สำหรับแผ่นเรียบยาวหรือ 1.4 สำหรับจอแบนสั้น
- ความแตกต่างระหว่างค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานของแผ่นเรียบและกระบอกสูบอยู่ที่ประมาณ 0.6
- ค่าสัมประสิทธิ์การลากไม่มีหน่วย
คำนวณค่าสัมประสิทธิ์การเปิดรับแสง Kz.Kz คำนวณโดยสูตรที่ z คือความสูงจากพื้นถึงจุดกึ่งกลางของวัตถุ
- ตัวอย่างเช่นหากคุณมีเสาอากาศที่ยาว 1 เมตรและสูงจากพื้น 15 เมตร z จะอยู่ที่ 14.5 ม.
- Kz = = = 0.8 ม.
คำนวณค่าสัมประสิทธิ์การหดตัวของลม GH. ค่าสัมประสิทธิ์การหดตัวของลมคำนวณโดยสูตร Gh = 0.65 + 0.6 /, ด้านใน ซ คือความสูงของวัตถุ
- ตัวอย่างเช่นหากคุณมีเสาอากาศที่ยาว 1 เมตรและสูงจากพื้น 15 เมตร Gh = 0.65 + 0.6 / = 0.65 + 0.6 / = 1.32 ม
คำนวณภาระลม เมื่อใช้ค่าที่พบด้านบนคุณสามารถคำนวณภาระลมได้โดยใช้สมการ F = A x P x Cd x Kz x Gh. ใส่ค่าลงในตัวแปรและทำการคำนวณ
- สมมติว่าคุณต้องการคำนวณภาระลมบนเสาอากาศที่มีความยาว 1 เมตรเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 ซม. และมีความเร็วลม 31.3 ม. / วินาที เสาอากาศตั้งอยู่ด้านบนของอาคารสูง 15 ม.
- เริ่มต้นด้วยการคำนวณพื้นที่ที่คาดการณ์ไว้ ในกรณีนี้, ก = ล. x ว = 1 ม. x 0.02 ม. = 0.02 ม.
- คำนวณความดันลม: P = 0.613 x V = 0.613 x 31.3 = 600 นิวตัน / ม.
- สำหรับกระบอกสูบสั้นค่าสัมประสิทธิ์การลากคือ 0.8
- คำนวณค่าสัมประสิทธิ์การเปิดรับแสง: Kz = = = 0.8 ม.
- คำนวณค่าสัมประสิทธิ์การหดตัวของลม: Gh = 0.65 + 0.60 / = 0.65 + 0.60 / = 1.32 ม
- แทนสมการ: F = A x P x Cd x Kz x Gh = 0.02 x 600 x 0.8 x 0.8 x 1.32 = 10 นิวตัน
- 10 N คือแรงลมที่กระทำกับเสาอากาศ
โฆษณา

วิธีที่ 3 จาก 3: คำนวณภาระลมตามสูตรของชุดมาตรฐาน UBC-97 (Uniform Building Code)

กำหนดสูตรของ UBC-97 สูตรนี้สร้างขึ้นในปี 1997 ในมาตรฐาน UBC (Uniform Building Code) สำหรับการคำนวณภาระลม สูตรคือ F = A x P, ด้านใน ก คือพื้นที่ฉายภาพและ ป ความดันลม แต่สูตรนี้มีวิธีคำนวณความดันลมอีกวิธีหนึ่ง
- ความดันลม (N / m) คำนวณโดยสูตร P = Ce x Cq x Qs x Iw, ด้านใน ซี คือปัจจัยรวมของความสูงการเปิดรับและการหดตัวของลม Cq คือค่าสัมประสิทธิ์ความดัน (เทียบเท่ากับค่าสัมประสิทธิ์การลากในสองสมการด้านบน) คำถาม คือแรงดันลมที่หยุดนิ่งและ ล เป็นปัจจัยสำคัญ ค่าทั้งหมดนี้สามารถคำนวณหรือค้นหาได้จากตารางที่เกี่ยวข้อง
กำหนดพื้นที่ที่คาดการณ์ไว้ พื้นที่ที่ฉายของวัตถุขึ้นอยู่กับรูปร่างและขนาดของวัตถุ ถ้าลมพัดบนผนังเรียบพื้นที่ที่ฉายจะง่ายกว่าวัตถุทรงกลม พื้นที่ฉายจะมีค่าประมาณเท่ากับพื้นที่ที่เปิดรับลม ไม่มีสูตรคำนวณพื้นที่ของมุมมอง แต่คุณสามารถประมาณได้ด้วยการคำนวณพื้นฐานบางอย่าง หน่วยพื้นที่คือม.
- สำหรับผนังเรียบให้ใช้สูตร Area = ความยาว x กว้างและวัดความยาวและความกว้างของผนังที่ลมพัด
- สำหรับกระบอกสูบหรือคอลัมน์คุณสามารถประมาณพื้นที่ตามความยาวและความกว้าง ในกรณีนี้ความกว้างคือเส้นผ่านศูนย์กลางของกระบอกสูบหรือคอลัมน์
กำหนด ซีค่าสัมประสิทธิ์รวมของความสูงการเปิดรับและการหดตัวของลม ค่านี้ค้นหาจากตาราง 16-G ใน UBC และพิจารณาการติดต่อสามประเภทที่เกี่ยวข้องกับภูมิประเทศด้วยความสูงและค่า ซี แตกต่างกันไปในแต่ละรุ่น
- "การเปิดรับแสงประเภท B คือภูมิประเทศที่มีบ้านต้นไม้หรือความไม่สม่ำเสมออื่น ๆ ครอบคลุมอย่างน้อย 20% ของพื้นที่โดยรอบและมีความยาวตั้งแต่ 1.6 กม. ขึ้นไปจากตำแหน่งที่พิจารณา"
- “ หน้าสัมผัสแบบ C แบนและระบายอากาศได้ดีโดยทั่วไปยืดออกจากไซต์ 0.8 กม. ขึ้นไปภายใต้การพิจารณา”
- "ประเภท D-Exposure เป็นภูมิประเทศที่ได้รับผลกระทบรุนแรงที่สุดมีความเร็วลมเฉลี่ย 129 กม. / ชม. หรือสูงกว่าและประเภทพื้นราบไม่มีสิ่งกีดขวางล้อมรอบด้วยผืนน้ำขนาดใหญ่"
กำหนดค่าสัมประสิทธิ์ความดันของวัตถุภายใต้การพิจารณา ค่าสัมประสิทธิ์ความดัน Cq คล้ายกับค่าสัมประสิทธิ์การลาก ซีดี. แรงลากคือแรงของลมที่กระทำไปในทิศทางที่พัดไปบนพื้นผิวของวัตถุ ค่าสัมประสิทธิ์การลากแสดงถึงความต้านทานของวัตถุในของไหลและขึ้นอยู่กับรูปร่างขนาดและความหยาบของวัตถุ
- ค่าสัมประสิทธิ์การลากมาตรฐานสำหรับกระบอกสูบยาวคือ 1.2 และสำหรับกระบอกสูบสั้นคือ 0.8 ซึ่งมักใช้กับเสาอากาศในอาคารหลายแห่ง
- ค่าสัมประสิทธิ์การลากมาตรฐานสำหรับจอแบนเช่นหน้าปัดอาคารคือ 2.0 สำหรับแผ่นเรียบยาวหรือ 1.4 สำหรับจอแบนสั้น
- ความแตกต่างระหว่างค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานของแผ่นเรียบและกระบอกสูบอยู่ที่ประมาณ 0.6
- ค่าสัมประสิทธิ์การลากไม่มีหน่วย
กำหนดความดันลมนิ่งคำถาม คือความดันลมนิ่งและคำนวณคล้ายกับการคำนวณความดันลมในสมการก่อนหน้านี้: Qs = 0.613 x V, ด้านใน V คือความเร็วลมเป็นเมตรต่อวินาที (m / s)
- ตัวอย่างเช่นถ้าความเร็วลม 31 m / s ความดันลมนิ่งคือ 0.613 x V = 0.613 x 31.3 = 600 N / m
- อีกวิธีหนึ่งคือการใช้มาตรฐานความเร็วลมในพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นตามข้อมูลของสมาคมธุรกิจอิเล็กทรอนิกส์ (EIA) สหรัฐอเมริกาส่วนใหญ่ในภูมิภาค A มีความเร็วลม 38.7 เมตร / วินาที แต่พื้นที่ชายฝั่งอยู่ในโซน B (44.7 เมตร / วินาที) ) หรือโซน C (50 ม. / วินาที)
กำหนดปัจจัยสำคัญล เป็นค่าสัมประสิทธิ์ที่สำคัญและสามารถค้นหาได้จากตาราง 16-K ใน UBC เป็นตัวคูณที่ใช้ในการคำนวณภาระเพื่อพิจารณาปัจจัยการใช้งานของอาคาร หากอาคารมีวัสดุอันตรายปัจจัยวิกฤตจะสูงกว่าอาคารสำหรับการใช้งานทั่วไป
- การคำนวณสำหรับอาคารที่มีการใช้งานมาตรฐานจะมีปัจจัย 1
คำนวณภาระลม เมื่อใช้ค่าที่พบด้านบนคุณสามารถคำนวณภาระลมได้โดยใช้สมการ F = A x P = A x Ce x Cq x Qs x Iw . ใส่ค่าลงในตัวแปรและทำการคำนวณ
- สมมติว่าคุณต้องการคำนวณภาระลมบนเสาอากาศที่มีความยาว 1 เมตรเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 ซม. และมีความเร็วลม 31 ม. / วินาที เสาอากาศวางอยู่บนยอดอาคารสูง 15 ม. ในพื้นที่ที่มีภูมิประเทศของ Contact Type B
- เริ่มต้นด้วยการคำนวณพื้นที่ที่คาดการณ์ไว้ ในกรณีนี้, ก = ล. x ว = 1 ม. x 0.02 ม. = 0.02 ม.
- กำหนด ซี. ตามตารางที่ 16-G โดยใช้ความสูง 15 เมตรและภูมิประเทศของหน้าสัมผัสแบบ B เราสามารถค้นหาได้ ซี คือ 0.84
- สำหรับกระบอกสูบสั้นค่าสัมประสิทธิ์การลากจะดี Cq คือ 0.8
- คำนวณ คำถาม: Qs = 0.613 x V = 0.613 x 31.3 = 600 นิวตัน / ม.
- กำหนดปัจจัยสำคัญ นี่คือสิ่งก่อสร้างมาตรฐานควร ล = 1.
- แทนสมการ: F = A x P = A x Ce x Cq x Qs x Iw = 0.02 x 0.84 x 0.8 x 600 x 1 = 8 น.
- 8 N คือแรงลมที่กระทำบนเสาอากาศ
โฆษณา

คำแนะนำ

คุณควรทราบว่าความเร็วลมเปลี่ยนแปลงที่ระดับความสูงต่างกันจากพื้นดิน ความเร็วลมจะเพิ่มขึ้นตามความสูงของโครงสร้างและใกล้พื้นมากขึ้นการเปลี่ยนแปลงที่ไม่แน่นอนมากขึ้นเนื่องจากได้รับผลกระทบจากโครงสร้างบนพื้นดิน
โปรดจำไว้ว่ามันเป็นการเปลี่ยนแปลงที่ผิดปกติซึ่งจะลดความแม่นยำของการคำนวณภาระลม