כיצד מחשבים עומס רוח?

הנוסחה הגנרית לעומס רוח היא F = A x P x Cd כאשר F הוא כוח או עומס רוח, A הוא השטח המוקרן של האובייקט, P הוא לחץ הרוח ו- Cd הוא מקדם הגרר.

רוח היא מסה של אוויר הנע בכיוון אופקי ברובו מאזור של לחץ גבוה לאזור עם לחץ נמוך. רוחות עזות יכולות להיות הרסניות מאוד מכיוון שהן מייצרות לחץ על פני המבנה. עוצמת הלחץ הזה היא עומס הרוח. השפעת הרוח תלויה בגודל המבנה ובצורתו. חישוב עומס רוח הוא הכרחי לתכנון ובנייה של מבנים בטוחים יותר ועמידים יותר ברוח ומיקום חפצים כמו אנטנות על גבי בניינים.

שיטה 1 מתוך 3: חישוב עומס רוח באמצעות הנוסחה הגנרית

1

הגדר את הנוסחה הגנרית. הנוסחה הגנרית לעומס רוח היא F = A x P x Cd כאשר F הוא כוח או עומס רוח, A הוא השטח המוקרן של האובייקט, P הוא לחץ הרוח ו- Cd הוא מקדם הגרר. משוואה זו שימושית להערכת עומס הרוח על אובייקט ספציפי, אך אינה עומדת בדרישות קוד הבנייה לתכנון בנייה חדשה.
2
מצא את השטח המוקרן א. זהו אזור הפנים הדו-ממדי שהרוח פוגעת בו. לניתוח מלא, תחזור על החישוב עבור כל פנים של הבניין. לדוגמה, אם לבניין יש פנים מערביות עם שטח של 20m², השתמש בערך זה עבור A כדי לחשב את עומס הרוח על פני המערב.
- הנוסחה לחישוב השטח תלויה בצורת הפנים. עבור קיר שטוח, השתמש בנוסחה שטח = אורך x גובה. בערך שטח פני עמוד עם שטח = קוטר x גובה.
- עבור חישובי SI, למדוד במטרים רבועים (מ ' ²).
- לחישובים אימפריאליים, מדדו את A במ ' ² (רגל ²).
3
חשב את לחץ הרוח. הנוסחה פשוטה עבור P הלחץ הרוח ביחידות הקיסרי (ק"ג מ ²) הוא P = 0,00256V2 {\ displaystyle P = 0,00256V ^ {2}} $P = 0,00256v ^ {2}$ , שבו V היא מהירות הרוח בקילומטרים לשעה (קמ"ש). כדי למצוא את הלחץ ביחידות SI (ניוטון למ"ר), במקום זאת השתמש ב- P = 0,613V2 {\ displaystyle P = 0,613V ^ {2}} $P = 0,613 v ^ {2}$ , ומדוד V במטר לשנייה.
- נוסחה זו מבוססת על קוד האיגוד האירופי להנדסה אזרחית. מקדם 0,00256 הוא תוצאה של חישוב המבוסס על ערכים אופייניים לצפיפות אוויר ולהאצת הכבידה.
- מהנדסים משתמשים בנוסחה מדויקת יותר בכדי לקחת בחשבון גורם כמו השטח שמסביב וסוג הבנייה. אתה יכול לחפש נוסחה אחת בקוד ASCE 7-05, או להשתמש בנוסחת UBC להלן.
- אם אינך בטוח מהי מהירות הרוח, חפש את מהירות הרוח בשיא האזור שלך באמצעות תקן הברית לתעשיות אלקטרוניות (EIA). לדוגמא, רוב ארה"ב נמצאת באזור A עם רוח של 86,6 קמ"ש, אך אזורי החוף עשויים להיות באזור B (100 קמ"ש) או באזור C (111,8 קמ"ש).
4
קבע את מקדם הגרר של האובייקט המדובר. גרירה היא הכוח שמפעיל אוויר על הבניין, המושפע מצורת הבניין, מחספוס פני השטח ומספר גורמים אחרים. מהנדסים בדרך כלל מודדים גרור ישירות באמצעות ניסויים, אך להערכה גסה תוכלו לחפש מקדם גרר טיפוסי לצורה שאתם מודדים. לדוגמה:
- מקדם הגרר הסטנדרטי לצינור גלילי ארוך הוא 1,2 ועבור גליל קצר הוא 0,8. אלה חלים על צינורות אנטנות שנמצאים בבניינים רבים.
- המקדם הסטנדרטי לפלטה שטוחה כמו פני בניין הוא 2,0 לפלטה ארוכה או 1,4 לפלטה שטוחה קצרה יותר.
- למקדם הגרר אין יחידות.
הנוסחה היא F = A x P, כאשר A הוא השטח המוקרן ו- P הוא לחץ הרוח; עם זאת, לנוסחה זו יש חישוב חלופי עבור לחץ הרוח.
5

חשב את עומס הרוח. באמצעות הערכים שנקבעו לעיל, כעת ניתן לחשב את עומס הרוח בעזרת המשוואה F = A x P x Cd.
6
לדוגמא, נניח שאתה רוצה לקבוע את עומס הרוח באנטנה שאורכה 3 מטר בקוטר של סנטימטר אחד ברוח של 70 קמ"ש.
- התחל על ידי אומדן השטח המוקרן. במקרה זה, $A = dw = (3ft) (0,5in) (1ft / 12in) = 0,125ft ^ {{2}}$
- חשב את לחץ הרוח: $P = 0,00256v ^ {{2}} = 0,00256 (70 ^ {{2}}) = 12,5psf$ .
- עבור גליל קצר מקדם הגרר הוא 0,8.
- חיבור למשוואה: $F = apcd = (0,125ft ^ {{2}}) (12,5psf) (0,8) = 1,25 £.$
- 1,25 ק"ג הוא כמות עומס הרוח על האנטנה.

שיטה 2 מתוך 3: חישוב עומס רוח באמצעות נוסחת הברית לתעשיות אלקטרוניות

1

הגדר את הנוסחה שפותחה על ידי הברית לתעשיות אלקטרוניות. הנוסחה לעומס רוח היא F = A x P x Cd x Kz x Gh, כאשר A הוא השטח המוקרן, P הוא לחץ רוח, Cd הוא מקדם הגרר, Kz הוא מקדם החשיפה ו- Gh הוא גורם תגובת המשב. נוסחה זו לוקחת בחשבון עוד כמה פרמטרים לעומס הרוח. נוסחה זו משמשת בדרך כלל לחישוב עומס הרוח באנטנות.
2
הבן את המשתנים של המשוואה. על מנת להשתמש במשוואה כראוי, עליך להבין תחילה מה כל משתנה מייצג ומהן היחידות המשויכות לו.
- A, P ו- Cd הם אותם משתנים המשמשים במשוואה הגנרית.
- Kz הוא מקדם החשיפה והוא מחושב על ידי התחשבות בגובה מהקרקע עד נקודת האמצע של האובייקט. היחידות של Kz הן רגליים.
- Gh הוא גורם התגובה למשב והוא מחושב על ידי התחשבות בגובה האובייקט כולו. היחידות של גה הן 1 / רגל או רגל ^-1.
3
קבע שטח צפוי. השטח המוקרן של האובייקט שלך תלוי בצורתו ובגודל שלו. אם הרוח פוגעת בקיר שטוח, קל יותר לחשב את השטח המוקרן מאשר אם האובייקט מעוגל. השטח המוקרן יהיה קירוב לאזור שהרוח באה איתו במגע. אין נוסחה אחת לחישוב השטח החזוי, אך ניתן לאמוד אותה באמצעות כמה חישובים בסיסיים. היחידות לשטח הן רגל ².
- עבור קיר שטוח, השתמש בנוסחה שטח = אורך x רוחב, מודד את אורך ורוחב הקיר בו הרוח פוגעת בו.
- עבור צינור או עמוד, אתה יכול גם לקרוא את השטח באמצעות אורך ורוחב. במקרה זה, הרוחב יהיה בקוטר הצינור או העמוד.
4
חשב את לחץ הרוח. לחץ הרוח ניתן על ידי המשוואה P = 0,00256 x V ², כאשר V הוא מהירות הרוח במיילים לשעה (קמ"ש). היחידה לטיפול בלחץ הרוח היא קילוגרמים למטר ² (PSF).
- לדוגמה, אם מהירות הרוח היא 70 קמ"ש, לחץ הרוח הוא 0,00256 x 70² = 12,5 psf.
- חלופה לחישוב לחץ רוח במהירות רוח מסוימת היא שימוש בתקן לאזורי רוח שונים. לדוגמה, על פי הברית של תעשיות אלקטרוניות (EIA) רוב ארה"ב נמצאת באזור A עם רוח של 86,6 קמ"ש, אך אזורי החוף עשויים להיות באזור B (100 קמ"ש) או באזור C (111,8 קמ"ש).
5
קבע את מקדם הגרר של האובייקט המדובר. גרירה היא הכוח הנקי בכיוון הזרימה עקב לחץ על פני האובייקט. מקדם הגרר מייצג את גרירת האובייקט דרך נוזל והוא תלוי בצורתו, בגודלו ובחספוסו של אובייקט.
- מקדם הגרר הסטנדרטי לצינור ארוך של גליל הוא 1,2 ועבור צילינדר קצר הוא 0,8. אלה חלים על צינורות אנטנות שנמצאים במבנים רבים.
- המקדם הסטנדרטי לפלטה שטוחה כמו פני בניין הוא 2,0 לפלטה ארוכה או 1,4 לפלטה שטוחה קצרה יותר.
- ההבדל בין מקדמי גרירה עבור פריטים שטוחים גליל הוא כ 0,6.
- למקדם הגרר אין יחידות.
לחישוב עומס הרוח באמצעות הנוסחה הגנרית, השתמשו ב- F = A × P × Cd, כאשר F הוא הכוח או עומס הרוח, A הוא השטח המוקרן של האובייקט, P הוא לחץ הרוח ו- Cd הוא מקדם הגרר.
6
חשב את מקדם החשיפה, kz. Kz מחושב באמצעות הנוסחה [z / 33] ^(0,29), כאשר z הוא הגובה מהקרקע עד נקודת האמצע של האובייקט.
- לדוגמא, אם יש לך אנטנה שאורכה 3 רגל ואורך 48 רגל מהקרקע, z יהיה שווה ל 46,5 מ '
- Kz = [z / 33] ⁽ 0,29 ⁾ = [46,1.673] ⁽ 0,29 ⁾ = 1,1 מ '
7
חשב את גורם תגובת המשב, gh. מקדם תגובת משב מחושב עם המשוואה Gh = 0,65+ 0,60 / [(h / 33) ^(0,14)] כאשר h הוא גובה האובייקט.
- לדוגמא, אם יש לך אנטנה שאורכה 3 מטר ואורך של 48 מטר מהקרקע, Gh = 0,65+ 0,60 / [(h / 33) ^(0,14)] = 0,65+ 0,60 / (50,333) ^(0,14) = 1,22 רגל ^-1
8
חשב את עומס הרוח. באמצעות הערכים שנקבעו לעיל, כעת ניתן לחשב את עומס הרוח בעזרת המשוואה F = A x P x Cd x Kz x Gh. חבר את כל המשתנים שלך ועשה את המתמטיקה.
- לדוגמא, נניח שאתה רוצה לקבוע את עומס הרוח באנטנה שאורכה 3 מטר בקוטר של סנטימטר אחד ברוח של 70 קמ"ש. הוא ממוקם על גבי בניין בגובה 48 מטר.
- התחל בחישוב השטח המוקרן. במקרה זה, A = lxw = 3 ft x (0,5in x (1 ft / 12 in)) = 0,125 ft ².
- חשב את לחץ הרוח: P = 0,00256 x V ² = 0,00256 x 70² = 12,5 psf.
- עבור גליל קצר מקדם הגרר הוא 0,8.
- חשב את מקדם החשיפה: Kz = [z / 33] ⁽ 0,29 ⁾ = [46,1.673] ⁽ 0,29 ⁾ = 1,1 מ '
- חשב את גורם תגובת המשב: Gh = 0,65+ 0,60 / [(h / 33) ^(0,14)] = 0,65+ 0,60 / (50,333) ^(0,14) = 1,22 ft ^-1
- חיבור למשוואה: 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 ק"ג.
- 1,68 ק"ג הוא כמות עומס הרוח על האנטנה.

שיטה 3 מתוך 3: חישוב עומס רוח באמצעות נוסחת קוד הבנייה האחיד (UBC) '97

1
הגדר את נוסחת UBC '97. נוסחה זו פותחה בשנת 1997 כחלק מקוד הבנייה האחידה (UBC) לחישוב עומס הרוח. הנוסחה היא F = A x P, כאשר A הוא השטח המוקרן ו- P הוא לחץ הרוח; עם זאת, לנוסחה זו יש חישוב חלופי עבור לחץ הרוח.
- לחץ רוח (PSF) מחושב כ- P = Ce x Cq x Qs x Iw, כאשר Ce הוא גורם הגובה, החשיפה ותגובת המשב המשולב, Cq הוא מקדם לחץ (הוא שווה ערך למקדם הגרר בשתי המשוואות הקודמות), Qs הוא לחץ קיפאון רוח, ו- Iw הוא גורם חשיבות. ניתן לחשב או להשיג את כל הערכים הללו מהטבלאות המתאימות.
2
קבע שטח צפוי. השטח המוקרן של האובייקט שלך תלוי בצורתו ובגודל שלו. אם הרוח פוגעת בקיר שטוח, קל יותר לחשב את השטח המוקרן מאשר אם האובייקט מעוגל. השטח המוקרן יהיה קירוב לאזור שהרוח באה איתו במגע. אין נוסחה אחת לחישוב השטח החזוי, אך ניתן לאמוד אותה באמצעות כמה חישובים בסיסיים. היחידות לשטח הן רגל ².
- עבור קיר שטוח, השתמש בנוסחה שטח = אורך x רוחב, מודד את אורך ורוחב הקיר בו הרוח פוגעת בו.
- עבור צינור או עמוד, אתה יכול גם לקרוא את השטח באמצעות אורך ורוחב. במקרה זה, הרוחב יהיה בקוטר הצינור או העמוד.
3
קבע ce, הגובה המשולב, חשיפה, וגורם תגובת משב. ערך זה נבחר על סמך טבלה 16-G של UBC ולוקח בחשבון שלוש חשיפות שטח עם גבהים שונים וערכי Ce לכל אחד.
- "חשיפה ב 'היא שטח עם מבנים, עצים או אי סדרים אחרים במשטח המכסים לפחות 20 אחוזים מהסביבה ומשתרעים על 1,6 ק"מ ומעלה מהאתר."
- "לחשיפה C יש שטח שטוח ופתוח בדרך כלל, ומשתרע על פני 0,8 ק"מ ומעלה מהאתר."
- "חשיפה D היא הקשה ביותר, עם מהירויות רוח בסיסיות של 129 קמ"ש ומעלה ושטח שטוח וללא הפרעה מול גופי מים גדולים."
4
קבעו את מקדם הלחץ של האובייקט המדובר. מקדם הלחץ, Cq, זהה למקדם הגרר (Cd). גרירה היא הכוח הנקי בכיוון הזרימה עקב לחץ על פני האובייקט. מקדם הגרר מייצג את גרירת האובייקט דרך נוזל והוא תלוי בצורתו, בגודלו ובחספוסו של אובייקט.
- מקדם הגרר הסטנדרטי לצינור ארוך של גליל הוא 1,2 ועבור צילינדר קצר הוא 0,8. אלה חלים על צינורות אנטנות שנמצאים במבנים רבים.
- המקדם הסטנדרטי לפלטה שטוחה כמו פני בניין הוא 2,0 לפלטה ארוכה או 1,4 לפלטה שטוחה קצרה יותר.
- ההבדל בין מקדמי גרר לפריטים שטוחים וגלילים הוא כ- 0,6.
- למקדם הגרר אין יחידות.
הנוסחה לעומס רוח היא F = A x P x Cd x Kz x Gh, כאשר A הוא השטח המוקרן, P הוא לחץ רוח, Cd הוא מקדם הגרר, Kz הוא מקדם החשיפה ו- Gh הוא גורם תגובת המשב.
5
קבע את לחץ הקיפאון ברוח. Qs הוא לחץ קיפאון הרוח והוא שווה ערך לחישוב לחץ הרוח מהמשוואות הקודמות: Qs = 0,00256 x V ², כאשר V הוא מהירות הרוח במיילים לשעה (קמ"ש).
- לדוגמה, אם מהירות הרוח היא 70 קמ"ש, לחץ הקיפאון של הרוח הוא 0,00256 x 70² = 12,5 psf.
- חלופה לחישוב זה היא להשתמש בסטנדרטים שנקבעו לאזורי רוח שונים. לדוגמה, על פי הברית של תעשיות אלקטרוניות (EIA) רוב ארה"ב נמצאת באזור A עם רוח של 86,6 קמ"ש, אך אזורי החוף עשויים להיות באזור B (100 קמ"ש) או באזור C (111,8 קמ"ש).
6
קבע גורם חשיבות. IW הוא גורם החשיבות וניתן לקבוע אותו באמצעות טבלה 16-K של ה- UBC. זהו מכפיל המשמש לחישוב עומסים הלוקח בחשבון את השימוש בבניין. אם בניין מכיל חומרים מסוכנים, גורם חשיבותו יהיה גבוה מזה של בניין מסורתי.
- לחישובים לבניינים עם שימוש סטנדרטי יש גורם חשיבות של אחד.
7
חשב את עומס הרוח. באמצעות הערכים שנקבעו לעיל, כעת ניתן לחשב את עומס הרוח בעזרת המשוואה F = A x P = A x Ce x Cq x Qs x Iw. חבר את כל המשתנים שלך ועשה את המתמטיקה.
- לדוגמא, נניח שאתה רוצה לקבוע את עומס הרוח באנטנה שאורכה 3 מטר בקוטר של סנטימטר אחד ברוח של 70 קמ"ש. הוא ממוקם על גבי בניין סטנדרטי בגובה 48 מטר באזור עם שטח B חשיפה.
- התחל בחישוב השטח המוקרן. במקרה זה, A = lxw = 3 ft x (0,5in x (1 ft / 12 in)) = 0,125 ft ².
- קבע את Ce. בהתבסס על טבלה 16-G, תוך שימוש בגובה של 48 רגל ושטח חשיפה B, Ce הוא 0,84.
- עבור צילינדר קצר מקדם הגרר או Cq הוא 0,8.
- חשב Qs: Qs = 0,00256 x V ² = 0,00256 x 70² = 12,5 psf.
- קבע גורם חשיבות. זהו בניין סטנדרטי ולכן איוו הוא 1.
- חיבור למשוואה: 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 ק"ג.
- 1,05 ק"ג הוא כמות עומס הרוח על האנטנה.

טיפים

דעו כי מהירות הרוח משתנה במרחקים שונים מהקרקע. מהירות הרוח עולה עם הגובה המבני והיא בלתי צפויה יותר קרוב לקרקע, מכיוון שהיא מושפעת מאינטראקציה עם דברים בשטח.
שים לב כי חיזוי זה יכול להקשות על חישובי רוח מדויקים.

קרא גם: איך לעגל לעשירית הקרובה ביותר?

כיצד מחשבים עומס רוח?

צעדים

שיטה 1 מתוך 3: חישוב עומס רוח באמצעות הנוסחה הגנרית

שיטה 2 מתוך 3: חישוב עומס רוח באמצעות נוסחת הברית לתעשיות אלקטרוניות

שיטה 3 מתוך 3: חישוב עומס רוח באמצעות נוסחת קוד הבנייה האחיד (UBC) '97

טיפים

שאלות ותשובות

תגובות (28)

קרא גם: