Stabiliteitsberekening tegen windbelasting
Instabiliteit ten gevolge van windbelasting
Wind kan lekker zijn. Lekker uitwaaien zeggen we dan. Maar wind kan ook hinderlijk en gevaarlijk zijn en grote schade veroorzaken. Naast dat allerlei zaken kapot kunnen waaien, kunnen er ook allerlei objecten omwaaien of wegwaaien. In dat laatste geval is het belangrijk om te weten welke windkracht een object kan hebben om stabiel te kunnen blijven staan. Dit kan worden aangetoond met een Stabiliteitsberekening tegen windbelasting.
Hoe ontstaat wind
Wind ontstaat in gebieden waar koude en warme lucht elkaar ontmoeten. Hierbij daalt de koude lucht en stijgt de warme lucht, waardoor het massamiddelpunt van de lucht daalt en potentiële energie van de zwaartekracht wordt omgezet in bewegingsenergie van de lucht. De bewegende lucht transporteert warmte van de tropen richting de pool, waardoor temperatuurverschillen afnemen. De temperatuurverschillen blijven desondanks bestaan, doordat in de warme gebieden warmte vrijkomt door de condensatie van waterdamp, terwijl de koude gebieden warmte verliezen door infrarode uitstraling. Je kunt de atmosfeer zien als een motor met een, gegeven de beschikbare hoge en lage temperaturen, zeer hoog rendement. De atmosfeer beweegt wat hij kan om temperatuurverschillen zoveel mogelijk te vereffenen. Bron KNMI
Windkrachtberekening
Om een stabiliteitsberekening tegen windbelasting te kunnen maken moeten we een aantal zaken weten. Ten eerste het windvangend oppervlak A van het object. En de positie van het oppervlaktezwaartepunt XY Ten tweede moeten we de massa Kg en de positie XYZ van het massamiddelpunt van het object weten. En ten slotte als 3e moeten we natuurlijk de winddruk P weten. De waarden van winddruk wordt ontleend uit richtlijnen en normen. Als we deze gegevens eenmaal hebben dan kan de totale windkracht F worden uitgerekend met. F = P x A x Dc. Waarbij Cd een coëfficiënt is die in rekening wordt gebracht voor de vorm van het windvangend oppertvlak. Gewicht en massamiddelpunt volgen meestal uit het 3D CAD model of wordt door de opdrachtgever opgegeven.
De uiteindelijke stabiliteitsberekening tegen windbelasting
Als alle gegevens verder bekend zijn dan kan de stabiliteitsberekening tegen windbelasting worden gemaakt. Het gaat daarbij om een evenwichtsvoorwaarde. De wind duwt met een bepaalde kracht op het windvangend oppervlak. Het aangrijppunt van de denkbeeldig geconcentreerde windkracht is gelijk aan het oppervlakte zwaartepunt. Deze kracht zal het object willen doen kantelen om bijvoorbeeld twee achterste voetsteunen. Maar het eigen gewicht, als zwaartekracht naar beneden gericht en werkend vanuit het massamiddelpunt, werkt dit tegen. We hebben dus twee krachten die elkaar tegenwerken. Erg simpel verwoord, zolang de zwaartekracht het maar wint van de windkracht, dan hebben we stabiliteit en blijft het object staan. Het zou nog kunnen verschuiven, maar dat is weer een ander verhaal voor een andere keer.
