Περιεχόμενο
Η δύναμη του ανέμου δεν μπορεί να υποτιμηθεί. Σαν δύναμη, ο άνεμος ποικίλλει από ένα ελαφρύ αεράκι που σηκώνει έναν χαρταετό στον τυφώνα που σκίζει μια στέγη. Ακόμη και οι πόλοι φωτός και παρόμοιες κοινές, καθημερινές δομές πρέπει να σχεδιάζονται έτσι ώστε να αντέχουν στη δύναμη του ανέμου. Ωστόσο, ο υπολογισμός της προβαλλόμενης περιοχής που επηρεάζεται από τα φορτία ανέμου δεν είναι δύσκολος.
Φόρτωση φορτίου ανέμου
Ο τύπος για τον υπολογισμό του φορτίου ανέμου, στην απλούστερη μορφή του, είναι η δύναμη φορτίου αιολικής ενέργειας που ισούται με τον ανεμοδαρμένο χρόνο που προβάλλεται ο συντελεστής σύμπτυξης της περιοχής. Μαθηματικά, ο τύπος γράφεται ως F = PACρε. Πρόσθετοι παράγοντες που επηρεάζουν τα φορτία ανέμου περιλαμβάνουν τις ριπές ανέμου, τα ύψη των δομών και τις δομές γύρω από το έδαφος. Επίσης, οι δομικές λεπτομέρειες ενδέχεται να πιάσουν τον άνεμο.
Προβλεπόμενος ορισμός περιοχής
Ως "προβαλλόμενη περιοχή" νοείται η επιφάνεια που είναι κάθετη προς τον άνεμο. Οι μηχανικοί μπορούν να επιλέξουν να χρησιμοποιήσουν τη μέγιστη προβαλλόμενη επιφάνεια για να υπολογίσουν τη δύναμη των ανέμων.
Ο υπολογισμός της προβαλλόμενης επιφάνειας μιας επίπεδης επιφάνειας που κοιτάει στον άνεμο απαιτεί να σκεφτόμαστε το τρισδιάστατο σχήμα ως μια δισδιάστατη επιφάνεια. Η επίπεδη επιφάνεια ενός τυποποιημένου τοίχου που κοιτάει κατευθείαν στον άνεμο θα παρουσιάσει μια τετράγωνη ή ορθογώνια επιφάνεια. Η προβαλλόμενη επιφάνεια ενός κώνου μπορεί να παρουσιαστεί ως ένα τρίγωνο ή ως ένας κύκλος. Η προβαλλόμενη περιοχή μιας σφαίρας θα παρουσιάζεται πάντα ως κύκλος.
Προβλεπόμενοι υπολογισμοί περιοχής
Προβλεπόμενη περιοχή μιας πλατείας
Η περιοχή που ο άνεμος χτυπά σε μια τετράγωνη ή ορθογώνια δομή εξαρτάται από τον προσανατολισμό της δομής προς τον άνεμο. Αν ο άνεμος χτυπά κάθετα σε μια τετράγωνη ή ορθογώνια επιφάνεια, ο υπολογισμός περιοχής είναι ίσος με το πλάτος του μήκους φορές (A = LH). Για έναν τοίχο μήκους 20 ποδιών με ύψος 10 ποδιών, η προβαλλόμενη επιφάνεια ισούται με 20 × 10 ή 200 τετραγωνικά πόδια.
Ωστόσο, το μεγαλύτερο πλάτος μιας ορθογώνιας δομής θα είναι η απόσταση από τη μία γωνία στην αντίθετη γωνία, όχι η απόσταση μεταξύ γειτονικών γωνιών. Για παράδειγμα, θεωρήστε ένα κτίριο που είναι 10 πόδια πλάτος από 12 πόδια μήκος από 10 πόδια ψηλό. Εάν ο άνεμος χτυπά κάθετα σε μια πλευρά, η προβαλλόμενη επιφάνεια ενός τοίχου θα είναι 10 × 10 ή 100 τετραγωνικά πόδια ενώ η προβαλλόμενη επιφάνεια του άλλου τοίχου θα είναι 12 × 10 ή 120 τετραγωνικά πόδια.
Αν ο άνεμος χτυπά κάθετα σε μια γωνία, ωστόσο, το μήκος της προβαλλόμενης περιοχής μπορεί να υπολογιστεί σύμφωνα με το Πυθαγόρειο Θεώρημα (a2+ β2 = γ2). Η απόσταση μεταξύ αντίθετων γωνιών (L) γίνεται 102+122= L2, ή 100 + 144 = L2= 244 πόδια. Στη συνέχεια, L = √244 = 15,6 πόδια. Η προβαλλόμενη περιοχή γίνεται τότε L × H, 15,6 × 10 = 156 τετραγωνικά πόδια.
Προβλεπόμενη περιοχή μιας σφαίρας
Κοιτάζοντας απευθείας σε μια σφαίρα, η δισδιάστατη όψη ή η προβαλλόμενη μετωπική επιφάνεια μιας σφαίρας είναι ένας κύκλος. Η διάμετρος προβολής των κύκλων ισούται με τη διάμετρο της σφαίρας.
Επομένως, ο υπολογισμός της προβαλλόμενης περιοχής χρησιμοποιεί τον τύπο περιοχής για έναν κύκλο: η περιοχή είναι ίση με pi φορές ακτίνα φορές ακτίνα, ή A = πr2. Εάν η διάμετρος της σφαίρας είναι 20 πόδια, τότε η ακτίνα θα είναι 20 ÷ 2 = 10 και η προβαλλόμενη επιφάνεια θα είναι A = π × 102≈3,14 × 100 = 314 τετραγωνικά πόδια.
Προβλεπόμενη περιοχή κώνου
Το φορτίο ανέμου σε έναν κώνο εξαρτάται από τον προσανατολισμό του κώνου. Αν ο κώνος βρίσκεται στη βάση του, τότε η προβαλλόμενη επιφάνεια του κώνου θα είναι ένα τρίγωνο. Ο τύπος περιοχής για ένα τρίγωνο, χρόνος βάσης φορές ύψος μισό (B × H ÷ 2), απαιτεί γνώση του μήκους κατά μήκος της βάσης και του ύψους στα άκρα των κώνων. Εάν η δομή είναι 10 πόδια σε όλη τη βάση και 15 πόδια υψηλή, τότε ο υπολογισμός της προβαλλόμενης περιοχής γίνεται 10 × 15 ÷ 2 = 150 ÷ 2 = 75 τετραγωνικά πόδια.
Εάν, ωστόσο, ο κώνος είναι ισορροπημένος έτσι ώστε η βάση ή η άκρη να κατευθύνουν κατευθείαν στον άνεμο, η προβαλλόμενη περιοχή θα είναι ένας κύκλος με διάμετρο ίση με την απόσταση κατά μήκος της βάσης. Στη συνέχεια θα εφαρμοστεί η περιοχή για έναν τύπο κύκλου.
Εάν ο κώνος είναι τοποθετημένος έτσι ώστε ο άνεμος να χτυπά κάθετα στην πλευρά (παράλληλα με τη βάση), τότε η προβαλλόμενη επιφάνεια του κώνου θα έχει το ίδιο τριγωνικό σχήμα όπως όταν ο κώνος κάθεται στη βάση του. Η περιοχή ενός τύπου τριγώνου θα χρησιμοποιηθεί στη συνέχεια για τον υπολογισμό της προβαλλόμενης περιοχής.