风荷载计算器

风荷载计算器

方法1方法1/3：使用通用公式计算风荷载

1. 1定义通用公式。风荷载的通用公式为F=A x P x Cd，其中F是力或风荷载，A是物体的投影面积，P是风压，Cd是阻力系数。该公式可用于估算特定物体上的风荷载，但不符合规划新建筑的建筑规范要求。

2. 2找到投影面积A。这是风撞击的二维面面积。为了进行全面分析，您将对建筑的每个面重复计算。例如，如果建筑的西面面积为20m2，则将该值用于a以计算西面上的风荷载。计算面积的公式取决于面的形状。对于平墙，使用公式“面积=长度x高度”。用面积=直径x高度近似柱面面积。对于SI计算，以平方米（m2）为单位测量A。对于英制计算，请以平方英尺（ft2）为单位测量A。

3. 3计算风压。以英制单位（磅/平方英尺）表示的风压P的简单公式为P=0.00256V2{\displaystyle P=0.00256V ^{2}}，其中V是风速，单位为英里/小时（mph）。要以SI单位（牛顿/平方米）计算压力，请使用P=0.613V2{\displaystyle P=0.613V ^{2}}，并以每秒米为单位测量V。该公式基于美国土木工程师学会规范。0.00256系数是根据空气密度和重力加速度的典型值计算得出的结果。工程师使用更精确的公式来考虑周围地形和建筑类型等因素。您可以在ASCE代码7-05中查找一个公式，或使用下面的UBC公式。如果您不确定风速是多少，请使用电子工业联盟（EIA）标准查找您所在地区的峰值风速。例如，美国大部分地区位于风速为86.6英里/小时的A区，但沿海地区可能位于B区（100英里/小时）或C区（111.8英里/小时）。

4. 4确定相关物体的阻力系数。阻力是空气对建筑物施加的力，受建筑物形状、表面粗糙度和其他几个因素的影响。工程师通常使用实验直接测量阻力，但要获得粗略估计，可以查找所测量形状的典型阻力系数。例如：长圆柱管的标准阻力系数为1.2，短圆柱管的标准阻力系数为0.8。这些适用于许多建筑物上的天线管。平板的标准系数，例如建筑物的表面，对于长平板为2.0，对于短平板为1.4。阻力系数没有单位。

5. 5计算风荷载。使用上面确定的值，现在可以用方程式F=A x P x Cd计算风荷载。

6. 6例如，假设您想确定一个3英尺长、直径为0.5英寸的天线在风速为70英里/小时的阵风中的风荷载。从估算投影面积开始。在这种情况下，A=dw=（3ft）（0.5in）（1ft/12in）=0.125ft2{\displaystyle A=dw=（3ft）（0.5in）（1ft/12in）=0.125ft ^{2}}计算风压：P=0.00256V2=0.00256（702）=12.5psf{\displaystyle P=0.00256V ^{2}=0.00256（70 ^{2}）=12.5psf}。对于短圆柱体，阻力系数为0.8。插入公式：F=APCd=（0.125ft2）（12.5psf）（0.8）=1.25lbs。{\displaystyle F=APCd=（0.125英尺^{2}）（12.5psf）（0.8）=1.25磅。}1.25 lbs是天线上的风荷载量。

方法2方法2/3：使用电子工业联盟公式计算风荷载

1. 1定义电子工业联盟开发的公式。风荷载的公式为F=A x P x Cd x Kz x Gh，其中A是投影面积，P是风压，Cd是阻力系数，Kz是暴露系数，Gh是阵风响应系数。该公式考虑了风荷载的更多参数。该公式通常用于计算天线上的风荷载。

2. 2了解方程的变量。为了正确使用方程式，您必须首先了解每个变量代表什么以及它的关联单位是什么。A、 P和Cd是通用方程中使用的相同变量。Kz是曝光系数，通过考虑从地面到对象中点的高度来计算。Kz的单位是英尺。Gh是阵风响应系数，通过考虑物体的整个高度来计算。Gh的单位为1/ft或ft-1。

3. 3确定投影面积。对象的投影面积取决于其形状和大小。如果风撞到了一面平墙，则投影面积的计算要比对象为圆形时更容易。投影面积将是风接触面积的近似值。计算投影面积没有统一的公式，但您可以通过一些基本计算来估算投影面积。面积单位为ft2。对于平墙，使用公式Area=length x width，测量风吹到的墙的长度和宽度。对于管或柱，也可以使用长度和宽度近似面积。在这种情况下，宽度将是管或柱的直径。

4. 4计算风压。风压由公式P=0.00256 x V2给出，其中V是风速，单位为英里/小时（mph）。风压的单位是磅每平方英尺（psf）。例如，如果风速为70 mph，则风压为0.00256 x 702=12.5 psf。计算特定风速下的风压的另一种方法是对不同的风区使用该标准。例如，根据电子工业联盟（EIA），美国大部分地区位于A区，风速为86.6 mph，但沿海地区可能位于B区（100 mph）或C区（111.8 mph）。

5. 5确定相关物体的阻力系数。阻力是由于物体表面的压力而在流动方向上产生的净力。阻力系数表示对象通过流体的阻力，并取决于对象的形状、大小和粗糙度。长圆柱管的标准阻力系数为1.2，短圆柱管的标准阻力系数为8。这适用于许多建筑物上的天线管。平板的标准系数，例如建筑物的表面，对于长平板为2.0，对于短平板为1.4。扁平物品和圆柱形物品的阻力系数之差约为0.6。阻力系数没有单位。

6. 6计算暴露系数Kz。Kz使用公式[z/33]（2/7）计算，其中z是从地面到对象中点的高度。例如，如果您的天线长3英尺，离地48英尺，则z等于46.5英尺。Kz=[z/33]（2/7）=[46.5/33]（2/7）=1.1英尺。

7. 7计算阵风响应系数Gh。阵风响应系数由公式Gh=.65+.60/[（h/33）（1/7）]计算得出，其中h是物体的高度。例如，如果你有一个3英尺长、离地48英尺的天线，Gh=.65+.60/[（h/33）（1/7）]=.65+.60/（51/33）（1/7）=1.22英尺-1

8. 8计算风荷载。使用上面确定的值，现在可以用公式F=A x P x Cd x Kz x Gh计算风荷载。插入所有变量并进行计算。例如，假设您要确定一个3英尺长、直径为0.5英寸的天线在风速为70英里/小时的阵风中的风荷载。它位于一栋48英尺高的建筑顶部。首先计算投影面积。在这种情况下，A=l x w=3英尺x（0.5英寸x（1英尺/12英寸））=0.125英尺2。计算风压：P=0.00256 x V2=0.00256 x 702=12.5 psf。对于短圆柱体，阻力系数为0.8。计算暴露系数：Kz=[z/33]（2/7）=[46.5/33]（2/7）=1.1 ft。计算阵风响应系数：Gh=.65+.60/[（h/33）（1/7）]=.65+.60/（51/33）（1/7）=1.22 ft-1推式：F=A x P x Cd x Kz x Gh=0.125 x 12.5 x 0.8 x 1.1 x 1.22=1.68 lbs。1/68 lbs是天线上的风荷载量。

方法3方法3/3：使用统一建筑规范（ubc）97公式计算风荷载

1. 1定义UBC’97公式。该公式于1997年制定，作为《统一建筑规范》（UBC）的一部分，用于计算风荷载。公式为F=A x P，其中A为投影面积，P为风压；然而，这个公式有另一种风压计算方法。风压（PSF）计算为P=Ce x Cq x Qs x Iw，其中Ce是高度、暴露和阵风响应系数的组合，Cq是压力系数（相当于前两个方程式中的阻力系数），Qs是风滞止压力，Iw是重要系数。所有这些值都可以从适当的表格中计算或获得。

2. 2确定投影面积。对象的投影面积取决于其形状和大小。如果风撞到了一面平墙，则投影面积的计算要比对象为圆形时更容易。投影面积将是风接触面积的近似值。计算投影面积没有统一的公式，但您可以通过一些基本计算来估算投影面积。面积单位为ft2。对于平墙，使用公式Area=length x width，测量风吹到的墙的长度和宽度。对于管或柱，也可以使用长度和宽度近似面积。在这种情况下，宽度将是管或柱的直径。

3. 3确定Ce，高度、暴露和阵风响应系数的组合。该值是根据UBC表16-G选择的，并考虑了三个不同高度的地形暴露和每个地形的Ce值。“暴露B是指建筑物、树木或其他表面不规则的地形，覆盖至少20%的周围区域，并从现场延伸1.6公里或以上。”“暴露C的地形平坦，通常开阔，距离现场0.8公里或以上。”“暴露D是最严重的，基本风速为129公里/小时或更高，地形平坦、无障碍，面对大量水体。”

4. 4确定相关物体的压力系数。压力系数Cq与阻力系数Cd相同。阻力是由于物体表面的压力而在流动方向上产生的净力。阻力系数表示对象通过流体的阻力，并取决于对象的形状、大小和粗糙度。长圆柱管的标准阻力系数为1.2，短圆柱管的标准阻力系数为8。这适用于许多建筑物上的天线管。平板的标准系数，例如建筑物的表面，对于长平板为2.0，对于短平板为1.4。扁平物品和圆柱形物品的阻力系数之差约为0.6。阻力系数没有单位。

5. 5确定风滞压力。Qs是风滞止压力，相当于根据前面的方程式计算的风压：Qs=0.00256 x V2，其中V是风速，单位为英里/小时（mph）。例如，如果风速为70 mph，则风滞压力为0.00256 x 702=12.5 psf。另一种计算方法是使用为不同风区设定的标准。例如，根据电子工业联盟（EIA），美国大部分地区位于A区，风速为86.6 mph，但沿海地区可能位于B区（100 mph）或C区（111.8 mph）。

6. 6确定重要因素。Iw是重要因素，可使用UBC表16-K确定。它是计算荷载时使用的乘数，考虑了建筑物的使用情况。如果一栋建筑含有有害物质，其重要性系数将高于传统建筑。标准用途建筑的计算有一个重要系数。

7. 7计算风荷载。使用上述确定的值，现在可以使用方程式F=A x P=A x Ce x Cq x Qs x Iw计算风荷载。插入所有变量并进行计算。例如，假设您要确定一个3英尺长、直径为0.5英寸的天线在风速为70英里/小时的阵风中的风荷载。它被放置在一栋48英尺高的标准建筑的顶部，位于一个暴露于B地形的区域。首先计算投影面积。在这种情况下，A=l x w=3英尺x（0.5英寸x（1英尺/12英寸））=0.125英尺2。确定Ce。根据表16-G，使用48英尺的高度和暴露B地形，Ce为0.84。对于短圆柱体，阻力系数或Cq为0.8。计算Qs：Qs=0.00256 x V2=0.00256 x 702=12.5 psf。确定重要性因素。这是一座标准建筑，因此，Iw为1。插入公式：F=A x P=A x Ce x Cq x Qs x Iw=0.125 x 0.84 x 0.8 x 12.5 x 1=1.05 lbs。1.05 lbs是天线上的风荷载量。

• 知道风速在离地面不同的距离上变化。风速随着结构高度的增加而增加，在离地面较近的地方风速最不可预测，因为风速会受到与地面物体相互作用的影响。
• 请注意，这种不可预测性会使准确的风力计算变得困难。