笨鸟工艺产品结构设计-风荷载因素探讨（一）

户外产品结构设计之时验算风荷载、雪荷载、各连接强度及基础设计埋深是非常必要的、令人信服的作法。本文从简单风荷载作用计算开始，立足于严谨，绘画蓝天。...



风荷载也称风的动压力，是空气流动对工程结构所产生的压力。风荷载ш与基本风压、地形、地面粗糙度、距离地面高度，及构筑物体型等诸因素有关。中国的地理位置和气候条件造成的大风为：夏季东南沿海多台风，内陆多雷暴及雹线大风；冬季北部地区多寒潮大风，其中沿海地区的台风往往是设计工程结构的主要控制荷载。想必大家对于风雨天撑伞被大风将伞面吹翻的情景记忆犹新吧？一个小小的伞面都能聚集不小的风压，何况我们户外比它承风面大得多的立牌之类的产品呢？

接下来，我们一起学习、探讨如何进行简单的风压计算，如何计算我们的产品所能抗倾覆的风力级数，以及关于标准设计风压下我们对于不满足条件的产品需要做哪一些调整。

下图是我们初步设计产品的简化图：



在设计的时候我们会问自己，底座需要多大的尺寸、多重的混凝土可以保证这个产品不会被吹翻呢？带着这个问题，我们一起进入下面的探讨。

一、承风面风压的计算

1、风压就是垂直于气流方向的平面所受到的风的压力。根据伯努利方程，风的动压为wp=0.5·ro·v*v ，其中wp为风压[kN/m2]、ro为空气密度[kg/m3]、v为风速[m/s]。由于空气密度(ro)和重度(r)的关系为r=ro·g，因此 ro=r/g，得wp=0.5·r·v*v/g，在标准状态下, 空气密度r=0.01225 [kN/m3]，重力加速度g=9.8[m/s2],得：

Wp=v*v/1600 （这就是我们单位面积风压的计算公式）

二、根据初步设计图，做进一步简化受力分析图

如下：



根据风力等于单位面积风压与承风面乘积可知，垂直于粉红色板面时，风力最大，当产品沿旋转轴A旋转的时候，立牌失稳，即产品被风吹倒。其简化临界表达式为

F风力*L1=（G立牌+G混凝土）*L2（底座风压忽略，有兴趣可以自行加上）

三、风力等级与风速对照表



四、根据前端初步设计图数据求解出对应风速及抗风等级

F风力=S*Wp=S*V*V/1600

=3*0.8*V*V/1600=0.0015*V*V  kn

G立牌=20  kg=0.2  kn

V支座体积

=0.3*0.3*0.5+0.1*0.5*0.5*0.3*4+0.1*0.1*0.5*4/3

=0.0817  m³

G混凝土=0.0817*24=1.96  kn

则：带入F风力*L1=（G立牌+G混凝土）XL2

0.0015*V*V*(0.5+0.9+3/2)=（0.2+1.96）*0.5/2

V≈11  m/s

根据上面风力对照表可知，此风速位于6级风范围内，此立牌只能够承受5级风。

五、根据计算结果调整设计

户外构筑物的设计风压一般以可抗10级风为设计标准。我们可以将10级风风速上限28.4m/s带入第四部分，可得出：一般而言，10级风单位面积风力约51kg。对于我们前端初步设计产品，可以采用

a修改安装方式。

b增大底座尺寸，如下图：



结束语：努力做好每一个产品，是我们孜孜不倦的追求；结合规范以及客户要求设计出最合理的产品结构是对我们自身的最棒的肯定！第二篇我们将根据荷载规范深入讨论风荷载相关设计数据。您的支持是我的最大动力，下期再见！

    关注 笨鸟标识