風荷重を計算する - チップ

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風は、高圧から低圧へとほぼ水平方向に移動する空気の流れです。強風は構造物の表面に圧力をかけるため、大きな損傷を引き起こす可能性があります。この圧力の強さを風荷重と呼びます。風の影響は、構造のサイズと形状によって異なります。風荷重は、安全性と耐風性に優れた建物を設計、建設し、アンテナなどの物体を建物の屋根に設置するために必要なパラメータです。

手順

方法1/3：一般式を使用して風荷重を計算します

一般化された式を決定します。 風荷重の計算式は次のとおりです。 F = A x P x Cd、内部 F 風力または風荷重、 A 投影面積です、 P は風圧であり、 CD は抗力係数です。この式は、特定のオブジェクトの風荷重を推定するのに役立ちますが、新しい建物の設計に関する建築基準の要件を満たしていません。
投影面積を見つける A. これは、風が吹いている二次元の表面の領域です。より正確な分析を行うには、建物の両側で計算を繰り返す必要があります。たとえば、建物の西側が20mの場合、その値を置き換えます A 西側の風荷重を計算します。
- 面積の式は、表面の形状によって異なります。平らな壁の場合は、面積=長さx高さの式を使用します。面積=直径x高さの式を使用して、カラムの表面積を概算します。
- SIシステムでは、測定する必要があります A 平方メートル（m）で。
- インペリアル測定では、測定する必要があります A 平方フィート（ft）で。
風圧を計算します。 インペリアルP加重風圧（ポンド/平方フィート）を計算するための簡単な式は、そこにあります V 風速（マイル/時（mph））です。 SIシステム（ニュートン/平方メートル）で風圧を見つけるには、を使用して速度を測定します V メートル/秒で。
- この式は、American Association of CivilEngineersの標準セットから派生しています。係数0.00256は、空気密度と重力加速度の一般的な値に基づいて計算した結果です。
- エンジニアは、より正確な式を使用して、周囲の地形や建物のタイプなどの要因を検討します。計算式はASCE7-05標準セットにあります。または、以下のUBC式を使用してください。
- 風速がわからない場合は、Electronic Business Association（EIA）の基準に従って、その地域で最も高い風速を確認してください。たとえば、米国のほとんどは風速38.7 m / sのゾーンAにありますが、沿岸地域はゾーンB（44.7 m / s）またはゾーンC（50 m / s）にあります。
検討中のオブジェクトの抵抗係数を決定します。 抗力は、建物に作用する風の力であり、建物の形状、表面の粗さ、およびその他の多くの要因によって決まります。エンジニアは実験を通じて抵抗を直接測定することがよくありますが、推定したい場合は、オブジェクトジオメトリの一般的な抗力係数を調べることができます。例えば：
- 長いシリンダーの標準抗力係数は1.2で、短いシリンダーの標準抗力係数は0.8です。これらの要因は、多くの建物のアンテナホルダーパイロンに適用されます。
- 建物の面などのフラットパネルの標準抗力係数は、長いフラットシートの場合は2.0、短いフラットパネルの場合は1.4です。
- 抗力係数には単位がありません。
風荷重を計算します。 上記の値を使用して、方程式を使用して風荷重を計算できるようになりました F = A x P x Cd.
長さ1メートル、直径2 cmで、風速が31.3 m / sのアンテナに作用する風荷重を計算するとします。
- 投影面積を推定することから始めます。この場合、
- 風圧を計算します。
- 短いシリンダーの場合、抗力係数は0.8です。
- 方程式の代わりに：
- 9,6 Nは、アンテナに作用する風荷重です。
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方法2/3：Electronic BusinessAssociationの式を使用して風荷重を計算します

ElectronicBusinessAssociationによって開発された公式を特定します。 風荷重の計算式は次のとおりです。 F = A x P x Cd x Kz x Gh、内部 A 投影領域、 P 風圧です、 CD は抗力係数です。 Kz は露出係数であり、 GH は風の反動の係数です。この風荷重の式は、いくつかの追加パラメータを考慮しており、アンテナに作用する風荷重を計算するためによく使用されます。
式の変数を理解します。 この式を効果的に使用するには、最初に各変数とその単位の意味を理解する必要があります。
- A, P そして CD 一般化された式と同じ意味を持ちます。
- Kz は露出係数であり、地面からオブジェクトの中点までの高さから計算されます。の単位 Kz メーターです。
- GH は反動係数であり、オブジェクトの全高によって計算されます。の単位 GH 1 / mまたはmです。
投影面積を決定します。 オブジェクトの投影面積は、その形状とサイズによって異なります。平らな壁に風が吹いている場合、投影領域は円形のオブジェクトよりも簡単です。投影面積は、風がさらされる面積とほぼ等しくなります。ビューの面積を計算するための公式はありませんが、いくつかの基本的な計算でそれを推定することができます。面積の単位はmです。
- 平らな壁の場合、面積=長さx幅の式を使用し、風が吹き込まれる壁の長さと幅を測定します。
- シリンダーまたはカラムの場合、長さと幅で面積を概算できます。この場合、幅はシリンダーまたはカラムの直径です。
風圧を計算します。 風圧は次の式で計算されます P = 0.613 x V、内部 V はメートル/秒（m / s）単位の風速です。風圧の単位はニュートン/平方メートル（N / m）です。
- たとえば、風速が31.3 m / sの場合、風圧は0.613 x 31.3 = 600 N / mになります。
- 特定の速度での風圧を計算する別の方法は、さまざまな地理的領域で風速標準を使用することです。たとえば、Electronic Business Association（EIA）によると、リージョンAの米国のほとんどの風速は38.7 m / sですが、沿岸地域はゾーンB（44.7 m / s）にあります。）またはゾーンC（50 m / s）。
検討中のオブジェクトの抵抗係数を決定します。 抗力は、物体の表面に吹く方向に作用する風の力です。抗力係数は、流体中の物体の抵抗を表し、物体の形状、サイズ、および粗さに依存します。
- 長いシリンダーの標準抗力係数は1.2で、短いシリンダーの標準抗力係数は0.8です。これは、多くの建物のアンテナポストに一般的に適用されます。
- 建物の面などのフラットパネルの標準抗力係数は、長いフラットシートの場合は2.0、短いフラットパネルの場合は1.4です。
- 平板とシリンダーの抵抗係数の差は約0.6です。
- 抗力係数には単位がありません。
露出係数を計算する Kz.Kz 次の式で計算されます。 z 地面からオブジェクトの中点までの高さです。
- たとえば、長さが1メートル、地面から15メートルのアンテナがある場合、 z 14.5メートルになります。
- Kz = = = 0.8 m
風の反動係数を計算する GH. 風反跳係数は次の式で計算されます。 Gh = 0.65 + 0.6 /、内部 H オブジェクトの高さです。
- たとえば、長さが1メートル、地面から15メートルのアンテナがある場合、 Gh = 0.65 + 0.6 / = 0.65 + 0.6 / = 1.32 m
風荷重を計算します。 上記の値を使用して、方程式を使用して風荷重を計算できるようになりました F = A x P x Cd x Kz x Gh。値を変数に接続し、計算を実行します。
- 長さ1メートル、直径2 cmで、風速が31.3 m / sのアンテナに作用する風荷重を計算するとします。アンテナは高さ15mの建物の上にあります。
- 投影面積を計算することから始めます。この場合、 A = l x w = 1 m x 0.02 m = 0.02m。
- 風圧を計算します。 P = 0.613 x V = 0.613 x 31.3 = 600 N / m。
- 短いシリンダーの場合、抗力係数は0.8です。
- 露出係数を計算します。 Kz = = = 0.8 m
- 風の反動係数を計算します。 Gh = 0.65 + 0.60 / = 0.65 + 0.60 / = 1.32 m
- 方程式の代わりに： F = A x P x Cd x Kz x Gh = 0.02 x 600 x 0.8 x 0.8 x 1.32 = 10N。
- 10 Nは、アンテナに作用する風荷重です。
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方法3/3：標準セットUBC-97（Uniform Building Code）の式により風荷重を計算します。

UBC-97の式を決定します。 この式は、風荷重を計算するためのUBC（Uniform Building Code）標準で1997年に作成されました。式は F = A x P、内部 A 投影面積と P 風圧;しかし、この式には風圧を計算する別の方法があります。
- 風圧（N / m）は次の式で計算されます P = Ce x Cq x Qs x Iw、内部 Ce 風の高さ、露出、反動を組み合わせた要素です。 Cq は圧力係数（上記の2つの式の抗力係数に相当）です。 Qs 風の停滞圧力であり、 lw 重要な要素です。これらの値はすべて、対応するテーブルから計算または検索できます。
投影面積を決定します。 オブジェクトの投影面積は、その形状とサイズによって異なります。平らな壁に風が吹いている場合、投影領域は円形のオブジェクトよりも簡単です。投影面積は、風がさらされる面積とほぼ等しくなります。ビューの面積を計算するための公式はありませんが、いくつかの基本的な計算でそれを推定することができます。面積の単位はmです。
- 平らな壁の場合、面積=長さx幅の式を使用し、風が吹き込まれる壁の長さと幅を測定します。
- シリンダーまたはカラムの場合、長さと幅で面積を概算できます。この場合、幅はシリンダーまたはカラムの直径です。
決定 Ce、高さ、露出、風の反動の合計係数。 この値は、UBCの表16-Gから検索され、高さと値とともに、地形に関連する3種類の露出を考慮します。 Ce モデルごとに異なります。
- 「露出のタイプBは、家、木、またはその他の凹凸があり、周囲の少なくとも20％を覆い、検討中の場所から1.6km以上離れた地形です。」
- 「コンタクトタイプCは平らで、一般的に換気がよく、検討場所から0.8km以上伸びています。」
- 「D露光タイプは、最も深刻な影響を受ける地形であり、平均風速は129 km / h以上であり、大きな水に囲まれた障害物のない平坦な地形タイプです。」
検討中のオブジェクトの圧力係数を決定します。 圧力係数 Cq 抗力係数に似ています CD。抗力は、物体の表面に吹く方向に作用する風の力です。抗力係数は、流体中の物体の抵抗を表し、物体の形状、サイズ、および粗さに依存します。
- 長いシリンダーの標準抗力係数は1.2で、短いシリンダーの標準抗力係数は0.8です。これは、多くの建物のアンテナポストに一般的に適用されます。
- 建物の面などのフラットパネルの標準抗力係数は、長いフラットシートの場合は2.0、短いフラットパネルの場合は1.4です。
- 平板とシリンダーの抵抗係数の差は約0.6です。
- 抗力係数には単位がありません。
風の停滞圧力を決定します。Qs は停滞した風圧であり、前の式の風圧計算と同様に計算されます。 Qs = 0.613 x V、内部 V はメートル/秒（m / s）単位の風速です。
- たとえば、風速が31 m / sの場合、停滞する風圧は0.613 x V = 0.613 x 31.3 = 600 N / mです。
- 別の方法は、さまざまな地理的領域で風速基準を使用することです。たとえば、Electronic Business Association（EIA）によると、リージョンAの米国のほとんどの風速は38.7 m / sですが、沿岸地域はゾーンB（44.7 m / s）にあります。）またはゾーンC（50 m / s）。
重要な要素を決定します。lw は重要な係数であり、UBCの16-Kテーブルから検索できます。これは、建物の使用の要因を考慮するために負荷を計算するために使用される乗数係数です。建物に危険物が含まれている場合、重要な要素は一般的な用途の建物よりも高くなります。
- 標準的な用途の建物の計算の係数は1になります。
風荷重を計算します。 上記の値を使用して、方程式を使用して風荷重を計算できるようになりました F = A x P = A x Ce x Cq x Qs x Iw 。値を変数に接続し、計算を実行します。
- 長さ1メートル、直径2 cm、風速31 m / sのアンテナに作用する風荷重を計算するとします。アンテナは、接触タイプBの地形があるエリアの高さ15mの建物の上部に配置されます。
- 投影面積を計算することから始めます。この場合、 A = l x w = 1 m x 0.02 m = 0.02m。
- 決定 Ce。表16-Gによると、高さ15 m、接触タイプBの地形を使用して、検索できます。 Ce 0.84です。
- 短いシリンダーの場合、抗力係数は良好です Cq 0.8です。
- 計算する Qs: Qs = 0.613 x V = 0.613 x 31.3 = 600 N / m。
- 重要な要素を決定します。これは標準的な建物です lw = 1.
- 方程式の代わりに： 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 = 8N。
- 8 Nは、アンテナに作用する風荷重です。
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