4 spôsoby výpočtu zaťaženia vetrom

Vietor je masa vzduchu, ktorá sa pohybuje prevažne horizontálnym smerom z oblasti vysokého tlaku do oblasti s nízkym tlakom.[1]
Silný vietor môže byť veľmi deštruktívny, pretože vytvára tlak na povrch konštrukcie. Intenzita tohto tlaku je zaťaženie vetrom. Účinok vetra závisí od veľkosti a tvaru konštrukcie. Výpočet zaťaženia vetrom je potrebný na navrhovanie a výstavbu bezpečnejších budov odolnejších voči vetru a na umiestnenie objektov, ako sú antény na vrchole budov.

Kalkulačka zaťaženia vetrom


Kalkulačka zaťaženia vetrom

Metóda 1 z 3: Výpočet zaťaženia vetrom pomocou všeobecného vzorca


Definujte všeobecný vzorec. Všeobecný vzorec pre zaťaženie vetrom je F = A x P x Cd kde F je sila alebo zaťaženie vetrom, A je predpokladaná plocha objektu, P je tlak vetra a Cd je koeficient odporu vzduchu.[2]
Táto rovnica je užitočná na odhad zaťaženia vetrom na konkrétny objekt, ale nespĺňa požiadavky stavebných predpisov na plánovanie novej výstavby.


Nájdite predpokladanú plochu A. Toto je plocha dvojrozmernej plochy, na ktorú naráža vietor.[3]
Pre úplnú analýzu zopakujete výpočet pre každú stranu budovy. Ak má napríklad budova západnú stranu s plochou 20 m2, použite túto hodnotu pre A na výpočet zaťaženia vetrom na západnej strane.

  • Vzorec na výpočet plochy závisí od tvaru plochy. Pre rovnú stenu použite vzorec Plocha = dĺžka x výška. Priblížte plochu čelnej strany stĺpa pomocou vzťahu Plocha = priemer x výška.
  • Pri výpočtoch v sústave SI merajte A v metroch štvorcových (m2).
  • Pri výpočtoch v imperiálnych hodnotách odmerajte A v štvorcových stopách (ft2).


Vypočítajte tlak vetra. Jednoduchý vzorec pre tlak vetra P v imperiálnych jednotkách (libry na štvorcový meter) je

P=0.00256V2{\displaystyle P=0.00256V^{2}}

, kde V je rýchlosť vetra v míľach za hodinu (mph).[4]
Ak chcete zistiť tlak v jednotkách SI (newtony na meter štvorcový), namiesto toho použite

P=0.613V2{\displaystyle P=0.613V^{2}}

, a zmeriate V v metroch za sekundu.[5]

  • Tento vzorec vychádza z predpisu Americkej spoločnosti stavebných inžinierov. 0.00256 koeficient je výsledkom výpočtu založeného na typických hodnotách hustoty vzduchu a gravitačného zrýchlenia.[6]
  • Inžinieri používajú presnejší vzorec, ktorý zohľadňuje faktor, ako je okolitý terén a typ konštrukcie. Jeden vzorec si môžete vyhľadať v predpise ASCE 7-05 alebo použiť vzorec UBC uvedený nižšie.
  • Ak si nie ste istí, aká je rýchlosť vetra, vyhľadajte maximálnu rýchlosť vetra vo vašej oblasti pomocou normy Electronic Industries Alliance (EIA). Napríklad väčšina U.S. je v zóne A s hodnotou 86.6 míľ za hodinu, ale pobrežné oblasti môžu ležať v zóne B (100 míľ za hodinu) alebo v zóne C (111.8 mph).


Určte koeficient odporu vzduchu pre daný objekt. Odpor vzduchu je sila, ktorou vzduch pôsobí na budovu a ktorú ovplyvňuje tvar budovy, drsnosť jej povrchu a niekoľko ďalších faktorov. Inžinieri zvyčajne merajú odpor vzduchu priamo pomocou experimentov, ale pre hrubý odhad si môžete vyhľadať typický koeficient odporu vzduchu pre meraný tvar. Napríklad: [7]

  • Štandardný súčiniteľ odporu vzduchu pre dlhú valcovú rúru je 1.2 a pre krátky valec je 0.8. Platí to pre anténne rúrky, ktoré sa nachádzajú na mnohých budovách.
  • Štandardný súčiniteľ pre plochú dosku, ako je napríklad čelná stena budovy, je 2.0 pre dlhú rovnú dosku alebo 1.4 pre kratšiu plochú dosku.
  • Koeficient odporu vzduchu nemá jednotky.


Vypočítajte zaťaženie vetrom. Na základe vyššie určených hodnôt môžete teraz vypočítať zaťaženie vetrom pomocou rovnice F = A x P x Cd.


Napríklad, povedzme, že chcete určiť zaťaženie vetrom na anténu, ktorá je dlhá 3 stopy s priemerom 0.5 palcov pri nárazoch vetra s rýchlosťou 70 km/h.

  • Začnite odhadom predpokladanej plochy. V tomto prípade,
    A=dw=(3ft)(0.5in)(1ft/12in)=0.125ft2{\displaystyle A=dw=(3ft)(0.5in)(1ft/12in)=0.125ft^{2}}
  • Vypočítajte tlak vetra:
    P=0.00256V2=0.00256(702)=12.5psf{\displaystyle P=0.00256V^{2}=0.00256(70^{2})=12.5psf}

    .

  • Pre krátky valec je koeficient odporu 0.8.
  • Dosadením do rovnice:
    F=APCd=(0.125ft2)(12.5psf)(0.8)=1.25lbs.{\displaystyle F=APCd=(0.125ft^{2})(12.5psf)(0.8)=1.25lbs.}
  • 1.25 libier je zaťaženie antény vetrom.

Metóda 2 z 3: Výpočet zaťaženia vetrom pomocou vzorca Zväzu elektronického priemyslu


Definujte vzorec, ktorý vypracovala Aliancia elektronického priemyslu. Vzorec pre zaťaženie vetrom je F = A x P x Cd x Kz x Gh, kde A je premietnutá plocha, P je tlak vetra, Cd je koeficient odporu vzduchu, Kz je koeficient vystavenia a Gh je faktor reakcie na poryv. Tento vzorec zohľadňuje niekoľko ďalších parametrov pre zaťaženie vetrom. Tento vzorec sa všeobecne používa na výpočet zaťaženia antén vetrom.


Pochopte premenné rovnice. Aby ste mohli rovnicu správne používať, musíte najprv pochopiť, čo jednotlivé premenné znamenajú a aké sú s nimi spojené jednotky.

  • A, P, a Cd sú tie isté premenné, ktoré sa používajú vo všeobecnej rovnici.
  • Kz je koeficient vystavenia a vypočíta sa tak, že sa zohľadní výška od zeme po stred objektu. Jednotky Kz sú nohy.
  • Gh je súčiniteľ odozvy na nárazový vietor a vypočíta sa tak, že sa zohľadní celá výška objektu. Jednotky Gh sú 1/stopu alebo ft-1.


Určte predpokladanú plochu. Projektovaná plocha vášho objektu závisí od jeho tvaru a veľkosti. Ak vietor naráža na rovnú stenu, projektovanú plochu je jednoduchšie vypočítať, ako keď je objekt zaoblený. Predpokladaná plocha bude aproximáciou plochy, s ktorou príde vietor do kontaktu. Na výpočet projektovanej plochy neexistuje jeden vzorec, ale môžete ju odhadnúť pomocou niekoľkých základných výpočtov. Jednotky pre plochu sú ft2.

  • Pre rovnú stenu použite vzorec Plocha = dĺžka x šírka, pričom zmerajte dĺžku a šírku steny v mieste, kde na ňu naráža vietor.
  • V prípade rúrky alebo stĺpa môžete plochu aproximovať aj pomocou dĺžky a šírky. V tomto prípade bude šírka priemerom rúry alebo stĺpa.


Výpočet tlaku vetra. Tlak vetra je daný rovnicou P = 0.00256 x V2, kde V je rýchlosť vetra v míľach za hodinu (mph). Jednotkou pre tlak vetra sú libry na štvorcovú stopu (psf).

  • Napríklad, ak je rýchlosť vetra 70 km/h, tlak vetra je 0.00256 x 702 = 12.5 psf.
  • Alternatívou výpočtu tlaku vetra pri konkrétnej rýchlosti vetra je použitie normy pre rôzne veterné zóny. Napríklad podľa Zväzu elektronického priemyslu (EIA) väčšina U.S. je v zóne A s 86.6 mph vietor, ale pobrežné oblasti môžu ležať v zóne B (100 mph) alebo zóne C (111.8 mph).


Určte koeficient odporu vzduchu pre daný objekt. Odpor je čistá sila v smere prúdenia spôsobená tlakom na povrch objektu.[8]
Koeficient odporu predstavuje odpor objektu cez kvapalinu a závisí od tvaru, veľkosti a drsnosti objektu.

  • Štandardný koeficient odporu vzduchu pre dlhú valcovú rúru je 1.2 a pre krátky valec je .8 Platí pre anténne rúrky, ktoré sa nachádzajú na mnohých budovách.
  • Štandardný súčiniteľ pre plochú dosku, ako je napríklad čelná strana budovy, je 2.0 pre dlhú plochú dosku alebo 1.4 pre kratšiu plochú dosku.
  • Rozdiel medzi koeficientmi odporu pre ploché a valcové predmety je približne 0.6.
  • Koeficient odporu vzduchu nemá jednotky.


Vypočítajte koeficient vystavenia, Kz. Kz sa vypočíta podľa vzorca [z/33](2/7), kde z je výška od zeme po stred objektu.

  • Napríklad ak máte anténu, ktorá je dlhá 3 ft a je 48 ft od zeme, z by sa rovnalo 46.5 ft.
  • Kz = [z/33](2/7) = [46.5/33](2/7) = 1.1 ft.


Výpočet súčiniteľa odozvy na nárazový vietor, Gh. Faktor odozvy Gust sa vypočíta pomocou rovnice Gh = .65+.60/[(h/33)(1/7)] kde h je výška objektu.

  • Napríklad, ak máte anténu, ktorá je dlhá 3 ft a je 48 ft od zeme, Gh = .65+.60/[(h/33)(1/7)] = .65+.60/(51/33)(1/7) = 1.22 ft-1


Vypočítajte zaťaženie vetrom. Na základe vyššie určených hodnôt môžete teraz vypočítať zaťaženie vetrom pomocou rovnice F = A x P x Cd x Kz x Gh. Zapojte všetky premenné a vypočítajte.

  • Napríklad, povedzme, že chcete určiť zaťaženie vetrom na anténu, ktorá je dlhá 3 stopy s priemerom 0.5 palcov pri nárazovom vetre s rýchlosťou 70 km/h. Je umiestnená na vrchole budovy vysokej 48 stôp.
  • Začnite výpočtom predpokladanej plochy. V tomto prípade, A = l x w = 3 stopy x (0.5in x (1 ft/12 in)) = 0.125 ft2.
  • Vypočítajte tlak vetra: P = 0.00256 x V2 = 0.00256 x 702 = 12.5 psf.
  • Pre krátky valec je súčiniteľ odporu 0.8.
  • Vypočítajte koeficient vystavenia: Kz = [z/33](2/7) = [46.5/33](2/7) = 1.1 ft.
  • Vypočítajte faktor reakcie na poryv: Gh = .65+.60/[(h/33)(1/7)] = .65+.60/(51/33)(1/7) = 1.22 ft-1
  • Zapojenie do rovnice: 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.
  • 1.68 lbs je veľkosť zaťaženia antény vetrom.

Metóda 3 z 3:Výpočet zaťaženia vetrom pomocou vzorca podľa Jednotných stavebných predpisov (UBC) ’97


Definujte vzorec UBC ’97. Tento vzorec bol vypracovaný v roku 1997 ako súčasť Jednotných stavebných predpisov (UBC) na výpočet zaťaženia vetrom. Vzorec je F = A x P, boli A je predpokladaná plocha a P je tlak vetra; tento vzorec má však alternatívny výpočet tlaku vetra.

  • Tlak vetra (PSF) sa vypočíta ako P= Ce x Cq x Qs x Iw, kde Ce je kombinovaný faktor výšky, expozície a reakcie na poryv, Cq je tlakový koeficient (je ekvivalentný koeficientu odporu v predchádzajúcich dvoch rovniciach), Qs je stagnačný tlak vetra a Iw je faktor dôležitosti. Všetky tieto hodnoty možno vypočítať alebo získať z príslušných tabuliek.


Určite predpokladanú plochu. Projektovaná plocha vášho predmetu závisí od jeho tvaru a veľkosti. Ak vietor naráža na rovnú stenu, premietnutá plocha sa vypočíta ľahšie, ako keď je objekt zaoblený. Predpokladaná plocha bude aproximáciou plochy, s ktorou sa vietor dostane do kontaktu. Na výpočet predpokladanej plochy neexistuje jednotný vzorec, ale môžete ju odhadnúť pomocou niekoľkých základných výpočtov. Jednotky pre plochu sú ft2.

  • Pre rovnú stenu použite vzorec Plocha = dĺžka x šírka, pričom zmeriate dĺžku a šírku steny v mieste, kde na ňu naráža vietor.
  • V prípade rúry alebo stĺpa môžete plochu približne určiť aj pomocou dĺžky a šírky. V tomto prípade bude šírka priemerom rúrky alebo stĺpa.


Určte Ce, kombinovanú výšku, expozíciu a faktor reakcie na poryv. Táto hodnota je zvolená na základe tabuľky 16-G UBC a zohľadňuje tri expozície terénu s rôznymi výškami a Ce hodnoty pre každú.

  • „Expozícia B“ je terén s budovami, stromami alebo inými povrchovými nerovnosťami, ktoré pokrývajú aspoň 20 % okolitej plochy a zasahujú 1.6 km alebo viac od miesta.“
  • „Expozícia C má terén, ktorý je rovný a všeobecne otvorený, siahajúci 0.8 km alebo viac od miesta.“
  • „Expozícia D je najzávažnejšia, so základnou rýchlosťou vetra 129 km/hod. alebo vyššou a s terénom, ktorý je rovný a bez prekážok, s výhľadom na veľké vodné plochy.“


Určte súčiniteľ tlaku pre daný objekt. Koeficient tlaku, Cq, je rovnaká ako súčiniteľ odporu vzduchu (Cd). Odpor je čistá sila v smere prúdenia spôsobená tlakom na povrch objektu.[9]
Koeficient odporu vzduchu predstavuje odpor objektu cez kvapalinu a závisí od tvaru, veľkosti a drsnosti objektu.

  • Štandardný koeficient odporu vzduchu pre dlhú valcovú rúru je 1.2 a pre krátky valec je .8 Tieto sa vzťahujú na anténne rúrky, ktoré sa nachádzajú na mnohých budovách.
  • Štandardný súčiniteľ pre plochú dosku, ako je napríklad čelná stena budovy, je 2.0 pre dlhú plochú dosku alebo 1.4 pre kratšiu plochú dosku.
  • Rozdiel medzi koeficientmi odporu vzduchu pre ploché a valcové predmety je približne 0.6.
  • Koeficient odporu nemá jednotky.


Určte stagnačný tlak vetra. Qs je stagnačný tlak vetra a zodpovedá výpočtu tlaku vetra z predchádzajúcich rovníc: Qs = 0.00256 x V2, kde V je rýchlosť vetra v míľach za hodinu (mph).

  • Ak je napríklad rýchlosť vetra 70 km/h, stagnačný tlak vetra je 0.00256 x 702 = 12.5 psf.
  • Alternatívou k tomuto výpočtu je použitie noriem stanovených pre rôzne veterné zóny. Napríklad podľa Zväzu elektronického priemyslu (EIA) väčšina U.S. je v zóne A s 86.6 mph, ale pobrežné oblasti môžu ležať v zóne B (100 mph) alebo v zóne C (111.8 mph).


Určenie faktora dôležitosti. Iw je súčiniteľ dôležitosti a možno ho určiť pomocou tabuľky 16-K UBC. Je to násobiteľ používaný pri výpočte zaťaženia, ktorý zohľadňuje využitie budovy. Ak budova obsahuje nebezpečné materiály, jej faktor dôležitosti bude vyšší ako v prípade tradičnej budovy.

  • Výpočty pre budovy so štandardným použitím majú koeficient dôležitosti jedna.

  • Vypočítajte zaťaženie vetrom. Na základe vyššie určených hodnôt môžete teraz vypočítať zaťaženie vetrom pomocou rovnice F = A x P = A x Ce x Cq x Qs x Iw . Zapojte všetky premenné a vypočítajte.

    • Napríklad, povedzme, že chcete určiť zaťaženie vetrom na anténu, ktorá je dlhá 3 stopy s priemerom 0.5 palcov pri nárazovom vetre s rýchlosťou 70 km/h. Je umiestnená na vrchole 48 ft vysokej štandardnej budovy v oblasti s expozíciou terénu B.
    • Začnite výpočtom predpokladanej plochy. V tomto prípade, A = l x w = 3 ft x (0.5in x (1 ft/12 in)) = 0.125 ft2.
    • Určte Ce. Na základe tabuľky 16-G, s použitím výšky 48 stôp a expozície terénu B, Ce je 0.84.
    • V prípade krátkeho valca je koeficient odporu alebo Cq je 0.8.
    • Vypočítajte Qs: Qs = 0.00256 x V2 = 0.00256 x 702 = 12.5 psf.
    • Určte faktor dôležitosti. Ide teda o štandardnú budovu, Iw je 1.
    • Dosadením do rovnice: 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.
    • 1.05 libier je veľkosť zaťaženia antény vetrom.
  • Odkazy