Inhalt

• Schritte
• Tipps

Der Wind ist eine Luftmasse, die sich hauptsächlich in horizontaler Richtung von einem Bereich mit hohem Druck zu einem Bereich mit niedrigem Druck bewegt. Starke Winde können sehr zerstörerisch sein, da sie Druck erzeugen, der gegen die Oberfläche von Strukturen wirkt. Die Intensität dieses Drucks ist wiederum die Kraft des Windes. Der Effekt auf diese Struktur hängt von der Größe und Form ab. Die Berechnung der Windkraft ist für die Planung und den Bau sicherer und widerstandsfähigerer Gebäude sowie technischer Objekte wie Antennen erforderlich.

Schritte

Methode 1 von 3: Berechnung der Windstärke mit der allgemeinen Formel

1. 

   Definieren Sie die Formel. Die allgemeine Gleichung zur Bestimmung der Windkraft lautet, wobei sie die Windkraft darstellt, die projizierte Fläche des Objekts darstellt, den Winddruck darstellt und den Widerstandsbeiwert darstellt. Es ist nützlich, um die Windkraft auf ein bestimmtes Objekt abzuschätzen, reicht jedoch nicht aus, um die Anforderungen der Zivilgesetze bei der Planung eines Neubaus zu erfüllen.

2. 

   
   
   Bestimmen Sie die projizierte Fläche. Dies ist der Bereich des zweidimensionalen Gesichts, der vom Wind getroffen werden soll. Für eine vollständige Analyse müssen Sie die Berechnungen für jede Seite des Gebäudes wiederholen. Wenn ein Gebäude beispielsweise eine Westwand mit einer Fläche hat, verwenden Sie diesen Wert, um die Windkraft auf der Westseite zu berechnen.
   • Die Formel zur Berechnung der Fläche hängt von der Gesichtsform ab. Verwenden Sie bei einer flachen Wand einfach die Gleichung. Wenn es sich um die Fläche einer Spalte handelt, nähern Sie sich diesem Bereich mit.
   • Für Berechnungen im metrischen System wird der Wert von in Quadratmetern () ausgedrückt.
   • Für Berechnungen im imperialen System muss der Wert von in Fuß () im Quadrat () ausgedrückt werden.

3. 

   
   
   Berechnen Sie den Winddruck. Die Formel für den Winddruck in metrischen Einheiten (Newton pro Quadratmeter oder) wird in Metern pro Sekunde () ausgedrückt. In imperialen Einheiten, die im gesamten Artikel verwendet werden, wird die Formel in Meilen pro Stunde ausgedrückt ().
   • Diese Formel wurde von der American Society of Civil Engineers (ASCE) übernommen. Die Koeffizienten von und werden aus Berechnungen abgeleitet, die auf typischen Werten der Luftdichte und der Gravitationsbeschleunigung basieren.
   • Ingenieure können eine genauere Gleichung verwenden, die Faktoren wie das umgebende Gelände und die Art der Konstruktion berücksichtigt. Sie finden es im ASCE-Code oder verwenden die folgende UBC-Formel.
   • Wenn Sie sich nicht sicher sind, welchen Wert Sie verwenden sollen, suchen Sie im Internet nach Aufzeichnungen über die maximale Windgeschwindigkeit in Ihrer Region. Beispielsweise liegt die durchschnittliche Windgeschwindigkeit in Farol do Calcanhar (RN) laut einem UFPE-Bericht zwischen und. Die Durchschnittsgeschwindigkeit mehrerer Gemeinden im Bundesstaat Minas Gerais ist wiederum im Windatlas von CEMIG zu sehen.

4. 

   
   
   Bestimmen Sie den Luftwiderstandsbeiwert für das betreffende Objekt. Dies ist die Kraft, die die Luft auf das Gebäude ausübt und die nicht nur von der Form des Gebäudes selbst, sondern auch von der Rauheit seiner Oberfläche und vielen anderen Faktoren beeinflusst wird. Ingenieure messen den Luftwiderstand normalerweise direkt durch Experimente. Für eine grobe Schätzung können Sie jedoch nach dem Koeffizienten für die untersuchte Form suchen. Beispielsweise:
   • Der Standardwiderstandsbeiwert für ein langes zylindrisches Rohr beträgt, während der für einen kurzen Zylinder verwendete ist. Diese Werte gelten auch für Antennen in mehreren Gebäuden.
   • Der Standardkoeffizient für eine flache Oberfläche, z. B. die Fläche eines Gebäudes, ist weitgehend oder in geringerem Maße.
   • Diese Variable hat keine Einheit.

5. 

   Berechnen Sie die Stärke des Windes. Mit den zuvor ermittelten Werten können Sie nun die Berechnung mit der Gleichung durchführen.
6. Nehmen Sie das folgende Problem an:
   • Sie beabsichtigen, die auf eine Antenne ausgeübte Windkraft mit einer Länge und einem Durchmesser in einem Windstoß zu bestimmen.
     • Beginnen Sie mit der Schätzung der projizierten Fläche. In diesem Fall müssen wir:
     • Winddruck berechnen:
     • Für einen kurzen Zylinder beträgt der Luftwiderstandsbeiwert.
     • Fügen Sie die Werte in die Gleichung ein:
     • Um die Messung von Pfund in Gramm umzurechnen, multiplizieren Sie einfach das Ergebnis mit. In diesem Fall ist die Last, die die Antenne tragen muss, ungefähr gleich.

Methode 2 von 3: Berechnung der Windstärke nach der UVP-Formel

1. 

   Verwenden Sie die von der Alliance of Electronic Industries (EIA) entwickelte Formel. Die zur Berechnung der Windkraft verwendete Gleichung lautet in diesem Fall, wobei sie die projizierte Fläche, den Winddruck, den Luftwiderstandsbeiwert, den Expositionskoeffizienten und den Windreaktionsfaktor darstellt. Diese Formel berücksichtigt bei dieser Berechnung viele andere Faktoren und wird am häufigsten zur Bestimmung der Windkraft auf bestimmten Antennen verwendet.

2. 

   Verstehen Sie die in der Gleichung vorhandenen Variablen. Um es richtig zu verwenden, ist es notwendig zu verstehen, wofür jede Variable bestimmt ist und welche Einheiten mit ihnen allen verbunden sind.
   • und sind die gleichen Variablen, die in der allgemeinen Gleichung verwendet werden.
   • stellt den Belichtungskoeffizienten dar und wird unter Berücksichtigung der Höhe vom Boden bis zum Mittelpunkt des Objekts berechnet. Diese Messung muss in Fuß () angegeben werden.
   • stellt den Reaktionsfaktor dar und wird unter Berücksichtigung der gesamten Höhe des Objekts berechnet. Die Einheit ist in diesem Fall oder.

3. 

   Bestimmen Sie die projizierte Fläche. Dieser Wert in Bezug auf das Objekt hängt von der Größe und Form ab. Wenn der Wind auf eine flache Wand trifft, ist es einfacher, die projizierte Fläche abzuschätzen als bei einem abgerundeten Objekt. Dies ist eine Annäherung an die Fläche, mit der der Wind in Kontakt kommt. Es gibt keine einzige Formel zur Berechnung der projizierten Fläche, aber es ist möglich, sie auf bestimmte Weise zu schätzen. Die verwendete Einheit ist Fuß im Quadrat ().
   • Verwenden Sie bei einer flachen Wand die Formel, um die Fläche zu berechnen, die vom Wind getroffen werden soll.
   • Bei einem Rohr oder einer Säule können Sie den Wert der Fläche auch anhand der bereits bekannten Länge und Breite approximieren. In dieser Situation ist die Breite gleich dem Durchmesser des Zylinders.

4. 

   Berechnen Sie den Winddruck. Es ist durch die Gleichung gegeben, in der es die Windgeschwindigkeit in Meilen pro Stunde darstellt (). Die Einheit für den Winddruck ist Pfund pro Fuß im Quadrat ().
   • Wenn zum Beispiel die Windgeschwindigkeit gleich ist, ist ihr Druck gleich.
   • Eine alternative Methode zur Berechnung des Winddrucks bei bestimmten Geschwindigkeiten ist die Verwendung des in verschiedenen Regionen beobachteten Musters. Um herauszufinden, welche Variablen in diesen Fällen verwendet werden sollen, suchen Sie nach Windberichten oder Atlanten, die diese Werte für den gewünschten Ort angeben.

5. 

   Bestimmen Sie den Luftwiderstandsbeiwert für das betreffende Objekt. Dies ist die Nettokraft, die aufgrund des Drucks auf eine Oberfläche in Strömungsrichtung folgt. Der Koeffizient repräsentiert das Ziehen eines Objekts durch eine Flüssigkeit, abhängig von seiner Form, Größe und Rauheit.
   • Der Standardwiderstandsbeiwert für einen langen Zylinder ist und für einen kurzen Zylinder. Diese Werte gelten für die Antennenröhren in vielen Gebäuden.
   • Der Standardkoeffizient einer ebenen Fläche, z. B. der Fläche eines Gebäudes, ist, ob sie groß oder in geringerem Maße ist.
   • Der Unterschied zwischen den Widerstandsbeiwerten für flache und zylindrische Elemente beträgt ungefähr.
   • Diese Variable hat keine Einheiten.

6. 

   Berechnen Sie den Belichtungskoeffizienten. O wird nach der Formel berechnet, wobei es der Höhe des Bodens in der Mitte des Objekts entspricht. Um das Ergebnis in Fuß in Meter umzurechnen, multiplizieren Sie es einfach mit.
   • Wenn Sie beispielsweise eine Antenne mit der Verlängerung des Bodens haben, entspricht dies.

7. 

   Berechnen Sie den Reaktionsfaktor. Diese Variable wird durch die Gleichung berechnet, wobei sie die Höhe einschließlich der des Objekts darstellt.
   • Wenn Sie beispielsweise eine Antenne mit der Verlängerung des Bodens haben, müssen Sie:

8. 

   Berechnen Sie die Stärke des Windes. Mit zuvor ermittelten Werten ist es nun möglich, die Windkraft mit der Gleichung zu berechnen. Geben Sie alle Variablen ein und führen Sie dann die Berechnung durch.
   • Angenommen, Sie möchten die Kraft auf eine Antenne mit einem Durchmesser von bis zu Böen bestimmen. Es befindet sich auf einem hohen Gebäude.
   • Beginnen Sie mit der Berechnung der projizierten Fläche:
   • Winddruck berechnen:
   • Bei einem kurzen Zylinder beträgt der Luftwiderstandsbeiwert.
   • Berechnen Sie den Expositionskoeffizienten:
   • Berechnen Sie den Windreaktionsfaktor:
   • Fügen Sie alle (ursprünglichen) Werte in die Gleichung ein:
   • Um die Messung von Pfund in Gramm umzurechnen, multiplizieren Sie einfach das Ergebnis mit. Die Antenne hält einer Windkraft stand, die äquivalent ist.

Methode 3 von 3: Berechnung der Windstärke nach der UBC 97-Formel

1. 

   Definieren Sie die UBC 97-Formel. Diese Gleichung wurde 1997 im Rahmen des Uniform Building Code (UBC) zur Berechnung der Windstärke entwickelt. Es wird ausgedrückt als, wo es die projizierte Fläche und den Druck des Windes darstellt; Es gibt jedoch auch eine alternative Berechnung, um dieselbe Funktion zu bestimmen.
   • Der Winddruck wird berechnet als, wobei er die Kombination aus Höhe, Exposition und Reaktionsfaktor darstellt, den Druckkoeffizienten darstellt (äquivalent zum Widerstandskoeffizienten in den beiden vorhergehenden Gleichungen), den Druck bei Windstagnation darstellt und den Bedeutung. Alle diese Werte können berechnet oder aus den entsprechenden Tabellen entnommen werden.

2. 

   Bestimmen Sie die projizierte Fläche. Dieser Wert in Bezug auf das Objekt hängt von der Größe und Form ab. Wenn der Wind auf eine flache Wand trifft, ist es einfacher, die projizierte Fläche abzuschätzen als bei einem abgerundeten Objekt. Dies ist eine Annäherung an die Fläche, mit der der Wind in Kontakt kommt. Es gibt keine einzige Formel zur Berechnung der projizierten Fläche, aber es ist möglich, sie auf bestimmte Weise zu schätzen. Die in dieser Formel verwendete Einheit ist.
   • Verwenden Sie bei einer flachen Wand die Formel, um die Fläche zu berechnen, die vom Wind getroffen werden soll.
   • Bei einem Rohr oder einer Säule können Sie den Wert der Fläche auch anhand der bereits bekannten Länge und Breite approximieren. In dieser Situation ist die Breite gleich dem Durchmesser des Zylinders.

3. 

   Bestimmen Sie die Kombination aus Höhe, Exposition und Reaktionsfaktor. Dieser Wert, dargestellt durch, wird basierend auf der UBC-Tabelle ausgewählt und berücksichtigt drei Werte für die Exposition mit unterschiedlichen Höhen und unterschiedlichen Ergebnissen.
   • Ausstellung B: Land mit Gebäuden, Bäumen oder anderen Oberflächenunregelmäßigkeiten, die mindestens die Umgebung bedecken und sich entlang oder darüber hinaus in Bezug auf den Ausgangspunkt erstrecken.
   • Ausstellung C: flaches und allgemein offenes Gelände, das sich entlang oder darüber hinaus in Bezug auf den Startpunkt erstreckt.
   • Ausstellung D: am schwersten, mit Windgeschwindigkeiten gleich oder größer als und flachem, freiem Gelände vor großen Gewässern.

4. 

   Bestimmen Sie den Druckkoeffizienten für das zu analysierende Objekt. Der Druckkoeffizient ,, ist identisch mit dem Luftwiderstandsbeiwert (). Der Luftwiderstand repräsentiert die Nettokraft in Strömungsrichtung aufgrund des Drucks auf die Oberfläche eines Objekts. Sein Koeffizient repräsentiert daher den Luftwiderstand eines Objekts durch eine Flüssigkeit in Abhängigkeit von seiner Form, seiner Größe und seiner Rauheit.
   • Der Standardwiderstandsbeiwert für ein langes zylindrisches Rohr ist und für ein kurzes zylindrisches Rohr. Diese Werte gelten für die Antennen in mehreren Gebäuden.
   • Der Standardkoeffizient einer ebenen Fläche, z. B. der Fläche eines Gebäudes, ist, ob sie groß oder kleiner ist.
   • Der Unterschied zwischen den Widerstandsbeiwerten für flache und zylindrische Elemente beträgt ungefähr.
   • Diese Variable hat keine Einheiten.

5. 

   Bestimmen Sie den Windstagnationsdruck. stellt den Windstagnationsdruck dar und entspricht den Druckberechnungen in früheren Formeln:, wobei er die Geschwindigkeit darstellt, in diesem Fall in Meilen pro Stunde ().
   • Wenn beispielsweise die Windgeschwindigkeit gleich ist, ist der Windstagnationsdruck gleich:
   • Eine alternative Methode zur Berechnung des Winddrucks bei bestimmten Geschwindigkeiten ist die Verwendung des in verschiedenen Regionen beobachteten Musters. Um herauszufinden, welche Variablen in diesen Fällen verwendet werden sollen, suchen Sie nach Windberichten oder Atlanten, die diese Werte für den gewünschten Ort angeben.

6. 

   Bestimmen Sie den Wichtigkeitsfaktor. stellt den Wichtigkeitsfaktor dar und kann mit der UBC-Tabelle bestimmt werden. Es ist ein Multiplikator zur Berechnung von Kräften, die die Nutzung des Gebäudes selbst berücksichtigen. Wenn es beispielsweise schädliche Materialien enthält, ist sein Wichtigkeitsfaktor höher als bei einem traditionellen Gebäude.
   • Berechnungen mit traditionellen Konstruktionen haben einen Wichtigkeitsfaktor von.

7. 

   Berechnen Sie die Stärke des Windes. Mit den zuvor ermittelten Werten können Sie nun Berechnungen mit der Gleichung durchführen. Geben Sie alle Variablen ein und führen Sie Operationen aus.
   • Angenommen, Sie möchten die Kraft auf eine Antenne mit einem Durchmesser von bis zu Böen bestimmen. Es befindet sich auf einem hohen Gebäude.
   • Beginnen Sie mit der Berechnung der projizierten Fläche:
   • Bestimmen. Basierend auf der Tabelle unter Verwendung der Höhe und des Expositionsgeländes B,.
   • Für einen kurzen Zylinder ist der Luftwiderstandsbeiwert oder gleich.
   • Berechnung:
   • Bestimmen Sie den Wichtigkeitsfaktor. Da es sich um ein Standardgebäude handelt.
   • Fügen Sie die Werte in die Gleichung ein:
   • Um die Messung von Pfund in Gramm umzurechnen, multiplizieren Sie einfach das Ergebnis mit. In diesem Fall ist die Belastung der Antenne ungefähr gleich.

Tipps

• Wisse, dass die Windgeschwindigkeit in unterschiedlichen Entfernungen vom Boden variiert. Sie nimmt mit der höchsten Strukturhöhe zu und ist bei näherer Betrachtung des Bodens unvorhersehbarer, da sie durch die Wechselwirkung mit Objekten und anderen Kräften beeinflusst wird.
• Beachten Sie, dass diese Unvorhersehbarkeit die Genauigkeit von Windberechnungen beeinträchtigen kann.