Calcolo del Carico del Vento

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Passi
Consigli

Il vento è una massa d`aria che si muove principalmente in direzione orizzontale da un`area di alta pressione a un`area di bassa pressione. I venti forti possono essere molto distruttivi perché generano pressione contro la superficie di una struttura. L`intensità di questa pressione è il carico del vento. L`effetto del vento dipende dalle dimensioni e dalla forma della struttura. Il calcolo del carico del vento è necessario per la progettazione e la costruzione di edifici per edifici più sicuri e resistenti al vento e per il posizionamento di oggetti come antenne sopra gli edifici.

Passi

Metodo 1 di 3: Calcolo del carico del vento con una formula generale

Immagine titolata Calculate Wind Load Step 1

1. Definisci la formula generale. La formula generale per il carico del vento è F = A x P x Cd, per cui F la forza o il carico del vento è, un l`area proiettata dell`oggetto, P è la pressione del vento e cd il coefficiente di resistenza. Questa equazione è utile per stimare il carico del vento su un particolare oggetto, ma non soddisfa gli standard di costruzione per la pianificazione di nuovi progetti di costruzione.

Immagine titolata Calculate Wind Load Step 3

2. Determina l`area proiettata un. Questa è l`area del piano bidimensionale che colpisce il vento. Per un`analisi completa, ripetere il calcolo per ciascun lato dell`edificio. Ad esempio, se un edificio ha un lato occidentale con un`area di 20 m, usi quel valore per un quando si calcola il carico del vento sul piano occidentale.

La formula per calcolare l`area dipende dalla forma del piano. Per una parete piana si usa la formula area = lunghezza x altezza. Approssima l`area della faccia di una colonna con area = diametro x altezza.

Quanto segue si applica ai calcoli SI: un è in metri quadrati (m).

Per calcoli imperiali, un è in piedi quadrati (ft).

Immagine titolata Calculate Wind Load Step 4

3. Calcola la pressione del vento. La semplice formula per la pressione del vento P in unità imperiali (libbre per piede quadrato) è

P = 0, 00256 V 2

$P=0,00256V^{2}$ , per cui V la velocità del vento è in miglia orarie (mph). Per trovare la pressione del vento in unità SI (Newton per metro quadrato), utilizzare

P = 0, 613 V 2

$P=0,613 V^{2}$ , e misurarti V in metri al secondo.

Questa formula si basa sullo standard dell`American Society of Civil Engineers. Il coefficiente 0,00256 è il risultato di un calcolo basato su valori tipici per la densità dell`aria e l`accelerazione gravitazionale.

Gli ingegneri usano una formula più precisa per tenere conto di fattori come il terreno circostante e il tipo di costruzione. Puoi cercare la formula usando il codice ASCE 7-05, oppure .

Se non sei sicuro della velocità del vento, puoi cercarla nella tua zona utilizzando lo standard Electronic Industries Association (EIA). Ad esempio, la maggior parte degli Stati Uniti si trova nella Zona A con venti di 86,6 mph, ma le aree costiere possono trovarsi nella Zona B (100 mph) o nella Zona C (111,8 mph).

Immagine titolata Calculate Wind Load Step 5

4. Determinare il coefficiente di resistenza per l`oggetto in questione. Il coefficiente di resistenza aerodinamica è la forza che l`aria esercita su un edificio, influenzata dalla forma dell`edificio, dalla rugosità della superficie e da una serie di altri fattori. Gli ingegneri di solito misurano il coefficiente di resistenza aerodinamica direttamente utilizzando esperimenti, ma per una stima approssimativa è possibile cercare i coefficienti di resistenza aerodinamici tipici per una forma particolare che si desidera misurare. Ad esempio:

Il coefficiente di resistenza standard per una canna del cilindro lungo è 1,2 e per un cilindro corto 0,8. Questi si applicano ai tubi dell`antenna come quelli di molti edifici.

Il coefficiente standard per una superficie piana come la facciata di un edificio è 2,0 per una superficie piana lunga o 1,4 per una superficie piana più corta.

Il coefficiente di resistenza non ha unità.

Immagine titolata Calculate Wind Load Step 6

5. Calcola il carico del vento. Utilizzando i valori come determinato sopra, ora puoi calcolare il carico del vento con l`equazione F = A x P x Cd.

6. Ad esempio: diciamo che vuoi determinare il carico del vento su un`antenna alta 3 piedi con un diametro di 0,5 pollici in una raffica di 70 mph.

Inizia stimando l`area proiettata. In questo caso,

un = D w = (3 F T) (0, 5 io n) (1 F T / 12 io n) = 0.125 F T^{2}

$A=dw=(3 piedi)(0,5 pollici)(1 piedi/12 pollici)=0,125 piedi^{{2}}$

Calcola la pressione del vento:

P = 0, 00256 V 2 = 0, 00256 (70^{2}) = 12, 5 P S F

$P=0,00256V^{{2}}=0,00256(70^{{2}})=12,5psf$ .

Per un cilindro corto, il coefficiente di resistenza è 0,8.

Sostituisci questo nell`equazione:

F = un P C D = (0, 125 F T 2) (12, 5 P S F) (0.8) = 1, 25 l B S .

$F=APCd=(0,125 piedi^{{2}})(12,5psf)(0,8)=1,25 libbre$

Quindi il carico del vento sull`antenna è di 1,25 libbre.

Metodo 2 di 3: calcolo del carico del vento utilizzando la formula dell`Associazione delle industrie elettroniche

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1. Definire la formula sviluppata dall`Associazione delle Industrie Elettroniche. La formula per il carico del vento è F = A x P x Cd x Kz x Gh per cui un l`area proiettata è, P la pressione del vento, cd il coefficiente di resistenza, kz il coefficiente di esposizione e gh il fattore di risposta per una raffica di vento. Questa formula ha alcuni parametri in più che vengono presi in considerazione per determinare il carico del vento. Questa formula viene solitamente utilizzata per calcolare il carico del vento sulle antenne.

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2. Comprendere le variabili dell`equazione. Per utilizzare correttamente un`equazione, devi prima capire cos`è ogni variabile e quali sono le sue unità.

un, P e cd sono le stesse variabili usate nell`equazione generale.

kz è il coefficiente di esposizione ed è calcolato dall`altezza dal suolo al centro dell`oggetto. L`unità di kz è il numero di piedi.

gh è il fattore di risposta per le raffiche ed è calcolato tenendo conto dell`intera altezza dell`oggetto. Le unità di gh sono 1/piede o ft.

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3. Determina l`area proiettata. L`area proiettata del tuo oggetto dipende dalla sua forma e dimensione. Se il vento colpisce una parete piatta, l`area proiettata è più facile da calcolare che se l`oggetto è arrotondato. La superficie proiettata sarà un`approssimazione della superficie con cui il vento entrerà in contatto. Non esiste una formula generale per calcolare l`area proiettata, ma puoi stimarla con alcuni semplici calcoli. L`unità per la zona è ft.

Per un muro piatto, usa la formula area = lunghezza x larghezza, misurando la lunghezza e la larghezza del muro colpito dal vento.

Per un tubo o una colonna, puoi anche stimare l`area utilizzando la sua lunghezza e larghezza. In questo caso, la larghezza è il diametro del tubo o della colonna.

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4. Calcola la pressione del vento. La pressione del vento è data dall`equazione P = 0,00256 x V, per cui V la velocità del vento è in miglia orarie (mph). L`unità per il carico del vento è libbre per piede quadrato (psf).

Ad esempio, se la velocità del vento è 70 mph, la pressione del vento è 0,00256 x 70 = 12,5 psf.

Un`alternativa al calcolo della pressione del vento a una data velocità del vento consiste nell`utilizzare lo standard per diverse zone del vento. Ad esempio, secondo l`Electronic Industries Association (EIA), la maggior parte degli Stati Uniti si trova nella Zona A con venti di 86,6 mph, ma le aree costiere possono trovarsi nella Zona B (100 mph) o nella Zona C (111).8 mph) sdraiato.

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5. Determinare il coefficiente di resistenza per l`oggetto in questione. Il coefficiente di resistenza è la forza netta nella direzione del flusso dovuta alla pressione sulla superficie di un oggetto.Il coefficiente di resistenza rappresenta la resistenza che un oggetto sperimenta in un liquido e dipende dalla forma, dimensione e rugosità di un oggetto.

Il coefficiente di resistenza standard per una canna del cilindro lungo è 1,2 e per un cilindro corto 0,8. Questi si applicano ai tubi dell`antenna come quelli di molti edifici.

Il coefficiente standard per una superficie piana come la facciata di un edificio è 2,0 per una superficie piana lunga o 1,4 per una superficie piana più corta.

La differenza tra il coefficiente di resistenza per oggetti piatti e cilindrici è di circa 0,6.

Il coefficiente di resistenza non ha unità.

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6. Calcola il coefficiente di esposizione, kz.kz è calcolato secondo la formula [z/33], per cui z l`altezza è da terra al centro dell`oggetto.

Ad esempio, se si dispone di un`antenna lunga 3 piedi e 48 piedi da terra, z pari a 46,5 piedi.

Kz = [z/33] = [46,5/33] = 1.1 piede.

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7. Calcola il fattore di risposta alla raffica gh. Il fattore di risposta alla raffica viene calcolato utilizzando l`equazione Gh = 0,65 + 0,60/[(h/33)] per cui h è l`altezza dell`oggetto.

Ad esempio, se hai un`antenna da 3 piedi a un`altezza di 48 piedi da terra, allora: Gh = 0,65 + 0,60/[(h/33)] = 0,65 + 0,60/(51/33) = 1,22 piedi.

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8. Calcola il carico del vento. Utilizzando i valori come determinato sopra, ora puoi calcolare il carico del vento con l`equazione F = A x P x Cd x Kz x Gh. Compila tutte le tue variabili ed esegui il calcolo.

Ad esempio, supponiamo di voler determinare il carico del vento su un`antenna lunga 3 piedi con un diametro di 0,5 pollici, in una raffica di 70 mph. L`antenna è posizionata sopra un edificio alto 48 piedi.

Inizia a calcolare l`area proiettata. In questo caso A = l x l = 3 piedi x (0,5 pollici x (1 piedi/12 pollici)) = 0,125 piedi.

Calcola la pressione del vento: P = 0,00256 x V = 0,00256 x 70 = 12,5 psf.

Per un cilindro corto, il coefficiente di resistenza è 0,8.

Calcola il coefficiente di esposizione: Kz = [z/33] = [46,5/33] = 1,1 piedi.

Calcola il fattore di risposta alla raffica: Gh =0,65+0,60/[(h/33)] =0,65+0,60/(51/33) = 1,22 piedi

Sostituisci nell`equazione: 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 libbre.

Il carico del vento sull`antenna è di 1,68 libbre.

Metodo 3 di 3: Calcolo del carico del vento utilizzando la formula UBC (Uniform Building Code) `97

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1. Definire la formula UBC `97. Questa formula è stata sviluppata nel 1997 come parte dell`Uniform Building Code (UBC) per il calcolo del carico del vento. La formula è F = A x P, per cui un l`area proiettata e P la pressione del vento è; tuttavia, questa formula ha un calcolo alternativo per il carico del vento.

La pressione del vento (PSF) è calcolata come P = Ce x Cq x Qs x Iw, per cui Ce il fattore combinato di altitudine, esposizione e risposta alle raffiche è, cq un coefficiente di pressione (uguale al coefficiente di resistenza nelle due equazioni precedenti), Qs è la pressione di ristagno del vento, e iw il fattore importanza. Tutti questi valori possono essere calcolati o ricavati dalle apposite tabelle.

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2. Determina l`area proiettata. L`area proiettata del tuo oggetto dipende dalla sua forma e dimensione. Se il vento colpisce una parete piatta, l`area proiettata è più facile da calcolare che se l`oggetto è arrotondato. Una superficie proiettata sarà un`approssimazione della superficie con cui il vento entrerà in contatto. Non esiste una formula separata per calcolare l`area proiettata, ma puoi stimarla con alcuni semplici calcoli. L`unità di superficie è di m.

Per una parete piana si usa la formula area = lunghezza x larghezza, assumendo la lunghezza e la larghezza del piano dove viene colpito dal vento.

Per un tubo o una colonna, puoi stimare l`area utilizzando la sua lunghezza e larghezza. In questo caso, la larghezza è il diametro del tubo o della colonna.

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3. Determinare Ce, il fattore combinato di altitudine, esposizione e risposta alle raffiche. Questo valore è stato scelto in base alla Tabella 16-G di UBC e tiene conto di tre posizioni del terreno con diverse altezze e Ce valori per ciascuno.

"L`esposizione B è un terreno con edifici, alberi o altre irregolarità della superficie che coprono almeno il 20% dell`area circostante e si estendono per 1,6 chilometri o più dal sito".

"L`esposizione C è un terreno pianeggiante e per lo più aperto, a 0,8 km o più intorno al sito".

"L`esposizione D è la più severa, con velocità del vento standard pari o superiori a 129 km/h e terreno pianeggiante e senza ostacoli, di fronte a grandi specchi d`acqua".

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4. Determinare il coefficiente di pressione per l`oggetto in questione. Il coefficiente di pressione, cq, è uguale al coefficiente di resistenza (cd). La resistenza è la forza netta nella direzione del flusso dovuta alla pressione sulla superficie di un oggetto. Il coefficiente di resistenza rappresenta la resistenza di un oggetto attraverso un fluido e dipende dalla forma, dalle dimensioni e dalla rugosità di un oggetto.

Il coefficiente di resistenza standard per una canna del cilindro lungo è 1,2 e per un cilindro corto 0,8. Si applica ai tubi dell`antenna come quelli di molti edifici.

Il coefficiente standard per una superficie piana come la facciata di un edificio è 2,0 per una superficie piana lunga o 1,4 per una superficie piana più corta.

La differenza tra il coefficiente di resistenza per una faccia piana e un cilindro è di circa 0,6.

Il coefficiente di resistenza non ha unità.

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5. Determinare la stagnazione della pressione del vento.Qs è la stagnazione della pressione del vento ed equivalente al calcolo della pressione del vento dalle equazioni precedenti: Qs = 0,00256 x V, per cui V la velocità del vento è in miglia orarie (mph).

Ad esempio, se la velocità del vento è di 70 mph, la stagnazione della pressione del vento sarà 0,00256 x 70 = 12,5 psf.

Un`alternativa a questo calcolo consiste nell`utilizzare lo standard per diverse zone di vento. Ad esempio, secondo l`Electronic Industries Association (EIA), la maggior parte degli Stati Uniti si trova nella Zona A con venti di 86,6 mph, ma le aree costiere possono trovarsi nella Zona B (100 mph) o nella Zona C (111).8 mph) sdraiato

Immagine titolata Calculate Wind Load Step 20

6. Determina il fattore di importanza.iw è il fattore di importanza e può essere determinato utilizzando la tabella 16-K dell`UBC. È una moltiplicazione utilizzata nel calcolo del carico che tiene conto dell`uso dell`edificio. Se un edificio contiene materiali pericolosi, il fattore di importanza sarà superiore a quello di un edificio tradizionale.

I calcoli per gli edifici con un uso standard hanno un fattore di importanza pari a uno.

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7. Calcola il carico del vento. Utilizzando i valori come determinato sopra, ora puoi calcolare il carico del vento con l`equazione F = A x P = A x Ce x Cq x Qs x Iw. Sostituisci tutte le tue variabili e risolvi l`equazione.

Ad esempio, supponiamo di voler determinare il carico del vento su un`antenna da 3 piedi con un diametro di 0,5 pollici in una raffica di 70 mph. L`antenna è posizionata sopra un edificio alto 48 piedi, in un`area di terreno `esposizione B`.

Inizia calcolando l`area proiettata. In questo caso: A = l x l = 3 piedi x (0,5 pollici x (1 piedi/12 pollici)) = 0,125 piedi.

Determinare Ce. Sulla base della tabella 16-G e assumendo l`altezza di 48 piedi e un terreno "esposizione B", Ce 0,84.

Per un cilindro corto, il coefficiente di resistenza è cq pari a 0,8.

calcolare Qs: Qs = 0,00256 x V = 0,00256 x 70 = 12,5 psf.

Determina il fattore di importanza. Questo è un edificio standard, ecco perché iw è 1.

Sostituisci nell`equazione: 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 libbre.

Quindi il carico del vento sull`antenna è di 1,05 libbre.

Consigli

Sappi che la velocità del vento varia a diverse altezze. La velocità del vento aumenta con l`altezza della struttura e più vicino al suolo è più imprevedibile in quanto è influenzata dall`interazione con le cose a terra.
Tieni presente che questa imprevedibilità può rendere difficile l`esecuzione di calcoli accurati del vento.