Pdf downloaden
Pdf downloaden
Wind is een massa lucht die zich grotendeels in een horizontale richting beweegt vanuit een hoge drukgebied naar een lage drukgebied. [1] X Bron Hoge winden kunnen zeer destructief zijn omdat ze druk genereren tegen het oppervlak van een structuur. De intensiteit van deze druk is de windbelasting. Het effect van de wind is afhankelijk van de grootte en vorm van de structuur. De berekening van windbelasting is noodzakelijk voor het ontwerp en de bouw van gebouwen voor veiliger, meer windbestendige gebouwen en de plaatsing van objecten zoals antennes op de top van gebouwen.
Stappen
-
Definieer de algemene formule. De algemene formule voor windbelasting is F = A x P x Cd , waarbij F de kracht of windbelasting is, A het geprojecteerde oppervlak van het object, P is de winddruk en Cd de weerstandscoëfficiënt. [2] X Bron Deze vergelijking is nuttig voor het inschatten van de windbelasting op een bepaald object, maar voldoet niet aan de bouwnormen voor de planning van nieuwe bouwprojecten.
-
Bepaal het geprojecteerde oppervlak A . Dit is het oppervlak van het tweedimensionale vlak dat de wind raakt. [3] X Bron Voor een volledige analyse herhaal je de berekening voor elke zijde van het gebouw. Bijvoorbeeld: als een gebouw een westelijke kant heeft met een oppervlakte van 20m 2 , dan gebruik je die waarde voor A bij de berekening van de windbelasting op het westelijke vlak.
- De formule voor het berekenen van de oppervlakte is afhankelijk van de vorm van het vlak. Voor een vlakke wand gebruik je de formule oppervlakte = lengte x hoogte. Benader de oppervlakte van het vlak van een kolom met oppervlakte = diameter x hoogte.
- Voor SI-berekeningen geldt: A is in vierkante meters (m 2 ).
- Voor imperiale berekeningen, A is in vierkante voet (ft 2 ).
-
Bereken de winddruk. De eenvoudige formule voor de winddruk P in imperiale eenheden (pond per vierkante voet) is , waarbij V de windsnelheid is in mijl per uur (mph). [4] X Bron Om de winddruk in SI-eenheden te bepalen (Newton per vierkante meter), gebruik je , en meet je V in meter per seconde. [5] X Bron
- Deze formule is gebaseerd op de norm van de American Society of Civil Engineers. De coëfficiënt 0,00256 is het resultaat van een berekening op basis van typische waarden voor de dichtheid van de lucht en gravitatieversnelling. [6] X Bron
- Ingenieurs gebruiken een nauwkeuriger formule om rekening te houden met factoren zoals het omliggende terrein en het type constructie. Je kunt de formule opzoeken middels de ASCE-code 7-05, of de onderstaande UBC-formule gebruiken .
- Als je niet zeker weet wat de windsnelheid is, dan kun je die opzoeken in je omgeving met behulp van de standaard van de Electronic Industries Association (EIA). Bijvoorbeeld: het grootste deel van de VS ligt in Zone A met 86,6 mph wind, maar kustgebieden kunnen in Zone B (100 mph) of Zone C (111,8 mph) liggen.
-
Bepaal de weerstandscoëfficiënt voor het betreffende object. De weerstandscoëfficiënt is de kracht die de lucht uitoefent op een gebouw, beïnvloed door de vorm van het gebouw, de ruwheid van het oppervlak en een aantal andere factoren. Ingenieurs meten de weerstandscoëfficiënt meestal rechtstreeks met behulp van experimenten, maar voor een ruwe schatting kun je typische weerstandscoëfficiënten voor een bepaalde vorm die je wilt meten opzoeken. Bijvoorbeeld: [7] X Bron
- De standaard weerstandscoëfficiënt voor een lange cilinderbuis is 1,2 en voor een korte cilinder 0,8. Deze zijn van toepassing op antennebuizen zoals die op veel gebouwen.
- De standaardcoëfficiënt voor een vlak oppervlak zoals de voorkant van een gebouw is 2,0 voor een lang plat vlak of 1,4 voor een korter plat vlak.
- De weerstandscoëfficiënt heeft geen eenheden.
-
Bereken de windbelasting. Met behulp van de waarden zoals hierboven bepaald, kun je nu de windbelasting berekenen met de vergelijking F = A x P x Cd .
-
Bijvoorbeeld: laten we zeggen dat je de windbelasting op een antenne wilt bepalen van 3 voet lang met een diameter van 0,5 inch in een windvlaag van 70 mph.
- Start door het schatten van het geprojecteerde oppervlak. In dit geval,
- Bereken de winddruk: .
- Voor een korte cilinder is de weerstandscoëfficiënt 0,8.
- Substitueer dit in de vergelijking:
- De windbelasting op de antenne is dus 1,25 lbs.
Advertentie
Methode 2
Methode 2 van 3:
De windbelasting berekenen met behulp van de formule van de Electronic Industries Association
Pdf downloaden
-
Definieer de formule ontwikkeld door de Electronic Industries Association. De formule voor windbelasting is F = A x P x Cd x Kz x Gh waarbij A het geprojecteerde oppervlak is, P de winddruk, Cd de weerstandscoëfficiënt, Kz de blootstellingscoëfficiënt en Gh de responsiefactor voor een windvlaag. Deze formule kent een paar parameters meer waar rekening mee wordt gehouden voor het bepalen van de windbelasting. Deze formule wordt meestal gebruikt voor de berekening van de windbelasting op antennes.
-
Begrijp de variabelen van de vergelijking. Om een vergelijking correct te kunnen gebruiken, moet je eerst begrijpen wat elke variabele inhoudt en wat de bijbehorende eenheden zijn.
- A , P en Cd zijn dezelfde variabelen zoals gebruikt in de algemene vergelijking.
- Kz is de blootstellingscoëfficiënt en wordt berekend door uit te gaan van de hoogte vanaf de grond tot het middelpunt van het object. De eenheid van Kz is het aantal voet.
- Gh is de responsiefactor voor windvlagen en wordt berekend, rekening houdend met de volledige hoogte van het object. De eenheden van Gh zijn 1/voet of ft -1 .
-
Bepaal het geprojecteerde oppervlak. Het geprojecteerde oppervlak van je object is afhankelijk van de vorm en grootte. Als de wind een vlakke wand raakt, is het geprojecteerde oppervlak makkelijker te berekenen dan als het object is afgerond. Het geprojecteerde oppervlak zal een benadering zijn van het oppervlak waar de wind mee in contact komt. Er is niet één overkoepelende formule voor het berekenen van het geprojecteerde oppervlak, maar je kunt dit schatten met enkele eenvoudige berekeningen. De eenheid voor het oppervlak is ft 2 .
- Voor een vlakke wand, gebruik je de formule oppervlakte = lengte x breedte, waarbij je lengte en breedte van de muur waar de wind tegenaan komt meet.
- Voor een buis of kolom kun je ook de oppervlakte schatten met behulp van de lengte en breedte. In dit geval is de breedte de diameter van de buis of kolom.
-
Bereken de winddruk. Winddruk wordt gegeven door de vergelijking P = 0,00256 x V 2 , waarbij V de snelheid van de wind is in mijl per uur (mph). De eenheid voor windbelasting is pond per vierkante voet (psf).
- Bijvoorbeeld: als de windsnelheid 70 mph is, dan is de winddruk 0,00256 x 70 2 = 12,5 psf.
- Een alternatief voor de berekening van de winddruk bij een bepaalde windsnelheid is het gebruik van de standaard voor verschillende zones van de wind. Bijvoorbeeld, volgens de Electronic Industries Association (EIA) ligt het grootste deel van de VS in Zone A met een windsnelheid van 86,6 mph, maar kustgebieden kunnen in Zone B (100 mph) of Zone C (111.8 mph) liggen.
-
Bepaal de weerstandscoëfficiënt voor het betreffende object. De weerstandscoëfficiënt is de netto kracht in de richting van de stroom als gevolg van druk op het oppervlak van een object [8] X Bron De weerstandscoëfficiënt vertegenwoordigt de weerstand die een object ondervindt in een vloeistof en is afhankelijk van de vorm, grootte en ruwheid van een object.
- De standaard weerstandscoëfficiënt voor een lange cilinderbuis is 1,2 en voor een korte cilinder 0,8. Deze zijn van toepassing op antennebuizen zoals die op veel gebouwen.
- De standaardcoëfficiënt voor een plat vlak zoals de voorkant van een gebouw, is 2,0 voor een lang plat vlak of 1,4 voor een korter plat vlak.
- Het verschil tussen de weerstandscoëfficiënt voor vlakke en cilindervormige objecten is ongeveer 0,6.
- De weerstandscoëfficiënt heeft geen eenheden.
-
Bereken de blootstellingscoëfficiënt, Kz . Kz wordt berekend volgens de formule [z/33] (2/7) , waarbij z de hoogte is vanaf de grond tot het middelpunt van het object.
- Bijvoorbeeld: heb je een antenne van 3 ft lang en 48 ft van de grond, dan is z gelijk aan 46,5 ft.
- Kz = [z/33] (2/7) = [46,5/33] (2/7) = 1.1 ft.
-
Bereken de windvlaag-responsiefactor Gh . De windvlaag-responsiefactor wordt berekend met de vergelijking Gh =0,65 + 0,60/[(h/33) (1/7) ] waarbij h de hoogte is van het object.
- Bijvoorbeeld: heb je een antenne van 3 ft op een hoogte van 48 ft van de grond, dan geldt: Gh = 0,65 + 0,60/[(h/33) (1/7) ] = 0,65 + 0,60/(51/33) (1/7) = 1,22 ft -1 .
-
Bereken de windbelasting. Met behulp van de waarden zoals hierboven bepaald, kun je nu de windbelasting berekenen met de vergelijking F = A x P x Cd x Kz x Gh . Vul al je variabelen in en voer de berekening uit.
- Bijvoorbeeld: laten we zeggen dat je de windbelasting op een antenne wilt bepalen die 3 voet lang is met een diameter van 0,5 inch, in een windvlaag van 70 mph. De antenne is geplaatst op de top van een hoog gebouw van 48 ft.
- Begin met het berekenen van het geprojecteerde oppervlak. In dit geval A = l x w = 3 ft x (0,5 in x (1 ft/12 in)) = 0,125 ft 2 .
- Bereken de winddruk: P = 0,00256 x V 2 = 0,00256 x 70 2 = 12,5 psf.
- Voor een korte cilinder is de weerstandscoëfficiënt 0,8.
- Berekenen de blootstellingscoëfficiënt: Kz = [z/33] (2/7) = [46,5/33] (2/7) = 1,1 ft.
- Berekenen de windvlaag-responsiefactor: Gh =0,65+0,60/[(h/33) (1/7) ] =0,65+0,60/(51/33) (1/7) = 1,22 ft -1
- Substitueer in de vergelijking: 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.
- De windbelasting op de antenne is 1,68 lbs.
Advertentie
Methode 3
Methode 3 van 3:
De windbelasting berekenen met behulp van de formule volgens de Uniform Building Code (UBC) '97
Pdf downloaden
-
Definieer de UBC '97-formule. Deze formule werd ontwikkeld in 1997 als onderdeel van de Uniform Building Code (UBC) voor de berekening van de windbelasting. De formule is F = A x P , waarbij A het geprojecteerde oppervlak en P de winddruk is; deze formule kent echter een alternatieve berekening voor de windbelasting.
- Winddruk (PSF) wordt berekend als P = Ce x Cq x Qs x Iw , waarbij Ce de gecombineerde hoogte, blootstelling en windvlaag-responsiefactor is, Cq een drukcoëfficiënt (gelijk aan de weerstandscoëfficiënt in de vorige twee vergelijkingen), Qs is windstagnatiedruk, en Iw de importantiefactor. Al deze waarden kunnen worden berekend of verkregen uit de juiste tabellen.
-
Bepaal de geprojecteerde oppervlakte. Het geprojecteerde oppervlak van je object is afhankelijk van de vorm en grootte. Als de wind een vlakke wand raakt, is het geprojecteerde oppervlak makkelijker te berekenen dan als het object is afgerond. Een geprojecteerd oppervlak zal een benadering zijn van het oppervlak waar de wind mee in contact komt. Er is geen afzonderlijke formule voor het berekenen van het geprojecteerde oppervlak, maar je kunt dit schatten met enkele eenvoudige berekeningen. De eenheid van oppervlakte is m 2 .
- Voor een vlakke wand gebruiken je de formule oppervlakte = lengte x breedte, uitgaande van de lengte en breedte van het vlak waar de wind het raakt.
- Voor een buis of kolom kun je de oppervlakte schatten met behulp van de lengte en breedte. In dit geval is de breedte de diameter van de buis of kolom.
-
Bepaal Ce , de gecombineerde hoogte, blootstelling en de windvlaag-responsiefactor. Deze waarde is gekozen op basis van tabel 16-G van UBC en houdt rekening met drie terreinposities met verschillende hoogten en Ce waarden voor elk.
- 'Blootstelling B is terrein met gebouwen, bomen of andere oppervlakte-onregelmatigheden die betrekking hebben op ten minste 20 procent van de omgeving en zich 1,6 kilometer of meer uitstrekken vanaf de locatie'.
- 'Blootstelling C is vlak terrein en grotendeels open, 0,8 km of meer rond de locatie'.
- 'Blootstelling D is het zwaarst, met standaard windsnelheden van 129 kilometer/uur of meer en terrein dat vlak is en onbelemmerd, tegenover grote watermassa's'.
-
Bepaal de drukcoëfficiënt voor het betreffende object. De drukcoëfficiënt, Cq , is hetzelfde als de weerstandscoëfficiënt ( Cd ). Weerstand is de netto kracht in de richting van de stroom als gevolg van druk op het oppervlak van een object [9] X Bron De weerstandscoëfficiënt vertegenwoordigt het slepen van een object door een vloeistof en is afhankelijk van de vorm, de grootte en de ruwheid van een object.
- De standaard weerstandscoëfficiënt voor een lange cilinderbuis is 1,2 en voor een korte cilinder 0,8. Deze is van toepassing op antennebuizen zoals die op vele gebouwen.
- De standaardcoëfficiënt voor een plat vlak zoals de voorkant van een gebouw, is 2,0 voor een lang plat vlak of 1,4 voor een korter plat vlak.
- Het verschil tussen de weerstandscoëfficiënt voor een plat vlak en een cilinder is ongeveer 0,6.
- De weerstandscoëfficiënt heeft geen eenheden.
-
Bepaal de winddrukstagnatie. Qs is de stagnatie van de winddruk en equivalent aan de winddrukberekening uit de vorige vergelijkingen: Qs = 0,00256 x V 2 , waarbij V de windsnelheid is in mijl per uur (mph).
- Bijvoorbeeld: indien de windsnelheid 70 mph is, dan zal de stagnatie van de winddruk 0,00256 x 70 2 = 12,5 psf zijn.
- Een alternatief voor deze berekening is het gebruik van de standaard voor verschillende windzones. Bijvoorbeeld, volgens de Electronic Industries Association (EIA) ligt het grootste deel van de VS in Zone A met een windsnelheid van 86,6 mph, maar kustgebieden kunnen in Zone B (100 mph) of Zone C (111.8 mph) liggen
-
Bepaal de importantiefactor. Iw is de importantiefactor en kan worden bepaald met behulp van tabel 16-K van de UBC. Het is een vermenigvuldiging gebruikt bij de berekening van de belasting waarmee rekening wordt gehouden met het gebruik van het gebouw. Als een gebouw gevaarlijke materialen bevat, zal de importantiefactor hoger zijn dan die van een traditioneel gebouw.
- Berekeningen voor gebouwen met een standaardgebruik hebben een importantiefactor van één.
-
Bereken de windbelasting. Met behulp van de waarden zoals hierboven bepaald, kun je nu de windbelasting berekenen met de vergelijking F = A x P = A x Ce x Cq x Qs x Iw . Substitueer al je variabelen en werk de vergelijking uit.
- Bijvoorbeeld: laten we zeggen dat je de windbelasting wilt bepalen op een antenne van 3 voet met een diameter van 0,5 inch in een windvlaag van 70 mph. De antenne is op de top van een hoog gebouw geplaatst van 48 voet, in een gebied met een 'blootstelling B'-terrein.
- Begin door het berekenen van het geprojecteerde oppervlak. In dit geval: A = l x w = 3 ft x (0,5 in x (1 ft/12 in)) = 0,125 ft 2 .
- Bepaal Ce . Op basis van tabel 16-G en uitgaande van de hoogte 48 voet en een 'blootstelling B'-terrein, is Ce 0,84.
- Voor een korte cilinder is de weerstandscoëfficiënt Cq gelijk aan 0,8.
- Bereken Qs : Qs = 0,00256 x V 2 = 0,00256 x 70 2 = 12,5 psf.
- Bepaal de importantiefactor. Dit is een standaardgebouw, en daarom geldt dat Iw is 1.
- Substitueer in de vergelijking: 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.
- De windbelasting op de antenne is dus 1,05 lbs.
Advertentie
Tips
- Weet dat de windsnelheid op verschillende hoogten varieert. Windsnelheid neemt toe met de structurele hoogte en is dichter bij de grond het meest onvoorspelbaar, omdat het wordt beïnvloed door de interactie met dingen op de grond.
- Wees je ervan bewust dat deze onvoorspelbaarheid het moeilijk kan maken om nauwkeurige windberekeningen te maken.
Advertentie
Bronnen
- ↑ http://www.slideshare.net/machota2011/wind-load-calculation
- ↑ http://k7nv.com/notebook/topics/windload.html
- ↑ http://www.aij.or.jp/jpn/symposium/2006/loads/Chapter6_com.pdf
- ↑ http://k7nv.com/notebook/topics/windload.html
- ↑ http://richardson.eng.ua.edu/Former_Courses/DWRS_fa11/Notes/ASCE_7_05_Chapter_6.pdf
- ↑ http://www.digitalcanal.com/pdf/pdf/Analytical05.pdf
- ↑ http://www.engineeringtoolbox.com/drag-coefficient-d_627.html
- ↑ http://www.engineeringtoolbox.com/drag-coefficient-d_627.html
- ↑ http://www.engineeringtoolbox.com/drag-coefficient-d_627.html
Advertentie
Meld je aan voor de gratis nieuwsbrief van wikiHow!
Je vindt dan elke week handige handleidingen in je inbox.
Meld me aan!
