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Wind ist ein Luftstrom, der sich in nahezu horizontaler Richtung von Hochdruck zu Niederdruck bewegt. Starke Winde können große Schäden verursachen, da sie Druck auf die Oberfläche einer Struktur ausüben. Die Intensität dieses Drucks wird als Windlast bezeichnet. Der Einfluss des Windes hängt von der Größe und Form der Struktur ab. Die Windlast ist ein notwendiger Parameter, um Gebäude mit besserer Sicherheit und Windbeständigkeit entwerfen, bauen und Objekte wie Antennen auf dem Dach des Gebäudes installieren zu können.

Schritte

Methode 1 von 3: Berechnen Sie die Windlast nach der allgemeinen Formel

1. 

   Bestimmen Sie die verallgemeinerte Formel. Die Formel zur Berechnung der Windlast lautet F = A x P x Cd, Innerhalb F. ist Windkraft oder Windlast, EIN ist die projizierte Fläche, P. ist der Winddruck und CD ist der Luftwiderstandsbeiwert. Diese Gleichung ist nützlich für die Schätzung der Windlast eines bestimmten Objekts, erfüllt jedoch nicht die Anforderungen der Gebäudestandards für die Planung eines neuen Gebäudes.

2. 

   
   
   Finden Sie den projizierten Bereich EIN. Dies ist der Bereich der zweidimensionalen Oberfläche, auf dem der Wind weht. Für eine genauere Analyse müssen Sie die Berechnung für jede Seite des Gebäudes wiederholen. Wenn die Westseite des Gebäudes beispielsweise 20 m beträgt, ersetzen Sie diesen Wert EIN um die Windlast auf der Westseite zu berechnen.
   • Die Formel für die Fläche hängt von der Form der Oberfläche ab. Verwenden Sie für flache Wände die Formel Fläche = Länge x Höhe. Approximieren Sie die Säulenoberfläche mit der Formel Fläche = Durchmesser x Höhe.
   • Im SI-System müssen Sie messen EIN in Quadratmetern (m).
   • Bei imperialen Messungen müssen Sie messen EIN in Quadratfuß (ft).

3. 

   
   
   Berechnen Sie den Winddruck. Die einfache Formel zur Berechnung des imperialen P-gewichteten Winddrucks (Pfund / Quadratfuß) ist dort enthalten V. ist die Windgeschwindigkeit in Meilen pro Stunde (mph). Um den Winddruck im SI-System (Newton / Quadratmeter) zu ermitteln, verwenden Sie die Geschwindigkeit und messen sie V. in Metern pro Sekunde.
   • Diese Formel leitet sich aus dem Standardsatz der American Association of Civil Engineers ab. Der Faktor 0,00256 ist das Ergebnis einer Berechnung, die auf typischen Werten der Luftdichte und der Gravitationsbeschleunigung basiert.
   • Ingenieure verwenden eine genauere Formel, um Faktoren wie das umgebende Gelände und den Gebäudetyp zu berücksichtigen. Sie finden die Berechnungsformel im ASCE 7-05-Standardsatz oder verwenden die folgende UBC-Formel.
   • Wenn Sie die Windgeschwindigkeit nicht kennen, überprüfen Sie die höchste Windgeschwindigkeit in der Region gemäß den Standards der Electronic Business Association (EIA). Beispielsweise befindet sich der größte Teil der Vereinigten Staaten in Zone A mit Windgeschwindigkeiten von 38,7 m / s, die Küstengebiete befinden sich jedoch in Zone B (44,7 m / s) oder Zone C (50 m / s).

4. 

   
   
   Bestimmen Sie den Widerstandskoeffizienten des betrachteten Objekts. Die Widerstandskraft ist die Kraft des Windes, der auf das Gebäude wirkt und von der Gebäudeform, der Oberflächenrauheit und vielen anderen Faktoren bestimmt wird. Ingenieure messen den Widerstand häufig direkt durch Experimente. Wenn Sie jedoch schätzen möchten, können Sie den typischen Widerstandsbeiwert für die Objektgeometrie nachschlagen. Beispielsweise:
   • Der Standardwiderstandsbeiwert für lange Zylinder beträgt 1,2 und für kurze Zylinder 0,8. Diese Faktoren gelten für Antennenhaltermasten in vielen Gebäuden.
   • Der Standardwiderstandsbeiwert für Flachbildschirme wie Gebäudeflächen beträgt 2,0 für lange Flachbleche oder 1,4 für kurze Flachbildschirme.
   • Der Luftwiderstandsbeiwert hat keine Einheiten.

5. 

   Berechnen Sie die Windlast. Mit den oben angegebenen Werten können Sie nun die Windlast mithilfe einer Gleichung berechnen F = A x P x Cd.
6. Angenommen, Sie möchten die Windlast berechnen, die auf eine Antenne wirkt, die 1 Meter lang und 2 cm im Durchmesser ist und eine Windgeschwindigkeit von 31,3 m / s hat.
   • Beginnen Sie mit der Schätzung der projizierten Fläche. In diesem Fall,
   • Berechnen Sie den Winddruck:.
   • Bei kurzen Zylindern beträgt der Luftwiderstandsbeiwert 0,8.
   • Anstelle der Gleichung:
   • 9,6 N ist die auf die Antenne wirkende Windlast.
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Methode 2 von 3: Berechnen Sie die Windlast nach der Formel der Electronic Business Association

1. 

   Identifizieren Sie die von der Electronic Business Association entwickelte Formel. Die Formel zur Berechnung der Windlast lautet F = A x P x Cd x Kz x Gh, Innerhalb EIN Projektionsfläche, P. ist Winddruck, CD ist der Luftwiderstandsbeiwert, Kz ist der Expositionskoeffizient und GH ist der Koeffizient des Windrückstoßes. Diese Formel zur Berechnung der Windlast berücksichtigt mehrere zusätzliche Parameter und wird häufig zur Berechnung der auf die Antenne wirkenden Windlast verwendet.

2. 

   Verstehen Sie die Variablen in Formeln. Um diese Formel effektiv zu verwenden, müssen Sie zuerst die Bedeutung jeder Variablen und ihrer Einheit verstehen.
   • EIN, P. und CD hat die gleiche Bedeutung wie in der verallgemeinerten Formel.
   • Kz ist der Belichtungskoeffizient und wird aus der Höhe vom Boden bis zum Mittelpunkt des Objekts berechnet. Die Einheit von Kz ist der Zähler.
   • GH ist der Rückstoßkoeffizient und wird anhand der Gesamthöhe des Objekts berechnet. Die Einheit von GH ist 1 / m oder m.

3. 

   Bestimmen Sie die projizierte Fläche. Die projizierte Fläche eines Objekts hängt von seiner Form und Größe ab. Wenn der Wind auf eine flache Wand weht, ist die projizierte Fläche einfacher als ein kreisförmiges Objekt. Die projizierte Fläche entspricht ungefähr der Fläche, der der Wind ausgesetzt ist. Es gibt keine Formel zur Berechnung des Ansichtsbereichs, aber Sie können sie mit einigen grundlegenden Berechnungen schätzen. Die Flächeneinheit ist m.
   • Verwenden Sie für flache Wände die Formel Fläche = Länge x Breite und messen Sie die Länge und Breite der Wand, an der der Wind weht.
   • Bei Zylindern oder Säulen können Sie die Fläche nach Länge und Breite approximieren. In diesem Fall ist die Breite der Durchmesser des Zylinders oder der Säule.

4. 

   Berechnen Sie den Winddruck. Der Winddruck wird nach der Formel berechnet P = 0,613 x V., Innerhalb V. ist die Windgeschwindigkeit in Metern pro Sekunde (m / s). Die Einheit des Winddrucks ist Newton pro Quadratmeter (N / m).
   • Wenn beispielsweise die Windgeschwindigkeit 31,3 m / s beträgt, beträgt der Winddruck 0,613 x 31,3 = 600 N / m.
   • Eine andere Möglichkeit, den Winddruck bei einer bestimmten Geschwindigkeit zu berechnen, besteht darin, Windgeschwindigkeitsstandards in verschiedenen geografischen Gebieten zu verwenden. Beispielsweise hat nach Angaben der Electronic Business Association (EIA) der größte Teil der USA in Region A Windgeschwindigkeiten von 38,7 m / s, die Küstengebiete liegen jedoch in Zone B (44,7 m / s). ) oder Zone C (50 m / s).

5. 

   Bestimmen Sie den Widerstandskoeffizienten des betrachteten Objekts. Die Widerstandskraft ist die Kraft des Windes, die in Richtung des Aufblasens der Objektoberfläche wirkt. Der Widerstandsbeiwert stellt den Widerstand eines Objekts in der Flüssigkeit dar und hängt von der Form, Größe und Rauheit des Objekts ab.
   • Der Standardwiderstandsbeiwert für lange Zylinder beträgt 1,2 und für kurze Zylinder 0,8, was üblicherweise für Antennenpfosten in vielen Gebäuden gilt.
   • Der Standardwiderstandsbeiwert für Flachbildschirme wie Gebäudeflächen beträgt 2,0 für lange Flachbleche oder 1,4 für kurze Flachbildschirme.
   • Die Differenz zwischen dem Widerstandskoeffizienten der flachen Platte und des Zylinders beträgt ungefähr 0,6.
   • Der Luftwiderstandsbeiwert hat keine Einheiten.

6. 

   Berechnen Sie den Belichtungskoeffizienten Kz.Kz wird nach der Formel berechnet, in der z ist die Höhe vom Boden bis zum Mittelpunkt des Objekts.
   • Wenn Sie beispielsweise eine Antenne haben, die 1 Meter lang und 15 Meter über dem Boden liegt, z wird 14,5 m sein.
   • Kz = = = 0,8 m.

7. 

   Berechnen Sie den Rückstoßkoeffizienten GH. Der Windrückstoßkoeffizient wird nach der Formel berechnet Gh = 0,65 + 0,6 /, Innerhalb H. ist die Höhe des Objekts.
   • Wenn Sie beispielsweise eine Antenne haben, die 1 Meter lang und 15 Meter über dem Boden liegt, Gh = 0,65 + 0,6 / = 0,65 + 0,6 / = 1,32 m

8. 

   Berechnen Sie die Windlast. Mit den oben angegebenen Werten können Sie nun die Windlast mithilfe einer Gleichung berechnen F = A x P x Cd x Kz x Gh. Stecken Sie die Werte in die Variablen und führen Sie Berechnungen durch.
   • Angenommen, Sie möchten die Windlast berechnen, die auf eine Antenne wirkt, die 1 Meter lang und 2 cm im Durchmesser ist und eine Windgeschwindigkeit von 31,3 m / s hat. Die Antenne befindet sich auf einem 15 m hohen Gebäude.
   • Beginnen Sie mit der Berechnung der projizierten Fläche. In diesem Fall, A = l x w = 1 m × 0,02 m = 0,02 m.
   • Winddruck berechnen: P = 0,613 x V. = 0,613 × 31,3 = 600 N / m.
   • Bei kurzen Zylindern beträgt der Luftwiderstandsbeiwert 0,8.
   • Berechnen Sie den Expositionskoeffizienten: Kz = = = 0,8 m.
   • Berechnen Sie den Rückstoßkoeffizienten des Windes: Gh = 0,65 + 0,60 / = 0,65 + 0,60 / = 1,32 m
   • Anstelle der Gleichung: F = A x P x Cd x Kz x Gh = 0,02 x 600 x 0,8 x 0,8 x 1,32 = 10 N.
   • 10 N ist die auf die Antenne wirkende Windlast.
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Methode 3 von 3: Berechnen Sie die Windlast nach der Formel des Standardsatzes UBC-97 (Uniform Building Code)

1. 

   Bestimmen Sie die Formel von UBC-97. Diese Formel wurde 1997 im UBC-Standard (Uniform Building Code) zur Berechnung der Windlast erstellt. Die Formel lautet F = A x P., Innerhalb EIN ist die projizierte Fläche und P. Winddruck; Diese Formel hat jedoch eine andere Methode zur Berechnung des Winddrucks.
   • Der Winddruck (N / m) wird nach der Formel berechnet P = Ce x Cq x Qs x Iw, Innerhalb Ce ist der kombinierte Faktor der Höhe, Exposition und des Rückstoßes des Windes, Cq ist der Druckkoeffizient (entspricht dem Widerstandsbeiwert in den beiden obigen Gleichungen), Qs ist der stagnierende Druck des Windes, und lw ist der wichtige Faktor. Alle diese Werte können berechnet oder aus den entsprechenden Tabellen nachgeschlagen werden.

2. 

   Bestimmen Sie die projizierte Fläche. Die projizierte Fläche eines Objekts hängt von seiner Form und Größe ab. Wenn der Wind auf eine flache Wand weht, ist die projizierte Fläche einfacher als ein kreisförmiges Objekt. Die projizierte Fläche entspricht ungefähr der Fläche, der der Wind ausgesetzt ist. Es gibt keine Formel zur Berechnung des Ansichtsbereichs, aber Sie können sie mit einigen grundlegenden Berechnungen schätzen. Die Flächeneinheit ist m.
   • Verwenden Sie für flache Wände die Formel Fläche = Länge x Breite und messen Sie die Länge und Breite der Wand, an der der Wind weht.
   • Bei Zylindern oder Säulen können Sie die Fläche nach Länge und Breite approximieren. In diesem Fall ist die Breite der Durchmesser des Zylinders oder der Säule.

3. 

   Entschlossen Ce, kombinierter Koeffizient von Höhe, Exposition und Windrückstoß. Dieser Wert wird aus Tabelle 16-G in UBC nachgeschlagen und berücksichtigt drei Arten der Exposition in Bezug auf das Gelände mit Höhen und Werten. Ce für jedes Modell unterschiedlich.
   • "Art der Exposition B ist ein Gelände mit Häusern, Bäumen oder anderen Unebenheiten, das mindestens 20% der Umgebung bedeckt und sich von 1,6 km oder mehr vom betreffenden Ort aus erstreckt."
   • „Der Kontakttyp C ist flach und im Allgemeinen gut belüftet und erstreckt sich mindestens 0,8 km vom betreffenden Standort entfernt.“
   • "Der D-Expositionstyp ist das am stärksten betroffene Gelände, hat eine durchschnittliche Windgeschwindigkeit von 129 km / h oder höher und einen flachen Geländetyp ohne Hindernisse, umgeben von großen Gewässern."

4. 

   Bestimmen Sie den Druckkoeffizienten des betrachteten Objekts. Druckkoeffizient Cq ist ähnlich dem Luftwiderstandsbeiwert CD. Die Widerstandskraft ist die Kraft des Windes, die in Richtung des Aufblasens der Objektoberfläche wirkt. Der Widerstandsbeiwert stellt den Widerstand eines Objekts in der Flüssigkeit dar und hängt von der Form, Größe und Rauheit des Objekts ab.
   • Der Standardwiderstandsbeiwert für lange Zylinder beträgt 1,2 und für kurze Zylinder 0,8, was üblicherweise für Antennenpfosten in vielen Gebäuden gilt.
   • Der Standardwiderstandsbeiwert für Flachbildschirme wie Gebäudeflächen beträgt 2,0 für lange Flachbleche oder 1,4 für kurze Flachbildschirme.
   • Die Differenz zwischen dem Widerstandskoeffizienten der flachen Platte und des Zylinders beträgt ungefähr 0,6.
   • Der Luftwiderstandsbeiwert hat keine Einheiten.

5. 

   Bestimmen Sie den stehenden Druck des Windes.Qs ist der stagnierende Winddruck und wird ähnlich wie die Winddruckberechnung in den vorherigen Gleichungen berechnet: Qs = 0,613 x V., Innerhalb V. ist die Windgeschwindigkeit in Metern pro Sekunde (m / s).
   • Wenn beispielsweise die Windgeschwindigkeit 31 m / s beträgt, beträgt der stagnierende Winddruck 0,613 x V = 0,613 x 31,3 = 600 N / m.
   • Eine andere Möglichkeit besteht darin, Windgeschwindigkeitsstandards in verschiedenen geografischen Gebieten zu verwenden. Beispielsweise hat nach Angaben der Electronic Business Association (EIA) der größte Teil der USA in Region A Windgeschwindigkeiten von 38,7 m / s, die Küstengebiete liegen jedoch in Zone B (44,7 m / s). ) oder Zone C (50 m / s).

6. 

   Bestimmen Sie den Schlüsselfaktor.lw ist ein wichtiger Koeffizient und kann aus der 16-K-Tabelle in der UBC nachgeschlagen werden. Es ist ein Multiplikatorfaktor, der zur Berechnung der Last verwendet wird, um die Faktoren der Gebäudenutzung zu berücksichtigen. Wenn ein Gebäude gefährliche Stoffe enthält, ist der kritische Faktor höher als bei einem Gebäude für den allgemeinen Gebrauch.
   • Berechnungen für ein Gebäude mit Standardnutzung haben den Faktor 1.

7. 

   Berechnen Sie die Windlast. Mit den oben angegebenen Werten können Sie nun die Windlast mithilfe einer Gleichung berechnen F = A x P = A x Ce x Cq x Qs x Iw . Stecken Sie die Werte in die Variablen und führen Sie Berechnungen durch.
   • Angenommen, Sie möchten die Windlast berechnen, die auf eine Antenne mit einer Länge von 1 Meter und einem Durchmesser von 2 cm und einer Windgeschwindigkeit von 31 m / s wirkt. Die Antenne befindet sich auf einem 15 m hohen Gebäude im Gelände des Kontakttyps B.
   • Beginnen Sie mit der Berechnung der projizierten Fläche. In diesem Fall, A = l x w = 1 m × 0,02 m = 0,02 m.
   • Entschlossen Ce. Gemäß Tabelle 16-G können wir bei einer Höhe von 15 m und einer Topographie des Kontakttyps B nachschlagen Ce ist 0,84.
   • Bei kurzen Zylindern ist der Luftwiderstandsbeiwert gut Cq ist 0,8.
   • Berechnung Qs: Qs = 0,613 x V. = 0,613 × 31,3 = 600 N / m.
   • Bestimmen Sie den Schlüsselfaktor. Dies ist ein Standardgebäude sollte lw = 1.
   • Anstelle der Gleichung: 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 N.
   • 8 N ist die auf die Antenne wirkende Windlast.
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Rat

• Sie sollten wissen, dass sich die Windgeschwindigkeit in verschiedenen Höhenlagen vom Boden ändert. Die Windgeschwindigkeit nimmt mit der Höhe des Bauwerks zu und näher am Boden, je unregelmäßiger die Änderung, da sie von Bauwerken am Boden beeinflusst wird.
• Denken Sie daran, dass diese unregelmäßige Abweichung die Genauigkeit der Windlastberechnungen verringert.