Bestimmung der Windkraft

Bruno

Der Wind ist einer der wichtigsten Faktoren, der bestimmt und berücksichtigt werden muss, um eine widerstandsfähige und dauerhafte Konstruktion zu erhalten. Seine Stärke kann nach mehreren Variablen berechnet werden, aber die wichtigste ist die Windgeschwindigkeit.

Im Falle unterdimensionierter Befestigungselemente oder fehlender Verstrebungen kann ein Wind von durchschnittlicher Geschwindigkeit das Element oder die gesamte Konstruktion zum Umkippen oder sogar zum Abreißen bringen.

Schwenken einer Konstruktion
Reißen einer Konstruktion

Ein Reißen beginnt normalerweise mit dem Dach. Dann folgt die Außenverkleidung. Wenn der Abriß vollständig ist, sind die Rahmen die letzten Elemente, die abgerissen werden.

Daher ist die Windkraft, ob bei Befestigungen oder Verstrebungen, ein entscheidender Faktor, der den Unterschied zu einer stabilen, starken und sicheren Konstruktion ausmacht.

Dieser Artikel zeigt uns die Wichtigkeit der Verstrebung gegen die Windstärke.

Diese Berechnung wird durch die folgende Formel definiert:

T= {1 \over 2} . Cx . \rho . v^{2} . S

  • T : Windstärke [N]
  • Cx : Koeffizient der Luftdurchdringung
  • P : Luftdichte oder Dichte [kg/m3]
  • v : Windgeschwindigkeit [m/s]
  • S : Dem Wind ausgesetzte Fläche [m²]

Diese Formel gilt für jedes Gebiet, in dem die Windstärke bestimmt werden muss. Es sind nur die Werte dieser Variablen, die sich je nach Fall und Situation ändern.

Es ist wichtig zu wissen, dass die Einheit der Windstärke, die bei dieser Berechnung erhalten wird, in Newton (N) ausgedrückt wird. Daher sollte bei der Angabe dieses Wertes bei seiner Verwendung mit großer Sorgfalt vorgegangen werden.

Der Luftdurchdringungskoeffizient

Der erste Wert in dieser Formel ist der Luftdurchdringungskoeffizient, der mit Cx bezeichnet wird. Sein Wert variiert je nach der Frontfläche, auf die der Wind einwirken wird. Sein Wert liegt immer zwischen 0,07 und 1,4 und kann von eiförmig bis halbkugelförmig reichen. In dem Fall, der uns interessiert, das heißt eine vertikale ebene Fläche, die dem Wind zugewandt ist, haben wir einen Wert von Cx, der immer gleich 1 ist.

Die Luftdichte

Der zweite Wert ist die Luftdichte oder Dichte von Luft. Sie wird in kg/m3 ausgedrückt und mit dem Symbol "Rho" bezeichnet. Dieser Wert hängt im Wesentlichen von der Höhe und der Temperatur ab, aber es wird vereinbart, dass bei einer Höhe von 0 und einer Temperatur von 0°C die Luftvolumenmasse gleich 1,29 kg/m3 ist und dieser Wert mit zunehmender Höhe abnimmt. Es ist durchaus möglich, diesen Wert in einer bestimmten Höhe und bei einer bestimmten Temperatur mit einer einfachen Formel zu berechnen:

Die Windkraft

Der dritte Wert ist die Windgeschwindigkeit. Sie wird mit "v" bezeichnet und in dieser Formel in Metern pro Sekunde [m/s] ausgedrückt. Im Allgemeinen wird sein Wert jedoch in Dokumenten und verschiedenen offiziellen Quellen in Stundenkilometern [km/h] angegeben. Daher wird es notwendig sein, über die Durchführung der Umwandlung nachzudenken. Nichts ist einfacher als das: Man dividiert den Wert in km/h durch 3,6 und erhält einen Wert in m/s.

Die Fläche

Der letzte Wert ist die Fläche, auf die der Wind seine Stärke ausübt. Sie wird mit "S" bezeichnet und in Quadratmetern [m²] ausgedrückt. In der Regel genügt es, den Querschnitt des betreffenden Objekts zu berechnen, das heißt, die Länge des Elements multipliziert mit seiner Breite.

Beispiel :

Wir wollen die Windkraft berechnen, die auf eine Holzkonstruktion von 3,00 x 5,00 m mit einer Wandhöhe von 3,00 m ausgeübt wird. Das Bauwerk befindet sich im Departement Ardèche auf 800 m Höhe. Die maximale Windgeschwindigkeit beträgt 150km/h.

Digitale Anwendung :

  • Dichteberechnung
    Nach der Formel müssen wir P und t° finden. In 800 m Höhe haben wir einen Luftdruck von 92 078 Pa (Wert aus dem Internet) und eine Temperatur von :
    15 - (800 x 6,4) / 1000 = 9,88 °C bzw. 283,03 °K

Die Dichte ist daher gleich :
(92078 x 28,9644) / (8314,32 x 283,03) = 1,133 kg/m3

  • Windgeschwindigkeitsberechnung
    150/3,6 = 41,67 m/s
  • Berechnung des Anwendungsbereichs
    5,00x3,00 = 15,00 m².
  • Windkraftberechnung

    0,5 x 1 x 1,133 x 41,67² x 15 = 14754,96 N oder 14,75496 kN

Daraus können wir schließen, dass die auf unsere Konstruktion wirkende Windkraft etwa 14,75 kN beträgt. Diese Konstruktion muss daher einer Kraft von 14,75 kN standhalten.