Sisältö
Tuulen voimaa ei voida aliarvioida. Voimana tuuli vaihtelee leijaa nostavasta kevyestä tuulesta katolta repivään hurrikaaniin. Jopa kevyet pylväät ja vastaavat yleiset, jokapäiväiset rakenteet on suunniteltava kestämään tuulen voimaa. Tuulikuormituksen vaikutuksen alaisen ennustetun alueen laskeminen ei ole kuitenkaan vaikeaa.
Tuulenkuormituksen kaava
Kaava tuulenkuorman laskemiseksi yksinkertaisimmassa muodossaan on tuulen kuormitusvoima, joka on yhtä suuri kuin tuulen paine kertaa ennustetun pinta-alan ja vetokertoimen välillä. Matemaattisesti kaava kirjoitetaan F = PACd. Muita tuulikuormiin vaikuttavia tekijöitä ovat tuulen puuskat, rakenteiden korkeudet ja ympäröivät maastot. Myös rakenteelliset yksityiskohdat voivat saada tuulen kiinni.
Suunniteltu alueen määritelmä
Projisoidulla alueella tarkoitetaan tuulen suhteen kohtisuoraa pinta-alaa. Suunnittelijat voivat käyttää tuulen voiman laskemiseen enimmäisaluetta.
Tuulen vastaisen tasopinnan ennustetun alueen laskeminen edellyttää kolmiulotteisen muodon ajattelua kaksiulotteisena pintana. Vakiomuurin tasaisella pinnalla, joka on suoraan tuulen suuntaan, tulee neliö tai suorakulmainen pinta. Kartion projisoitu alue voi esiintyä kolmiona tai ympyränä. Pallon projisoitu alue esiintyy aina ympyränä.
Suunniteltu pinta-alalaskelmat
Suunniteltu neliön pinta-ala
Alue, jonka tuuli iskee neliön tai suorakaiteen rakenteesta, riippuu rakenteen suunnasta tuulen suuntaan. Jos tuuli iskee kohtisuoraan neliön tai suorakaiteen pintaan, pinta-alan laskenta on pinta-ala yhtä suuri kuin pituus ja leveys (A = LH). Jos seinä on 20 jalkaa pitkä ja 10 jalkaa korkea, projisoitu pinta-ala on 20 × 10 tai 200 neliömetriä.
Suorakulmaisen rakenteen suurin leveys on kuitenkin etäisyys kulmasta vastakkaiseen nurkkaan, ei vierekkäisten kulmien välinen etäisyys. Harkitse esimerkiksi rakennusta, joka on 10 jalkaa leveä 12 jalkaa pitkä ja 10 jalkaa pitkä. Jos tuuli osuu kohtisuoraan sivua kohti, yhden seinän projisoitu pinta-ala on 10 × 10 tai 100 neliöjalkaa, kun taas toisen seinän projisoitu pinta-ala on 12 × 10 tai 120 neliömetriä.
Jos tuuli osuu kuitenkin kohtisuoraan nurkkaan nähden, heijastetun alueen pituus voidaan laskea Pythagoran lauseen (a2+ b2 = c2). Vastakkaisten kulmien (L) väliseksi etäisyydeksi tulee 102+122= L2tai 100 + 144 = L2= 244 jalkaa. Sitten L = √244 = 15,6 jalkaa. Projisoidusta alueesta tulee sitten L × H, 15,6 × 10 = 156 neliöjalkaa.
Pallon ennustettu alue
Kun tarkastellaan suoraan palloa, pallon kaksiulotteinen näkymä tai projisoitu etuosa on ympyrä. Ympyröiden ulkonemahalkaisija on yhtä suuri kuin pallon halkaisija.
Projisoidun alueen laskennassa käytetään siis ympyrän pinta-alakaavaa: pinta-ala on yhtä suuri kuin pi kertaa säde ja säde, tai A = πr2. Jos pallon halkaisija on 20 jalkaa, säde on 20 ÷ 2 = 10 ja projisoitu alue on A = π × 102.13,14 × 100 = 314 neliöjalkaa.
Kartion ennustettu alue
Kartion tuulenkuorma riippuu kartion suunnasta. Jos kartio istuu pohjassaan, kartion projisoitu alue on kolmio. Kolmion pinta-alakaava, pohja kertaa korkeus kertaa puoli (B × H ÷ 2), vaatii pituuden tuntumisen pohjan poikki ja kartion kärkeen nähden korkeuden. Jos rakenne on 10 jalkaa pohjan poikki ja 15 jalkaa korkea, niin ennustetun pinta-alan laskelmasta tulee 10 × 15 ÷ 2 = 150 ÷ 2 = 75 neliöjalkaa.
Jos kuitenkin kartio on tasapainossa siten, että pohja tai kärki osoittavat suoraan tuulen suuntaan, ulkoneva alue on ympyrä, jonka halkaisija on yhtä suuri kuin pohjan poikki oleva etäisyys. Sitten sovelletaan ympyräkaavan aluetta.
Jos kartio makaa siten, että tuuli osuu kohtisuoraan sivua vasten (kannan suuntainen), kartion ulkoneva alue on saman kolmionmuotoinen kuin kartion istuessa pohjalleen. Kolmiotavan kaavan pinta-alaa käytettäisiin sitten ennakoidun alueen laskemiseen.