Av Lee Johnson, uppdaterad 24 mars 2022

Alla utomhuskonstruktioner måste vara konstruerade för att motstå vindkrafter. Även om den grundläggande fysiken är enkel, kräver den verkliga designen noggrant övervägande av många variabler. För de mest exakta resultaten förlitar sig de flesta proffs på specialiserad programvara eller en onlineräknare som innehåller alla relevanta faktorer. En snabb uppskattning av bollpark kan dock erhållas med en grundläggande formel.

Vad är en vindbelastning?

En vindlast är den kraft som vinden utövar på en yta, uttryckt antingen som total kraft (Newton) eller som tryck (Pascal). I praktiken kan vind pålägga en struktur tre distinkta krafter:upplyftning (lyftning av tak), skjuvning (horisontellt tryck som kan luta en byggnad), och lateralt belastning (bred "skjutande" som kan förskjuta en struktur från dess fundament). Den här guiden fokuserar på sidobelastningar, som är det vanligaste målet för byggnormer.

Vindhastighet för att tvinga fram formel

Det grundläggande förhållandet mellan vindhastighet och kraft är:

Fw = ½ ρ v² A

där:
ρ =luftdensitet (≈1,2kg/m³ vid havsnivå och 15°C, men varierar med höjd och temperatur),
v =vindhastighet (m/s),
A =projicerad yta exponerad för vinden (m²).

Att dividera med området ger vindtryck:

p = ½ ρ v²

I design används den högsta designade vindhastigheten – vanligtvis härledd från lokala kodtabeller – för att garantera säkerheten under extrema förhållanden.

Inkluderar dragkoefficienter

För icke-plana ytor modereras vindkraften av formens motståndskoefficient (C_d ). Den modifierade ekvationen blir:

Fw = ½ ρ v² Cd A

Typiska värden:platt platta≈1,0; cylindrisk kolonn≈0,67; oregelbundna strukturer≈0,8–1,2. Standardtabeller från ASCE7 eller Eurocode1 ger koefficienter för de flesta vanliga geometrier.

Ytterligare påverkande faktorer

• Vindhastighetsvariation med höjd (vindprofilens exponent)
• Ytans grovhet (slät glas kontra strukturerad fasad)
• Topografi och terrängklass (flat slätt kontra kuperad region)
• Närhet och arrangemang av närliggande byggnader (vindskuggning, kanalisering)
• Inre strukturell styvhet och dämpningsegenskaper

På grund av dessa komplexiteter är en enkel beräkning bäst att använda för preliminär dimensionering. För slutlig design, konsultera relevant kod (t.ex. ASCE7, Eurocode1) och överväg en vindtunnelstudie eller CFD-analys om strukturen är mycket oregelbunden.

För en snabb uppskattning online, prova vår vindlastkalkylator som innehåller data om densitet, höjd, form och lokal vindhastighet.

Bildkredit:GrashAlex/iStock/GettyImages