Tải trọng gió là gì?
Tải trọng gió là lực do luồng không khí chuyển động tạo ra khi tác động lên một công trình hoặc bề mặt. Kỹ sư sử dụng giá trị này để tính toán kích thước dầm, bu lông, biển hiệu, tấm pin năng lượng mặt trời, hàng rào và mặt dựng sao cho đủ sức chịu được giông bão. Máy tính này xác định tổng lực ngang dựa trên dạng áp lực gió động của phương trình lực cản. Công thức không phụ thuộc vào đơn vị cụ thể và áp dụng được ở mọi nơi miễn là bạn nhập số liệu theo hệ SI.
Cách sử dụng máy tính
Nhập tốc độ gió thiết kế tính bằng mét trên giây, diện tích hứng gió (diện tích chiếu) tính bằng mét vuông, hệ số cản tương ứng với hình dạng vật thể, và mật độ không khí (khoảng 1,225 kg/m³ ở mực nước biển, 15 °C). Công cụ sẽ trả về lực tính bằng newton và kilonewton, kèm theo áp lực gió động tính bằng pascal.
Giải thích công thức
Lực gió được tính theo $$F = \frac{1}{2} \cdot \rho \cdot v^{2} \cdot C_d \cdot A$$ trong đó \(\rho\) là mật độ không khí, \(v\) là vận tốc gió, \(C_d\) là hệ số cản và \(A\) là diện tích chiếu. Thành phần \(\frac{1}{2}\rho v^{2}\) chính là áp lực động (áp lực dừng); nhân với \(C_d\) để tính đến ảnh hưởng của hình dạng, và nhân với \(A\) để quy về diện tích bề mặt phơi ra trước gió. Các giá trị \(C_d\) điển hình: khoảng 1,2 cho tấm phẳng hoặc tường, khoảng 2,0 cho cấu kiện dài, khoảng 0,5–1,0 cho các vật thể tròn. Theo hệ đơn vị Mỹ, công thức này thường được xấp xỉ thành \(q = 0{,}00256 \cdot V^{2}\) psf với \(V\) tính bằng dặm/giờ (mph).
Ví dụ minh họa
Một bức tường rộng 10 m² hứng cơn gió giật 30 m/s, với \(C_d = 1{,}2\) và \(\rho = 1{,}225\) kg/m³. Áp lực $$q = 0{,}5 \times 1{,}225 \times 30^{2} \times 1{,}2 = 661{,}5 \text{ Pa}$$ Lực $$F = 661{,}5 \times 10 = 6{.}615 \text{ N} \approx 6{,}62 \text{ kN}$$
Câu hỏi thường gặp
Nên dùng mật độ không khí bằng bao nhiêu? Hãy dùng 1,225 kg/m³ ở mực nước biển; giảm giá trị này khi ở độ cao lớn hoặc nhiệt độ cao.
Diện tích chiếu là gì? Đó là diện tích bề mặt khi nhìn dọc theo hướng gió thổi — chính là "bóng" mà vật thể đổ ra theo hướng gió.
Đây có phải giá trị thiết kế theo quy chuẩn xây dựng không? Không. Đây chỉ là một ước tính vật lý. Các quy chuẩn (như ASCE 7 của Mỹ, Eurocode 1 của châu Âu, hay TCVN 2737 của Việt Nam) còn bổ sung các hệ số gió giật, độ phơi và tầm quan trọng phục vụ cho việc cấp phép.
