如何计算风荷载

　　在本文中：用通用公式计算风荷载用美国电子工业协会的公式计算风荷载使用1997年《统一建筑规范》（UBC）的公式来计算风荷载9参考
　　风指的是从高压区向低压区流动的空气，它流动的方向大部分时候是水平的。强风具有很大的破坏力，因为它们会对建筑物表面施加压力。这种压力的强度就是风荷载。风的影响取决于建筑物的大小和形状。为了设计和建造更加安全、抗风能力更强的建筑物，以及在建筑物顶部安放天线等物体，计算风荷载很有必要。
　　方法
　　1：用通用公式计算风荷载
　　1：了解通用公式。风荷载的通用公式是FAxPxCd，其中F是力或风荷载，A是物体的受力面积，P是风压，而Cd是阻力系数。这个公式在估算特定物体的风荷载时非常有用，但无法满足规划新建筑的建筑规范要求。
　　2：得出受力面积A。它是承受风吹的二维面面积。为了进行全面分析，你得对建筑物的每个面各做一次计算。比如，如果建筑物西侧面的面积为20m2，那就把这个值代入公式中的A，来计算西侧面的风荷载。
　　计算面积的公式取决于面的形状。计算平坦壁面的面积时，可以使用公式面积长x高。公式面积直径x高度可以算出圆柱面面积的近似值。
　　使用国际单位计算时，面积A应该使用平方米（m2）作为单位。
　　使用英制单位计算时，面积A应该使用平方英尺（ft2）作为单位。
　　3：计算风压。使用英制单位（磅平方英尺）时，风压P的简单公式为P0。00256V｛2｝，其中V是风速，单位为英里小时（mph）。而使用国际单位（牛平方米）时，公式会变成P0。613V｛2｝，其中V的单位是米秒。
　　这个公式是基于美国土木工程师协会的规范。系数0。00256是根据空气密度和重力加速度的典型值计算得出的。
　　工程师会考虑周围地形和建筑类型等因素，使用更精确的公式。你可以在ASCE规范705中查找公式，或使用下文的UBC公式。
　　如果你不确定风速是多少，可以查询美国电子工业协会（EIA）标准或其他相关标准，找到你们当地的最高风速。比如，美国大部分地区都是A级区，最大风速为86。6mph，但沿海地区可能位于B级区或C级区，前者的最大风速为100mph，后者为111。8mph。
　　4：确定对象物体的阻力系数。空气阻力是空气对建筑物施加的力，受到建筑物形状、表面粗糙程度和其他几个因素的影响。工程师通常用实验直接测量空气阻力，但是在粗略估计时，你可以查询所测形状阻力系数的典型值。比如：
　　长圆柱管的标准阻力系数是1。2，而短圆柱管的为0。8。它们适用于许多建筑物都有的天线管。
　　建筑物表面等平板的标准系数为2。0或1。4，前者适用于长平板，后者适用于短平板。
　　阻力系数没有单位。
　　5：计算风荷载。有了上文确定的值，你可以用公式FAxPxCd计算出风荷载。
　　6：比如，假设你想确定长度为3英尺、直径为0。5英寸的天线，在70mph的风中承受的风荷载。
　　先估算受力面积。这种情况下，Adw（3ft）（0。5in）（1ft12in）0。125ft｛2｝
　　计算风压：P0。00256V｛2｝0。00256（70｛2｝）12。5psf。
　　短圆柱的阻力系数是0。8。
　　代入公式：FAPCd（0。125ft｛2｝）（12。5psf）（0。8）1。25lbs。
　　1。25磅就是天线承受的风荷载。
　　方法
　　2：用美国电子工业协会的公式计算风荷载
　　1：了解美国电子工业协会规定的公式。风荷载公式是FAxPxCdxKzxGh，其中A是受力面积，P是风压，Cd是阻力系数，Kz是暴露系数，而Gh是阵风响应因子。这个公式在计算风荷载时考虑了另外几个参数。它通常用于计算天线上的风荷载。
　　2：理解公式的变量。为了正确使用公式，你必须了解每个变量代表的含义，以及它使用的单位。
　　A、P、Cd和通用公式中使用的一样。
　　Kz是暴露系数，计算它时考虑了从地面到物体中点的高度。它的单位是英尺。
　　Gh是阵风响应因子，计算它时考虑了整个物体的高度。它的单位是1英尺或ft1。
　　3：确定受力面积。物体的受力面积取决于它的形状和大小。平坦壁面的受力面积计算起来，比圆形物体简单一些。受力面积会取近似值，使用与风接触的面积。计算受力面积没有公式，但你可以通过一些基本的计算来估算它。面积的单位是ft2。
　　对于平坦壁面，你可以测量承受风力的墙壁的长和宽，使用公式面积长x宽来计算受力面积。
　　对于管状物和圆柱形，你也可以使用长和宽来计算它的近似面积。这种情况下，管状物和圆柱形的宽是以它的直径为准。
　　4：计算风压。风压可以使用公式P0。00256xV2来计算，其中V是风速，单位是公里小时（mph）。风压的单位是磅平方英尺（psf）。
　　比如，如果风速是70mph，风压等于0。00256x70212。5psf。
　　计算特定风速下的风压时，你也可以使用不同风区的标准。比如，根据美国电子工业协会（EIA）的划分，美国大部分地区都是A级区，最大风速为86。6mph，但沿海地区可能位于B级区或C级区，前者的最大风速为100mph，后者为111。8mph。
　　5：确定涉及物体的阻力系数。空气阻力是物体表面上承受的力在流动方向上产生的合力。阻力系数表示物体通过流体受到的阻力，取决于物体的形状、大小和粗糙度。
　　长圆柱管的标准阻力系数是1。2，短圆柱的是0。8。它们适用于许多建筑都有的天线管。
　　建筑物表面等平板的标准系数为2。0或1。4，前者适用于长平板，后者适用于短平板。
　　平面和圆柱体的阻力系数之间的差值约为0。6。
　　阻力系数没有单位。
　　6：计算暴露系数Kz。Kz的计算公式是〔z33〕（27），其中z是地面到物体中点的高度。
　　比如，如果天线的长度为3ft，距离地面48ft，则z等于46。5ft。
　　Kz〔z33〕（27）〔46。533〕（27）1。1ft。
　　7：计算阵风响应因子Gh。阵风响应因子的计算公式是Gh。65。60〔（h33）（17）〕，其中h是物体的高度。
　　比如，如果天线的长度为3ft，离地48ft，则Gh。65。60〔（h33）（17）〕。65。60（5133）（17）1。22ft1
　　8：计算风荷载。有了上文得出的值，你可以用公式FAxPxCdxKzxGh来计算风荷载。把所有变量代入公式中，进行计算。
　　比如，假设你想计算长度为3英尺，半径为0。5英寸的天线，在风速70mph的风中承受的风荷载。它位于48ft高的建筑物的顶部。
　　先计算受力面积。这种情况下，Alxw3ftx（0。5inx（1ft12in））0。125ft2。
　　计算风压：P0。00256xV20。00256x70212。5psf。
　　短圆柱的阻力系数是0。8。
　　计算暴露系数：Kz〔z33〕（27）〔46。533〕（27）1。1ft。
　　计算阵风响应因子：Gh。65。60〔（h33）（17）〕。65。60（5133）（17）1。22ft1
　　代入公式：FAxPxCdxKzxGh0。125x12。5x0。8x1。1x1。221。68lbs。
　　1。68磅就是天线承受的风荷载。
　　方法
　　3：使用1997年《统一建筑规范》（UBC）的公式来计算风荷载
　　1：了解UBC’97公式。这个公式是《统一建筑规范》（UBC）在1997年规定的风荷载计算公式。公式写作FAxP，其中A是受力面积，P是风压。不过，这个公式计算风压的方式有点不同。
　　风压（PSF）的计算公式为PCexCqxQsxIw，其中Ce是综合高度、暴露和阵风响应因子，Cq是压力系数，等于前两个公式的阻力系数，Qs是风滞压力，而Iw是重要性系数。这些值都可以计算得出，或查询适当表格找到。
　　2：确定受力面积。物体的受力面积取决于它的形状和大小。平坦壁面的受力面积计算起来，比圆形物体简单一些。受力面积会取近似值，使用与风接触的面积。计算受力面积没有公式，但你可以通过一些基本的计算来估算它。面积的单位是ft2。
　　对于平坦壁面，你可以测量承受风力的墙壁的长和宽，使用公式面积长x宽来计算受力面积。
　　对于管状物和圆柱形，你也可以使用长和宽来计算它的近似面积。这种情况下，管状物和圆柱形的宽是它的直径。
　　3：确定综合高度、暴露和阵风响应因子Ce。这个值是根据UBC表16G选择的，考虑了高度不同的三个地形暴露情况和它们各自的Ce。
　　“暴露B是有建筑物、树木或其他不规则覆盖物的地形，且它们覆盖至少20的周围区域，从建筑位置延伸1。6公里或更长。”
　　“暴露C指的是平坦地形，一般比较开阔，从建筑位置延伸0。8公里或更长。”
　　“暴露D最为严重，它的基本风速大于或等于129kmhr，且地形平坦，无障碍的面对大量水体。”
　　4：确定对象物体的压力系数。压力系数Cq等于阻力系数Cd。空气阻力是物体表面上承受的力在流动方向上产生的合力。阻力系数表示物体通过流体受到的阻力，取决于物体的形状、大小和粗糙度。
　　长圆柱管的标准阻力系数是1。2，短圆柱的是0。8。它们适用于许多建筑都有的天线管。
　　建筑物表面等平板的标准系数为2。0或1。4，前者适用于长平板，后者适用于短平板。
　　平面和圆柱体的阻力系数之间的差值约为0。6。
　　阻力系数没有单位。
　　5：确定风滞压力。Qs是风滞压力，等于之前公式计算的风压。Qs0。00256xV2，其中V是风速，单位是英里小时（mph）。
　　比如，如果风速是70mpg，则风滞压力等于0。00256x70212。5psf。
　　你也可以使用为各风区设置的标准值。比如，根据美国电子工业协会（EIA）的划分，美国大部分地区都是A级区，最大风速为86。6mph，但沿海地区可能位于B级区或C级区，前者的最大风速为100mph，后者为111。8mph。
　　6：确定重要性系数。Iw是重要性系数，可以使用UBC表16K确定。它是一个乘数，用于计算荷载，计算时会考虑建筑的用途。如果建筑含有有害物质，它的重要性系数会高于传统建筑。
　　标准用途建筑的重要性系数等于1。
　　7：计算风荷载。有了上文确定的值，你可以用公式FAxPAxCexCqxQsxIw来计算风荷载。把所有变量代入公式中，进行计算。
　　比如，假设你想计算长度为3英尺，半径为0。5英寸的天线，在风速70mph的风中承受的风荷载。它被放在48英尺高的标准建筑物的顶部，所在区域属于暴露B地形。
　　先计算受力面积。这种情况下，Alxw3ftx（0。5inx（1ft12in））0。125ft2。
　　确定Ce。在表16G中查询高度48英尺和暴露B地形，可以看到Ce等于0。84。
　　短圆柱体的阻力系数Cq是0。8。
　　计算Qs：Qs0。00256xV20。00256x70212。5psf。
　　确定重要性系数。它是标准建筑，因此Iw等于1。
　　代入公式：FAxPAxCexCqxQsxIw0。125x0。84x0。8x12。5x11。05lbs。
　　1。05磅就是天线承受的风荷载。
　　小提示
　　要知道，风速会随距离地面高度的变化而变化。它随结构高度的增加而增加，在离地面较近处的风速是最难预测的，因为它会受地面物体相互作用的影响。
　　注意，这种不可预测性会让风力计算很难得到精确的结果。
　　参考
　　http：www。slideshare。netmachota2011windloadcalculation
　　http：k7nv。comnotebooktopicswindload。html
　　http：www。aij。or。jpjpnsymposium2006loadsChapter6com。pdf
　　http：k7nv。comnotebooktopicswindload。html
　　http：richardson。eng。ua。eduFormerCoursesDWRSfa11NotesASCE705Chapter6。pdf
　　http：www。digitalcanal。compdfpdfAnalytical05。pdf
　　http：www。engineeringtoolbox。comdragcoefficientd627。html
　　http：www。engineeringtoolbox。comdragcoefficientd627。html
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