Cara Menghitung Beban Angin

Angin adalah massa udara yang kebanyakan bergerak secara horizontal dari areak bertekanan udara tinggi ke area bertekanan udara rendah.^{[1]XTeliti sumber} Angin kencang bisa sangat merusak karena menghasilkan tekanan terhadap permukaan suatu struktur. Intensitas tekanan semacam ini disebut beban angin. Dampak yang ditimbulkan angin tergantung pada ukuran dan bentuk struktur. Menghitung beban angin diperlukan untuk desain dan konstruksi bangunan yang lebih aman dan kedap angin, serta penempatan objek semacam antena di bagian atas bangunan.

Metode 1

Metode 1 dari 3:

Menghitung Beban Angin dengan Rumus Generik

Unduh PDF

Rumus generik beban angin adalah F = A x P x Cd, F adalah gaya atau beban angin, A adalah area yang diproyeksikan pada objek, P adalah tekanan angin, dan Cd adalah koefisien hambatan.^{[2]XTeliti sumber} Persamaan ini bermanfaat untuk menaksir beban angin pada objek tertentu, tetapi tidak memenuhi persyaratan kode bangunan untuk perencanaan konstruksi baru.
2
Temukan area yang diproyeksikan, A. Area yang diproyeksikan adalah area permukaan dua dimensi yang terkena terpaan angin.^{[3]XTeliti sumber} Untuk mendapatkan analisis lengkap, ulangi perhitungan untuk tiap muka bangunan. Sebagai contoh, jika suatu bangunan memiliki muka barat berupa area 20 m², gunakan nilai A untuk menghitung beban angin pada muka barat bangunan.
- Rumus untuk menghitung area tergantung bentuk muka bangunan. Untuk tembok yang datar, gunakan rumus Area = panjang x tinggi Taksir area kolom muka dengan Area = diameter x tinggi.
- Untuk perhitungan dengan satuan SI, ukur A dalam meter persegi (m²).
- Untuk perhitungan dengan satuan imperial, ukur A dalam kaki persegi (ft²).
3
Hitung tekanan angin. Rumus sederhana untuk menghitung P dalam satuan imperial (pon per kaki persegi) adalah $P=0,00256V^{2}$ $How.com.vn Bahasa Indonesia: P=0,00256V^{2}$ , pada rumus ini V adalah kecepatan angin dalam satuan mil per jam (mph).^{[4]XTeliti sumber} Untuk menghitung tekanan dalam satuan SI (Newton per meter persegi), gunakan $P=0,613V^{2}$ $How.com.vn Bahasa Indonesia: P=0,613V^{2}$ , dan ukur V dalam satuan meter per detik.^{[5]XTeliti sumber}
- Rumus ini berdasarkan kode American Society of Civil Engineers. Koefisien 0,00256 adalah hasil perhitungan yang didasarkan pada nilai umum untuk densitas udara dan percepatan gravitasi.^{[6]XTeliti sumber}
- Para insinyur menggunakan rumus yang lebih akurat untuk memperhitungkan faktor semacam daerah sekitar dan jenis konstruksi. Anda bisa mencari satu rumus pada kode ASCE 7-05, atau gunakan rumus UBC di bawah ini.
- Jika Anda tidak yakin tentang kecepatan angin, cari puncak kecepatan angin di daerah Anda dengan menggunakan standar Electronic Industries Association (EIA) standard. Sebagai contoh, sebagian besar Amerika Serikat berada di Zona A dengan kecepatan angin 139,4 kpj, tetapi daerah pesisir mungkin terhitung sebagai Zona B (161 kpj) atau Zona C (180 kpj).
4
Tentukan koefisien gesek objek. Gesekan adalah gaya udara terhadap bangunan, yang dipengaruhi oleh bentuk bangunan, dan sejumlah faktor lainnya. Biasanya para insinyur mengukur gesekan dengan eksperimen, tetapi ada perkiraan kasar tentang koefisien gesek secara umum untuk bentuk bangunan yang diukur. Sebagai contoh:^{[7]XTeliti sumber}
- Koefisien gesekan standar untuk tabung silinder panjang adalah 1,2, sedangkan silinder pendek sebesar 0,8. Koefisien ini berlaku untuk tabung antena yang ada di berbagai bangunan.
- Koefisien standar untuk bidang datar seperti muka bangunan adalah 2,0 untuk bidang datar panjang, atau 1,4 untuk bidang datar yang lebih pendek.
- Koefisien gesek tidak memiliki satuan.
Dengan menggunakan nilai-nilai yang ditetapkan di atas, sekarang Anda bisa menghitung beban angin dengan rumus F = A x P x Cd.
6
Sebagai contoh, Anda akan menentukan beban angin pada antena setinggi 0,9 meter dengan diameter 1,27 cm dan kecepatan angin 31,3 m/detik.
- Mulailah dengan menaksir area yang terproyeksi. Dalam hal ini, $A=tinggixdiameter=(0,9m)(1,3cm)(1m/100cm)=0,0117m^{2}$
- Hitung tekanan angin: $P=0,613V^{2}=0,613(31,3^{2})=600,5kgpm^{2}$ .
- Koefisien gesekan untuk silinder pendek adalah 0,8.
- Dengan memasukkan nilai-nilai yang diketahui ke dalam rumus: $F=APCd=(0,0117m^{2})(600,5kgpm^{2})(0,8)=5,6kg.$
- Beban angin antena adalah 5,6 kg.
Iklan

Metode 2

Metode 2 dari 3:

Menghitung Beban Angin dengan Rumus Electronic Industries Associationa

Unduh PDF

Rumus muatan angin adalah F = A x P x Cd x Kz x Gh, dalam hal ini A adalah area yang terproyeksi, P adalah tekanan angin, Cd adalah koefisien gesek, Kz adalah koefisien paparan, dan Gh adalah faktor respons angin. Rumus ini memperhitungkan lebih banyak parameter untuk beban angin. Rumus ini pada umumnya digunakan untuk menghitung beban angin pada antena.
2
Pahami variabel-variabel rumus. Untuk bisa menggunakan persamaan dengan benar, mula-mula Anda harus memahami tiap variabel berikut satuannya.
- A, P, dan Cd adalah variabel yang sama dengan yang digunakan pada rumus generik.
- Kz adalah koefisien paparan, variabel ini dihitung dengan memperhitungkan ketinggian dari tanah ke titik tengah objek. Satuan Kz adalah meter.
- Gh adalah faktor respons angin dan dihitung dengan memperhitungkan keseluruhan tinggi objek. Satuan Gh adalah 1/meter atau meter^-1.
3
Tentukan area yang diproyeksikan. Area yang diproyeksikan pada objek tergantung pada bentuk dan ukurannya. Jika angin menerpa dinding datar, area yang diproyeksikan lebih mudah dihitung daripada penampang yang berbentuk bulat. Area yang diproyeksikan adalah taksiran area yang terkena terpaan angin. Tidak ada satu rumus untuk menghitung area yang diproyeksikan, tetapi Anda bisa menaksirnya dengan beberapa kalkulasi dasar. Satuan untuk area adalah m².
- Untuk dinding datar, gunakan rumus Area = panjang x lebar, dengan memperhitungkan panjang dan lebar dinding yang terkena terpaan angin.
- Anda juga bisa menaksir luas area dengan menggunakan panjang dan lebar untuk bentuk tabung atau tiang. Dalam hal ini, lebar adalah diameter tabung atau tiang.
4
Hitung tekanan angin. Rumus untuk tekanan angin adalah P = 0,613 x V², Vadalah kecepatan angin dalam satuan meter per detik (mpd). Satuan untuk tekanan angin adalah Newton per meter persegi (Npm²).
- Sebagai contoh, jika kecepatan angin sebesar 31,29 meter per detik, maka tekanan anginnya adalah 0,613 x 31,29² = 600,2 Npm².
- Sebagai alternatif untuk menghitung tekanan angin pada kecepatan angin tertentu, Anda bisa menggunaan standar untuk berbagai zona angin. Misalnya, menurut Electronic Industries Association (EIA) sebagian besar Amerika Serikat berada di Zona A dengan kecepatan angin 139,4 kpj, tetapi daerah pesisir mungkin terhitung sebagai Zona B (161 kpj) atau Zona C (180 kpj).
5
Tentukan koefisien gesek objek. Gesekan adalah gaya bersih searah angin akibat tekanan pada permukaan objek.^{[8]XTeliti sumber} Koefisien gesek menunjukkan gesekan objek melalui zat cair dan tergantung pada bentuk, ukuran, dan kekasaran objek.
- Koefisien standar untuk tabung silinder panjang adalah 1,2 dan tabung silinder pendek 0,8. Koefisien ini berlaku untuk tabung antena yang ada di banyak bangunan.
- Koefisien standar untuk bidang datar seperti muka bangunan adalah 2,0 untuk bidang datar panjang, atau 1,4 untuk bidang datar yang lebih pendek.
- Selisih antara koefisien gesek objek datar dan silinder adalah kurang lebih 0,6.
- Koefisien gesek tidak memiliki satuan.
6
Hitung koefisien paparan, Kz. Kz dihitung dengan rumus [z/10]^(2/7), z adalah jarak dari tanah ke titik tengah objek.
- Sebagai contoh, jika antena Anda panjangnya 0,9 meter dan berjarak 14,6 meter dari permukaan tanah, nilai z adalah 14,2 meter.
- Kz = [z/33]^(2/7) = [14,2/33]^(2/7) = 1,1 m.
7
Hitung faktor respons hembusan angin, Gh. Faktor respons hembusan dihitung dengan persamaan Gh = 0,65 + 0,60/[(h/10)^(1/7)], h adalah ketinggian objek.
- Sebagai contoh, antena yang panjangnya 0,9 meter dan berjarak 14,6 meter dari permukaan tanah, Gh = 0,65+0,60/[(h/10)^(1/7)] = 0,65+0,60/(23,5/10)^(1/7) = 1,2 meter^-1
8
Hitung beban angin. Dengan menggunakan nilai yang didapatkan di atas, sekarang Anda bisa menghitung beban angin dengan rumus F = A x P x Cd x Kz x Gh. Masukkan semua variabel dan lakukan perhitungan matematikanya.
- Sebagai contoh, anggap saja Anda ingin menghitung beban angin pada antena yang panjangnya 0,9 meter dengan diameter 0,013 meter dan hembusan angin 31,3 meter per detik. Antena ini diletakkan di puncak bangunan setinggi 14,6 meter.
- Mulailah dengan menghitung area yang diproyeksikan. Dalam hal ini, A = l x w = 0,9 m x 0,013 m = 0,0117 m².
- Hitung tekanan angin: P = 0,613 x V² = 0,613 x 31,3² = 600,5 Npm².
- Koefisien gesekan untuk silinder pendek adalah 0,8.
- Hitung koefisien paparan: Kz = [z/10]^(2/7) = [14,2/10]^(2/7) = 1,1 m.
- Hitung faktor respons hembusan: Gh = 0,65+0,60/[(h/10)^(1/7)] = 0,65+0,60/(23,5/10)^(1/7) = 1,2 meter^-1
- Masukkan nilai-nilai tersebut ke dalam rumus: F = A x P x Cd x Kz x Gh = 0,0117 x 600,5 x 0,8 x 1,1 x 1,2 = 0,74 kg.
- Beban angin antena adalah sebesar 7,4 kg.
Iklan

Metode 3

Metode 3 dari 3:

Menghitung Beban Angin dengan Rumus Uniform Building Code (UBC) ’97

Unduh PDF

1
Definisikan rumus UBC ’97. Rumus ini dikembangkan di tahun 1997 Uniform Building Code (UBC) untuk menghitung beban angin. Rumusnya adalah F = A x P, dengan A sebagai area yang diproyeksikan dan P tekanan angin. Meskipun demikian, rumus ini memiliki kalkulasi yang berbeda untuk beban angin.
- Tekanan angin (PSF) dihitung dengan P= Ce x Cq x Qs x Iw, Ce adalah kombinasi ketinggian, paparan, dan faktor respons, Cq adalah koefisien tekanan (setara dengan koefisien gesekan di dua rumus sebelumnya), Qs adalah tekanan stagnasi angin, dan px x l adalah faktor kepentingan. Semua nilai tersebut bisa dihitung atau didapatkan dari tabel yang sesuai.
2
Tentukan area yang diproyeksikan. Area yang diproyeksikan pada objek tergantung pada bentuk dan ukurannya. Jika angin menerpa dinding datar, area yang diproyeksikan lebih mudah dihitung daripada penampang yang berbentuk bulat. Area yang diproyeksikan adalah taksiran area yang terkena terpaan angin. Tidak ada satu rumus untuk menghitung area yang diproyeksikan, tetapi Anda bisa menaksirnya dengan beberapa kalkulasi dasar. Satuan luas penampang adalah m².
- Untuk dinding yang datar, gunakan rumus luas area = panjang x lebar, dengan cara mengukur panjang dan lebar dinding yang terkena hembusan angin.
- Anda juga bisa menaksir luas ara dengan menggunakan panjang dan lebar untuk bentuk tabung atau tiang. Dalam hal ini, lebar adalah diameter tabung atau tiang.
3
Dapatkan nilai Ce, kombinasi antara ketinggian, paparan, dan faktor respons hembusan angin. Nilai ini didapatkan berdasarkan tabel 16-G di UBC dengan memperhitungkan tiga paparan medan dengan berbagai ketinggian dengan nilai Ce masing-masing.
- “Paparan B adalah medan dengan bangunan, pepohonan, atau ketidakteraturan permukaan yang mencakup setidaknya 20 persen area sekitar dengan jarak 1,6 kilometer atau lebih dari lokasi yang dihitung.”
- “Paparan C memiliki medan yang datar dan pada umumnya terbuka, berjarak 0,8 km atau lebih dari lokasi yang dihitung.”
- “Paparan D adalah yang paling parah, dengan kecepatan angin dasar sebesar 129 km/jam atau lebih. Medannya datar dan tanpa hambatan, menghadap badan air yang besar.”
4
Tentukan koefisien tekanan untuk objek yang dihitung beban anginnya. Koefisien tekanan, Cq, sama dengan koefisien gesekan (Cd). Gesekan adalah gaya bersih searah aliran akibat tekanan pada permukaan suatu objek.^{[9]XTeliti sumber} Koefisien gesekan menunjukkan gesekan objek melalui zat cair dan tergantung pada bentuk, ukuran, dan kekasaran objek.
- Koefisien gesekan standar untuk tabung silinder panjang adalah 1,2 dan tabung silinder pendek 0,8. Koefisien ini berlaku untuk tabung antena yang terdapat pada berbagai bangunan.
- Koefisien standar untuk bidang datar seperti muka bangunan adalah 2,0 untuk bidang datar panjang, atau 1,4 untuk bidang datar yang lebih pendek.
- Selisih antara koefisien gesek objek datar dan silinder adalah kurang lebih 0,6.
- Koefisien gesek tidak memiliki satuan.
5
Tentukan tekanan stagnasi angin. Qs adalah tekanan stagnasi angin yang setara dengan perhitungan tekanan angin dari rumus sebelumnya: Qs = 0,613 x V², V adalah kecepatan angin dalam satuan meter per detik (m/s).
- Sebagai contoh, jika kecepatan angin sebesar 31,3 m/s, tekanan stagnasinya adalah 0,613 x 31,3² = 600,5 N/m².
- Sebagai alternatif, gunakan standar untuk berbagai zona angin. Misalnya, menurut Electronic Industries Association (EIA) sebagian besar Amerika Serikat berada di Zona A dengan kecepatan angin 139,4 kpj, tetapi daerah pesisir mungkin terhitung sebagai Zona B (161 kpj) atau Zona C (180 kpj).
6
Tentukan faktor kepentingan. pl adalah faktor kepentingan dan bisa ditentukan dengan menggunakan tabel 16-K UBC. Ini adalah pengali yang digunakan untuk menghitung beban dengan memperhitungkan pemanfaatan bangunan. Jika suatu bangunan mengandung bahan berbahaya, faktor kepentingannya lebih tinggi daripada bangunan tradisional.
- Perhitungan untuk bangunan dengan penggunaan standar menggunakan faktor kepentingan sebesar satu.
7
Hitung beban angin. Dengan menggunakan nilai yang didapatkan di atas, beban angin bisa dihitung dengan rumus F = A x P = A x Ce x Cq x Qs x Iw . Masukkan semua variabel untuk melakukan perhitungan matematika.
- Sebagai contoh, Anda ingin menghitung beban angin antena sepanjang 0,9 meter dengan diameter 1,3 cm dan kecepatan angin 31,3 meter per detik. Antena ini diletakkan di atas bangunan standar setinggi 14,6 meter pada medan dengan paparan B.
- Mulailah dengan menghitung area yang diproyeksikan. Dalam hal ini, A = l x w = 0,9 m x 0,013 m = 0,0117 m².
- Tentukan Ce. Berdasarkan tabel 16-G, cari nilai Ce pada ketinggian 14,6 meter (48 kaki) pada medan dengan paparan B, nilai Ce adalah 0,84.
- Cq atau koefisien gesekan silinder pendek adalah 0,8.
- Hitung Qs: Qs = 0,613 x V² = 0,613 x 31,3² = 600,5 N/m>sup>2.
- Tentukan faktor kepentingannya. Bangunan ini adalah bangunan standar, jadi Iw sama dengan 1.
- Dengan memasukkan nilai-nilai tersebut ke dalam rumus: F = A x P = A x Ce x Cq x Qs x Iw = 0,0117 x 0,84 x 0,8 x 600,5 x 1= 4,7 kg.
- Beban angin antena ini adalah 4,7 kg.
Iklan

Tips

Pahami bahwa kecepatan angin berbeda-beda pada berdasarkan jaraknya dari permukaan tanah. Semakin tinggi suatu struktur bangunan, semakin cepat anginnya. Kecepatan angin di sekitar permukaan tanah paling sukar diprediksikarena dipengaruhi oleh berbagai objek pada permukaan tanah.
Pahami bahwa sukar diprediksikannya kecepatan angin bisa menyulitkan dalam menghitung angin secara akurat.