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输入计算

数学公式

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结果

风荷载力
6,615
牛顿(N)
作用力 6.615 kN
动压 661.5 Pa

什么是风荷载?

风荷载是指流动的空气作用在结构或表面上的力。工程师据此来确定梁、紧固件、广告牌、太阳能板、围栏和幕墙的尺寸规格,以确保它们能够抵御强风暴。本计算器采用动态风压的阻力方程形式来计算总的水平作用力。该公式不依赖于特定单位制,只要采用国际单位制(SI)输入,便适用于世界各地。

风的箭头撞击平直竖直表面并产生力
以速度 \(v\) 运动的风冲击面积为 \(A\) 的表面,产生水平力 \(F\)。

如何使用本计算器

请依次输入设计风速(单位:米/秒)、迎风方向的投影面积(单位:平方米)、对应形状的阻力系数,以及空气密度(海平面、15 °C 条件下约为 1.225 kg/m³)。计算器会输出以牛顿和千牛为单位的作用力,并给出以帕斯卡为单位的动压。

公式详解

风力计算公式为 $$F = \frac{1}{2} \cdot \rho \cdot v^{2} \cdot C_d \cdot A$$,其中 \(\rho\) 为空气密度,\(v\) 为风速,\(C_d\) 为阻力系数,\(A\) 为投影面积。其中 \(\frac{1}{2} \cdot \rho \cdot v^{2}\) 为驻点压力(动压);乘以 \(C_d\) 体现了形状的影响,再乘以 \(A\) 则换算到实际受风表面。常见的 \(C_d\) 取值:平板或墙面约为 1.2,细长结构构件约为 2.0,圆形截面约为 0.5–1.0。在美制单位中,常近似为 \(q = 0.00256 \cdot V^{2}\) psf(\(V\) 以英里/小时为单位)。

展示风荷载公式四个变量的示意图
风荷载取决于空气密度 \(\rho\)、风速 \(v\)、阻力系数 \(C_d\) 和表面积 \(A\)。

计算实例

一面 10 m² 的墙体迎面承受 30 m/s 的阵风,\(C_d = 1.2\),\(\rho = 1.225\) kg/m³。动压 $$q = 0.5 \times 1.225 \times 30^{2} \times 1.2 = 661.5 \text{ Pa}$$作用力 $$F = 661.5 \times 10 = 6{,}615 \text{ N} \approx 6.62 \text{ kN}$$

常见问题

该使用多少空气密度?海平面处取 1.225 kg/m³;海拔较高或气温较高时应适当减小。

什么是投影面积?即沿风向看过去时表面所呈现的面积——也就是物体在风中投下的"影子"大小。

这个结果可以直接作为建筑规范的设计值吗?不可以。它只是一个物理估算值。各地规范(如美国 ASCE 7、欧洲规范 Eurocode 1;中国则参照《建筑结构荷载规范》GB 50009)在审批时还会引入阵风、地形暴露和重要性等系数。

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