什麼是風力壓力?
風力壓力指的是流動空氣作用在物體表面上的動壓,是結構工程中相當基本的物理量,廣泛用於評估建築物、廣告招牌、太陽能板等暴露結構的承載需求。最基本的滯點(動態)壓力可由大家熟悉的公式 \(q = \frac{1}{2}\rho v^{2}\) 求得,其中 \(\rho\) 代表空氣密度、\(v\) 代表風速。本計算器是一款通用的物理工具,並不綁定任何特定國家的建築法規(例如台灣的《建築物耐風設計規範》或美國 ASCE 7),可作為跨地區的通用計算基礎。
計算器使用方法
請輸入以公尺/秒(m/s)為單位的風速,以及以公斤/立方公尺(kg/m³)為單位的空氣密度。在海平面、溫度 15°C 的標準條件下,空氣密度約為 1.225 kg/m³。您也可以選填受風面積,藉以估算總風力(\(F = q \times A\))。計算結果會顯示以帕斯卡(Pa)為單位的動壓;若有填入面積,則會一併顯示以牛頓(N)為單位的對應風力。
公式解析
動壓公式 $$q = \frac{1}{2}\rho v^{2}$$ 源自白努利原理:當流動的空氣撞上物體表面並停滯下來時,其動能會轉換成壓力。由於風速在公式中是平方項,風速加倍時,壓力會變成四倍。實務上的結構設計還會在這個基礎壓力之上,乘以形狀、暴露、陣風與重要性等各種係數,但動壓永遠是這一切計算的起點。
實例演練
假設風速為 30 m/s、空氣密度為 1.225 kg/m³:$$q = 0.5 \times 1.225 \times 30^{2} = 0.5 \times 1.225 \times 900 = 551.25 \text{ Pa}$$若這股壓力作用在 10 m² 的牆面上,則總風力為 $$551.25 \times 10 = 5{,}512.5 \text{ N}$$
常見問題
該使用哪個空氣密度值?在標準海平面條件下請使用 1.225 kg/m³。海拔愈高、氣溫愈高,空氣密度都會隨之下降。
如何把 km/h 換算成 m/s?輸入風速前,先將 km/h 除以 3.6 即可(例如 108 km/h = 30 m/s)。
計算結果是否已包含法規安全係數?沒有。這裡算出的僅是基礎動壓;實際設計時,請再乘上相關法規所規定的係數。