Tuul on õhumass, mis liigub enamasti horisontaalsuunas kõrgrõhualalt madalrõhualale. Tugev tuul võib olla väga hävitav, kuna tekitab survet konstruktsiooni pinnale. Selle rõhu intensiivsus on tuulekoormus. Tuule mõju sõltub konstruktsiooni suurusest ja kujust. Tuulekoormuse arvutamine on vajalik turvalisemate, tuulekindlamate hoonete projekteerimiseks ja ehitamiseks ning objektide, näiteks antennide paigutamiseks hoonete peale.
1
Määratlege üldine valem. Tuulekoormuse üldvalem on F = A x P x Cd, kus F on jõud või tuulekoormus, A on objekti projekteeritud pindala, P on tuule rõhk ja Cd on takistustegur. See võrrand on kasulik konkreetse objekti tuulekoormuse hindamiseks, kuid ei vasta ehitusseadustiku nõuetele uue ehituse kavandamisel.
2
Leidke projekteeritud ala A. See on kahemõõtmelise näo pindala, mida tuul tabab. Täielikuks analüüsiks kordate arvutust hoone iga külje kohta. Näiteks kui hoone läänekülg on 20 m2 pindalaga, kasutage seda A väärtust läänekülje tuulekoormuse arvutamiseks. Pindala arvutamise valem sõltub näo kujust. Tasase seina jaoks kasutage valemit Pindala = pikkus x kõrgus. Ligikaudne veeru esipinna pindala: Pindala = läbimõõt x kõrgus. SI arvutuste jaoks mõõtke A ruutmeetrites (m2). Imperiali arvutuste jaoks mõõtke A ruutjalgades (ft2).
3
Arvutage tuule rõhk. Tuulerõhu P lihtne valem inglise ühikutes (naela ruutjala kohta) on P=0,00256V2{displaystyle P=0,00256V^{2}}, kus V on tuule kiirus miilides tunnis (mph). Rõhu leidmiseks SI-ühikutes (njuutonites ruutmeetri kohta) kasutage selle asemel P=0,613V2{displaystyle P=0,613V^{2}} ja mõõtke V meetrites sekundis. See valem põhineb Ameerika Ühenduse Ehitusinseneride kood. Koefitsient 0,00256 on õhutiheduse ja gravitatsioonikiirenduse tüüpilistel väärtustel põhineva arvutuse tulemus. Insenerid kasutavad täpsemat valemit, et võtta arvesse selliseid tegureid nagu ümbritsev maastik ja ehitustüüp. Saate otsida üht valemit ASCE koodist 7-05 või kasutada allolevat UBC valemit. Kui te pole kindel, milline on tuule kiirus, otsige oma piirkonna tuule tippkiirust, kasutades Electronic Industries Alliance’i (EIA) standardit. . Näiteks suurem osa USA-st asub tsoonis A, tuulega 86,6 miili tunnis, kuid rannikualad võivad asuda tsoonis B (100 miili tunnis) või tsoonis C (111,8 miili tunnis).
4
Määrake kõnealuse objekti takistustegur. Tõmbejõud on jõud, mida õhk avaldab hoonele ja mida mõjutavad hoone kuju, selle pinna karedus ja mitmed muud tegurid. Insenerid mõõdavad takistust tavaliselt otse katsete abil, kuid ligikaudse hinnangu saamiseks võite otsida mõõdetava kuju jaoks tüüpilist takistuskoefitsienti. Näiteks: Pika silindri toru standardne takistustegur on 1,2 ja lühikese silindri puhul 0,8. Need kehtivad paljudes hoonetes leiduvate antennitorude kohta. Lameda plaadi (nt hoone esiosa) standardkoefitsient on 2,0 pika tasapinnalise plaadi puhul või 1,4 lühema tasapinnalise plaadi puhul. Takistustegur ei sisalda ühikuid.
5
Arvutage tuulekoormus. Kasutades ülaltoodud väärtusi, saate nüüd arvutada tuulekoormuse võrrandiga F = A x P x Cd.
6
Oletame näiteks, et soovite määrata tuulekoormuse 3 jala pikkuse ja 0,5-tollise läbimõõduga antennile 70 miili tunnis tuule puhangu korral. Alustage prognoositava ala hindamisest. Sel juhul A=dw=(3ft)(0.5tol)(1ft/12in)=0.125ft2{displaystyle A=dw=(3ft)(0.5in)(1ft/12in)=0.125ft^{2}} Arvutage tuule rõhk: P=0,00256V2=0,00256(702)=12,5psf{displaystyle P=0,00256V^{2}=0,00256(70^{2})=12,5psf}. Lühikese silindri jaoks on takistustegur on 0,8. Ühendades võrrandiga: F=APCd=(0.125ft2)(12.5psf)(0.8)=1.25 naela.{displaystyle F=APCd=(0.125ft^{2})(12.5psf)(0.8)= 1,25 naela}1,25 naela on antenni tuulekoormuse suurus.
7
Määratlege Electronic Industries Alliance’i välja töötatud valem. Tuulekoormuse valem on F = A x P x Cd x Kz x Gh, kus A on projekteeritud pindala, P on tuule rõhk, Cd on õhutakistustegur, Kz on kokkupuute koefitsient ja Gh on tuuleiilide reaktsioonitegur. See valem võtab tuulekoormuse puhul arvesse veel mõnda parameetrit. Seda valemit kasutatakse tavaliselt antennide tuulekoormuse arvutamiseks.
8
Saage aru võrrandi muutujatest. Võrrandi õigeks kasutamiseks peate kõigepealt mõistma, mida iga muutuja tähistab ja mis on nendega seotud ühikud. A, P ja Cd on samad muutujad, mida kasutatakse üldvõrrandis. Kz on kokkupuute koefitsient ja selle arvutab võttes arvesse kõrgust maapinnast objekti keskpunktini. Kz ühikud on jalad. Gh on tuuleiilide reaktsioonitegur ja selle arvutamisel võetakse arvesse objekti kogu kõrgust. Gh ühikud on 1/jalga või ft-1.
9
Määrake prognoositav ala. Teie objekti projekteeritud pindala sõltub selle kujust ja suurusest. Kui tuul lööb vastu lamedat seina, on projitseeritud pindala lihtsam arvutada kui siis, kui objekt on ümardatud. Prognoositav ala on ligikaudne pindala, millega tuul kokku puutub. Prognoositud pindala arvutamiseks pole ühte valemit, kuid saate seda mõne põhiarvutusega hinnata. Pindala ühikud on ft2. Tasase seina puhul kasutage valemit Pindala = pikkus x laius, mõõtes selle seina pikkust ja laiust, kus tuul seda tabab. Toru või samba puhul saate pindala ligikaudselt hinnata ka pikkuse ja laius. Sel juhul on laius toru või samba läbimõõt.
10
Arvutage tuule rõhk. Tuule rõhk saadakse võrrandiga P = 0,00256 x V2, kus V on tuule kiirus miilides tunnis (mph). Tuule rõhu mõõtühik on naela ruutjala kohta (psf). Näiteks kui tuule kiirus on 70 miili tunnis, on tuule rõhk 0,00256 x 702 = 12,5 psf. Alternatiiviks tuulerõhu arvutamiseks konkreetse tuulekiiruse korral on standard erinevatele tuuletsoonidele. Näiteks Electronic Industries Alliance’i (EIA) andmetel asub suurem osa USA-st A-tsoonis, kus tuul on 86,6 miili tunnis, kuid rannikualad võivad asuda tsoonis B (100 miili tunnis) või tsoonis C (111,8 miili tunnis).
11
Määrake kõnealuse objekti takistustegur. Tõmbejõud on voolusuunaline netojõud, mis tuleneb survest objekti pinnale. Takistuskoefitsient tähistab objekti takistust läbi vedeliku ja see sõltub objekti kujust, suurusest ja karedusest. Pika silindri toru standardne takistuskoefitsient on 1,2 ja lühikese silindri puhul 0,8 Need kehtivad antenni kohta. paljudel hoonetel leiduvaid torusid.Lameda plaadi, näiteks hoone esikülje standardkoefitsient on pika lameda plaadi puhul 2,0 või lühema tasapinnalise plaadi puhul 1,4. Lamedate ja silindriliste esemete takistuskoefitsientide erinevus on ligikaudu 0,6. takistuskoefitsiendil pole ühikuid.
12
Arvutage kokkupuute koefitsient, Kz. Kz arvutatakse valemiga [z/33](2/7), kus z on kõrgus maapinnast objekti keskpunktini. Näiteks kui teil on antenn, mis on 3 jalga pikk ja 48 jalga eemal. maapinnal, z oleks võrdne 46,5 jalga. Kz = [z/33] (2/7) = [46,5/33] (2/7) = 1,1 jalga.
13
Arvutage puhangulise reaktsiooni tegur Gh. Puhkereaktsiooni tegur arvutatakse võrrandiga Gh = 0,65+.60/[(h/33)(1/7)], kus h on objekti kõrgus. Näiteks kui teil on 3 jala pikkune antenn ja 48 jalga maapinnast, Gh = 0,65+,60/[(h/33)(1/7)] = 0,65+,60/(51/33)(1/7) = 1,22 jalga-1
14
Arvutage tuulekoormus. Kasutades ülaltoodud väärtusi, saate nüüd arvutada tuulekoormuse võrrandiga F = A x P x Cd x Kz x Gh. Ühendage kõik muutujad ja tehke matemaatika. Oletame näiteks, et soovite määrata 3 jala pikkuse ja 0,5-tollise läbimõõduga antenni tuulekoormuse 70 miili tunnis tuule puhangu korral. See asetatakse 48 jala kõrguse hoone peale. Alustage prognoositava ala arvutamisest. Sel juhul A = l x w = 3 jalga x (0,5 tolli x (1 jalga/12 tolli)) = 0,125 jalga2. Arvutage tuulerõhk: P = 0,00256 x V2 = 0,00256 x 702 = 12,5 psf. Lühikese silindri jaoks takistustegur on 0,8.Arvutage kokkupuute koefitsient: Kz = [z/33](2/7) = [46,5/33](2/7) = 1,1 jalga.Arvutage tuuleiilide reaktsioonitegur: Gh = 0,65+. 60/[(h/33)(1/7)] = 0,65+.60/(51/33)(1/7) = 1,22 jalga-1 Võrrandi ühendamine: 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 naela.1,68 naela on antenni tuulekoormuse suurus.
15
Määratlege UBC ’97 valem. See valem töötati välja 1997. aastal tuulekoormuse arvutamise ühtse ehitusseadustiku (UBC) osana. Valem on F = A x P, kui A on projekteeritud pindala ja P on tuule rõhk; kuid sellel valemil on tuulerõhu alternatiivne arvutus. Tuulerõhk (PSF) arvutatakse järgmiselt: P= Ce x Cq x Qs x Iw, kus Ce on kõrguse, kokkupuute ja tuuleiilide reaktsioonitegur, Cq on rõhu koefitsient (it on samaväärne kahe eelmise võrrandi takistusteguriga), Qs on tuule stagnatsioonirõhk ja Iw on tähtsustegur. Kõiki neid väärtusi saab arvutada või saada vastavatest tabelitest.
16
Määrake prognoositav ala. Teie objekti projekteeritud pindala sõltub selle kujust ja suurusest. Kui tuul lööb vastu lamedat seina, on projitseeritud pindala lihtsam arvutada kui siis, kui objekt on ümardatud. Prognoositav ala on ligikaudne pindala, millega tuul kokku puutub. Prognoositud pindala arvutamiseks pole ühte valemit, kuid saate seda mõne põhiarvutusega hinnata. Pindala ühikud on ft2. Tasase seina puhul kasutage valemit Pindala = pikkus x laius, mõõtes selle seina pikkust ja laiust, kus tuul seda tabab. Toru või samba puhul saate pindala ligikaudselt hinnata ka pikkuse ja laius. Sel juhul on laius toru või samba läbimõõt.
17
Määrake Ce, kombineeritud kõrguse, kokkupuute ja tuuleiilide reaktsioonitegur. See väärtus valitakse UBC tabeli 16-G alusel ja see võtab arvesse kolme erineva kõrguse ja Ce-väärtusega maastikku.” Ekspositsioon B on hoonete, puude või muude pinna ebatasasustega maastik, mis katab vähemalt 20 protsenti ümbritsevast alast. ja ulatub kohast 1,6 kilomeetrit või rohkem.—Säritusalal C on tasane ja üldiselt avatud maastik, mis ulatub kohast 0,8 km või kaugemale.—Päris D on kõige tõsisem, tuule põhikiirused on 129 km/h või rohkem ning tasane ja takistusteta maastik suurte veekogudega.â€
18
Määrake kõnealuse objekti rõhutegur. Rõhukoefitsient Cq on sama mis takistustegur (Cd). Tõmbejõud on voolusuunaline netojõud, mis tuleneb survest objekti pinnale. Takistuskoefitsient tähistab objekti takistust läbi vedeliku ja see sõltub objekti kujust, suurusest ja karedusest. Pika silindri toru standardne takistuskoefitsient on 1,2 ja lühikese silindri puhul 0,8 Need kehtivad antenni kohta. paljudel hoonetel leiduvaid torusid.Lameda plaadi, näiteks hoone esikülje standardkoefitsient on pika lameda plaadi puhul 2,0 või lühema tasapinnalise plaadi puhul 1,4. Lamedate ja silindriliste esemete takistuskoefitsientide erinevus on ligikaudu 0,6. takistuskoefitsiendil pole ühikuid.
19
Määrake tuule stagnatsioonirõhk. Qs on tuule stagnatsioonirõhk ja võrdub tuulerõhu arvutusega eelmiste võrrandite põhjal: Qs = 0,00256 x V2, kus V on tuule kiirus miilides tunnis (mph). Näiteks kui tuule kiirus on 70 mph, on tuule stagnatsioonirõhk 0,00256 x 702 = 12,5 psf. Selle arvutuse alternatiiviks on kasutada erinevatele tuulepiirkondadele kehtestatud standardeid. Näiteks Electronic Industries Alliance’i (EIA) andmetel asub suurem osa USA-st tsoonis A ja tuule puhub 86,6 miili tunnis, kuid rannikualad võivad asuda tsoonis B (100 miili tunnis) või tsoonis C (111,8 miili tunnis).
20
Määrake tähtsustegur. Iw on tähtsustegur ja selle saab määrata UBC tabeli 16-K abil. See on koormuste arvutamisel kasutatav kordaja, mis võtab arvesse hoone kasutusotstarvet. Kui hoone sisaldab ohtlikke materjale, on selle olulisuse koefitsient suurem kui traditsioonilisel hoonel. Tavakasutusega hoonete arvutustes on olulisuse tegur üks.
21
Arvutage tuulekoormus. Kasutades ülaltoodud väärtusi, saate nüüd arvutada tuulekoormuse võrrandiga F = A x P = A x Ce x Cq x Qs x Iw. Ühendage kõik muutujad ja tehke matemaatika. Oletame näiteks, et soovite määrata 3 jala pikkuse ja 0,5-tollise läbimõõduga antenni tuulekoormuse 70 miili tunnis tuule puhangu korral. See asetatakse 48 jala kõrguse kõrgetasemelise hoone peale piirkonda, mille maastik on B. Alustage prognoositava ala arvutamisest. Sel juhul A = l x w = 3 jalga x (0,5 tolli x (1 jalga/12 tolli)) = 0,125 jalga2. Määrake Ce. Tabeli 16-G põhjal, kasutades 48 jala kõrgust ja säritust B maastikku, on Ce 0,84. Lühikese silindri korral on takistustegur või Cq 0,8. Arvutage Qs: Qs = 0,00256 x V2 = 0,00256 x 702 ps = 125. .Määrake tähtsustegur. See on standardhoone, seega on Iw 1. Võrrandi ühendamine: 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 naela. 1,05 naela on summa antenni tuulekoormusest.