Autor:
Monica Porter
Data De Criação:
18 Marchar 2021
Data De Atualização:
1 Julho 2024
Contente
O vento é uma corrente de ar que se move em uma direção quase horizontal de alta pressão para baixa pressão. Os ventos fortes podem causar grandes danos, pois colocam pressão na superfície de uma estrutura. A intensidade dessa pressão é chamada de carga do vento. A influência do vento depende do tamanho e da forma da estrutura. A carga do vento é um parâmetro necessário para poder projetar, construir edifícios com melhor segurança e resistência ao vento, e instalar objetos no telhado do edifício, como antenas.
Passos
Método 1 de 3: Calcule a carga do vento usando a fórmula geral
Determine a fórmula generalizada. A fórmula para calcular a carga do vento é F = A x P x Cd, Dentro F é a força do vento ou carga do vento, UMA é a área projetada, P é a pressão do vento, e CD é o coeficiente de arrasto. Esta equação é útil para estimar a carga do vento em um determinado objeto, mas não atende aos requisitos dos códigos de construção para o projeto de um novo edifício.
Encontre a área projetada UMA. Esta é a área da superfície bidimensional que o vento está soprando. Para uma análise mais precisa, você deve repetir o cálculo para cada lado do edifício. Por exemplo, se o lado oeste do edifício for 20m, substitua esse valor UMA para calcular a carga de vento no lado oeste.- A fórmula para a área depende da forma da superfície. Para paredes planas, use a fórmula Área = comprimento x altura. Aproxime a área da superfície da coluna com a fórmula Área = diâmetro x altura.
- No sistema SI, você precisa medir UMA em metros quadrados (m).
- Em medidas imperiais, você precisa medir UMA em pés quadrados (pés).
Calcule a pressão do vento. A fórmula simples para calcular a pressão do vento ponderada P imperial (libras / pés quadrados) é, V é a velocidade do vento em milhas por hora (mph). Para encontrar a pressão do vento no sistema SI (Newton / metro quadrado), você usa e mede a velocidade V em metros por segundo.- Esta fórmula é derivada do conjunto de padrões da American Association of Civil Engineers. O fator 0,00256 é o resultado de um cálculo baseado em valores típicos de densidade do ar e aceleração gravitacional.
- Os engenheiros usam uma fórmula mais precisa para considerar fatores como terreno circundante e tipo de construção. Você pode encontrar a fórmula de cálculo no conjunto de padrões ASCE 7-05 ou usar a fórmula UBC abaixo.
- Se você não sabe qual é a velocidade do vento, verifique a maior velocidade do vento na área de acordo com os padrões da Electronic Business Association (EIA). Por exemplo, a maior parte dos Estados Unidos está na Zona A com velocidades de vento de 38,7 m / s, mas as áreas costeiras estão na Zona B (44,7 m / s) ou Zona C (50 m / s).
Determine o coeficiente de resistência do objeto em consideração. A força de arrasto é a força do vento agindo sobre o edifício, governada pela forma do edifício, a rugosidade da superfície e muitos outros fatores. Os engenheiros geralmente medem a resistência diretamente por meio de experimentos, mas se você quiser fazer uma estimativa, pode procurar o coeficiente de arrasto típico para a forma do objeto. Por exemplo:- O coeficiente de arrasto padrão para cilindros longos é 1,2 e para cilindros curtos é 0,8. Esses fatores se aplicam a postes de suporte de antena em muitos edifícios.
- O coeficiente de arrasto padrão para telas planas, como faces de prédios, é 2,0 para telas planas longas ou 1,4 para telas planas curtas.
- O coeficiente de arrasto não tem unidades.
Calcule a carga do vento. Usando os valores encontrados acima, agora você pode calcular a carga do vento usando uma equação F = A x P x Cd.
- Suponha que você queira calcular a carga do vento atuando em uma antena que tem 1 metro de comprimento e 2 cm de diâmetro e uma velocidade do vento de 31,3 m / s.
- Comece estimando a área projetada. Nesse caso,
- Calcule a pressão do vento :.
- Para cilindros curtos, o coeficiente de arrasto é 0,8.
- Em vez da equação:
- 9,6 N é a carga do vento atuando na antena.
Método 2 de 3: Calcule a carga do vento usando a fórmula da Electronic Business Association
Identifique a fórmula desenvolvida pela Electronic Business Association. A fórmula para calcular a carga do vento é F = A x P x Cd x Kz x Gh, Dentro UMA área de projeção, P é a pressão do vento, CD é o coeficiente de arrasto, Kz é o coeficiente de exposição, e GH é o coeficiente de recuo do vento. Esta fórmula de carga do vento considera vários parâmetros adicionais e é freqüentemente usada para calcular a carga do vento atuando na antena.
Compreenda as variáveis nas fórmulas. Para usar esta fórmula com eficácia, você deve primeiro entender o significado de cada variável e sua unidade.
- UMA, P e CD tem o mesmo significado que na fórmula generalizada.
- Kz é o coeficiente de exposição e é calculado a partir da altura do solo até o ponto médio do objeto. A unidade de Kz é o medidor.
- GH é o coeficiente de recuo e é calculado pela altura total do objeto. A unidade de GH é 1 / m ou m.
Determine a área projetada. A área projetada de um objeto depende de sua forma e tamanho. Se o vento sopra em uma parede plana, a área projetada é mais fácil do que um objeto circular. A área projetada será aproximadamente igual à área que o vento está exposto. Não existe uma fórmula para calcular a área da visualização, mas você pode estimá-la com alguns cálculos básicos. A unidade de área é m.
- Para paredes planas, use a fórmula Área = comprimento x largura e meça o comprimento e a largura da parede onde o vento sopra.
- Para cilindros ou colunas, você pode aproximar a área por comprimento e largura. Nesse caso, a largura é o diâmetro do cilindro ou coluna.
Calcule a pressão do vento. A pressão do vento é calculada de acordo com a fórmula P = 0,613 x V, Dentro V é a velocidade do vento em metros por segundo (m / s). A unidade de pressão do vento é Newton por metro quadrado (N / m).
- Por exemplo, se a velocidade do vento é 31,3 m / s, a pressão do vento é 0,613 x 31,3 = 600 N / m.
- Outra forma de calcular a pressão do vento em uma determinada velocidade é usar padrões de velocidade do vento em diferentes áreas geográficas. Por exemplo, de acordo com a Electronic Business Association (EIA), a maior parte dos Estados Unidos na Região A tem velocidades de vento de 38,7 m / s, mas as áreas costeiras estão na Zona B (44,7 m / s). ) ou Zona C (50 m / s).
Determine o coeficiente de resistência do objeto em consideração. A força de arrasto é a força do vento atuando na direção do sopro na superfície do objeto. O coeficiente de arrasto representa a resistência de um objeto no fluido e depende da forma, tamanho e aspereza do objeto.
- O coeficiente de arrasto padrão para cilindros longos é 1,2 e para cilindros curtos é 0,8, o que é comumente aplicado a postes de antena em muitos edifícios.
- O coeficiente de arrasto padrão para telas planas, como faces de prédios, é 2,0 para telas planas longas ou 1,4 para telas planas curtas.
- A diferença entre o coeficiente de resistência da placa plana e do cilindro é de aproximadamente 0,6.
- O coeficiente de arrasto não tem unidades.
Calcule o coeficiente de exposição Kz.Kz é calculado pela fórmula em que z é a altura do solo ao ponto médio do objeto.
- Por exemplo, se você tiver uma antena de 1 metro de comprimento e 15 metros do solo, z será de 14,5 m.
- Kz = = = 0,8 m.
Calcule o coeficiente de recuo do vento GH. O coeficiente de recuo do vento é calculado pela fórmula Gh = 0,65 + 0,6 /, Dentro H é a altura do objeto.
- Por exemplo, se você tiver uma antena de 1 metro de comprimento e 15 metros do solo, Gh = 0,65 + 0,6 / = 0,65 + 0,6 / = 1,32 m
Calcule a carga do vento. Usando os valores encontrados acima, agora você pode calcular a carga do vento usando uma equação F = A x P x Cd x Kz x Gh. Insira os valores nas variáveis e faça cálculos.
- Suponha que você queira calcular a carga do vento atuando em uma antena que tem 1 metro de comprimento e 2 cm de diâmetro e uma velocidade do vento de 31,3 m / s. A antena está localizada no topo de um prédio de 15 m de altura.
- Comece calculando a área projetada. Nesse caso, A = l x w = 1 m x 0,02 m = 0,02 m.
- Calcule a pressão do vento: P = 0,613 x V = 0,613 x 31,3 = 600 N / m.
- Para cilindros curtos, o coeficiente de arrasto é 0,8.
- Calcule o coeficiente de exposição: Kz = = = 0,8 m.
- Calcule o coeficiente de recuo do vento: Gh = 0,65 + 0,60 / = 0,65 + 0,60 / = 1,32 m
- Em vez da equação: 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 é a carga do vento atuando na antena.
Método 3 de 3: Calcule a carga do vento pela fórmula do conjunto padrão UBC-97 (Código de Construção Uniforme)
Determine a fórmula de UBC-97. Esta fórmula foi construída em 1997 no padrão UBC (Uniform Building Code) para calcular a carga do vento. A fórmula é F = A x P, Dentro UMA é a área projetada e P pressão do vento; mas essa fórmula tem outra maneira de calcular a pressão do vento.
- A pressão do vento (N / m) é calculada pela fórmula P = Ce x Cq x Qs x Iw, Dentro Ce é o fator combinado da altura, exposição e recuo do vento, Cq é o coeficiente de pressão (equivalente ao coeficiente de arrasto nas duas equações acima), Qs é a pressão estagnada do vento, e lw é o fator importante. Todos esses valores podem ser calculados ou consultados nas tabelas correspondentes.
Determine a área projetada. A área projetada de um objeto depende de sua forma e tamanho. Se o vento sopra em uma parede plana, a área projetada é mais fácil do que um objeto circular. A área projetada será aproximadamente igual à área que o vento está exposto. Não existe uma fórmula para calcular a área da visualização, mas você pode estimá-la com alguns cálculos básicos. A unidade de área é m.
- Para paredes planas, use a fórmula Área = comprimento x largura e meça o comprimento e a largura da parede onde o vento sopra.
- Para cilindros ou colunas, você pode aproximar a área por comprimento e largura. Nesse caso, a largura é o diâmetro do cilindro ou coluna.
Determinado Ce, coeficiente combinado de altura, exposição e recuo do vento. Este valor é consultado na Tabela 16-G em UBC e considera três tipos de exposição relacionados ao terreno, com alturas e valores. Ce para cada modelo.
- "Exposição tipo B é um terreno com casas, árvores ou outros desníveis, cobrindo pelo menos 20% da área circundante e se estendendo de 1,6 km ou mais do local em consideração."
- “O tipo de contato C é plano e geralmente bem ventilado, estendendo-se 0,8 km ou mais do local de consideração.”
- "O tipo de exposição D é o terreno mais severamente afetado, tem uma velocidade média do vento de 129 km / h ou superior e o tipo de terreno plano sem obstruções, rodeado por grandes águas."
Determine o coeficiente de pressão do objeto em consideração. Coeficiente de pressão Cq é semelhante ao coeficiente de arrasto CD. A força de arrasto é a força do vento atuando na direção do sopro na superfície do objeto. O coeficiente de arrasto representa a resistência de um objeto no fluido e depende da forma, tamanho e aspereza do objeto.
- O coeficiente de arrasto padrão para cilindros longos é 1,2 e para cilindros curtos é 0,8, o que é comumente aplicado a postes de antena em muitos edifícios.
- O coeficiente de arrasto padrão para telas planas, como faces de prédios, é 2,0 para telas planas longas ou 1,4 para telas planas curtas.
- A diferença entre o coeficiente de resistência da placa plana e do cilindro é de aproximadamente 0,6.
- O coeficiente de arrasto não tem unidades.
Determine a pressão estagnada do vento.Qs é a pressão do vento estagnada e é calculada de forma semelhante ao cálculo da pressão do vento nas equações anteriores: Qs = 0,613 x V, Dentro V é a velocidade do vento em metros por segundo (m / s).
- Por exemplo, se a velocidade do vento é 31 m / s, a pressão do vento estagnada é 0,613 x V = 0,613 x 31,3 = 600 N / m.
- Outra forma é usar padrões de velocidade do vento em diferentes áreas geográficas. Por exemplo, de acordo com a Electronic Business Association (EIA), a maior parte dos Estados Unidos na Região A tem velocidades de vento de 38,7 m / s, mas as áreas costeiras estão na Zona B (44,7 m / s). ) ou Zona C (50 m / s).
Determine o fator-chave.lw é um coeficiente importante e pode ser consultado na tabela 16-K no UBC. É um fator multiplicador usado para calcular a carga para considerar os fatores de uso do edifício. Se um edifício contém material perigoso, o fator crítico será maior do que um edifício para uso geral.
- Os cálculos para um edifício com uso padrão terão um fator de 1.
Calcule a carga do vento. Usando os valores encontrados acima, agora você pode calcular a carga do vento usando uma equação F = A x P = A x Ce x Cq x Qs x Iw . Insira os valores nas variáveis e faça cálculos.
- Suponha que você queira calcular a carga do vento atuando em uma antena de 1 metro de comprimento e 2 cm de diâmetro, velocidade do vento de 31 m / s. A antena é colocada no topo de um edifício de 15 m de altura em uma área com o terreno do tipo de contato B.
- Comece calculando a área projetada. Nesse caso, A = l x w = 1 m x 0,02 m = 0,02 m.
- Determinado Ce. De acordo com a Tabela 16-G, usando uma altura de 15 me topografia do tipo de contato B, podemos olhar para cima Ce é 0,84.
- Para cilindros curtos, o coeficiente de arrasto é bom Cq é 0,8.
- Calcular Qs: Qs = 0,613 x V = 0,613 x 31,3 = 600 N / m.
- Determine o fator-chave. Este é um edifício padrão que deveria lw = 1.
- Em vez da equação: 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 é a carga de vento atuando na antena.
Adendo
- Você deve saber que a velocidade do vento muda em altitudes diferentes do solo. A velocidade do vento aumenta com a altura da estrutura e mais próximo do solo, a mudança mais errática, pois é afetada por estruturas no solo.
- Lembre-se de que é essa variação errática que reduzirá a precisão dos cálculos da carga do vento.
