Beräkningsverktyg för vindmotstånd för solljusstolpar: Indata, kontroller, gränser

Varför vi skapade ett sådant beräkningsverktyg?

En ljusstolpe består av en kantilererande balk med en ljuskälla på toppen. Paneler, belysningsarmaturer, batteribokser samt andra komponenter utsätts för vindtryck, och varje yta som de utgör befinner sig på en viss höjd över basen – detta ökar den vridmoment som uppstår. Rekningen i sig är inte svår. Det som tog en eller två dagar var att samla in alla nödvändiga data: vindhastighetsvärden för platsen, specifikationer från tre olika datablad, sektionsmodul för de använda stålmaterialen samt ytkraftsdata för stålet. Ingenjörerna utförde denna beräkning i tabeller, och vissa data angavs varje gång lite annorlunda.

Vi själva tillverkar både ljusstolparna och de belysningsarmaturer som sitter på dem, så denna beräkning ingick redan i vår eget kostnadsuppskattningsprocess innan produkterna färdigställdes. Det finns ett verktyg för beräkning av vindmotstånd (/app-b2-wind-resistance) som hjälper till med denna process: en åtta-stegs-guid som samlar in parametrarna, kör strukturella beräkningsprogram och visar resultatet i 3D-form. Denna sida förklarar vilka data som ingår, vilka resultat som får framkomma, samt var en beräkningsverktyg slutar och en licensierad ingenjör tar över.

De data som används, och varifrån de kommer:

Trollkarlen utför åtta steg för att lösa problemet: Env, Pole, Solar, Lum, Battery, Arm, Height, och därefter CAL. Här är vad som är viktigt för varje grupp:

Vindhastighet (Steg 1: Env)

Den designade vindhastigheten hämtas från den lokala strukturella belastningskraven (ASCE 7-22 i USA, EN 1991 i Europa, GB 50009 i Kina), aldrig från en väderapp. Lufttätheten beräknas utifrån höjd eller lämnas kvar som standardvärde. Referensvärden: 150 mph (67 m/s) för kustnära orkanområden, 100 mph (45 m/s) inland. För kustnära orkanområden gäller vanligtvis vindhastigheter mellan 130–150 mph (58–67 m/s); för inlandstrukturer mellan 80–100 mph (36–45 m/s), baserat på en 50- eller 100-årig återkomstfrekvens.

En viktig observation: Mätvärdena från väderappar representerar en 3-sekundersvindhastighet, inte de officiella referensvärdena. Att använda sådana värden i strukturella beräkningar leder till underdimensionerade stolpar. Vår kompletterande artikel Vilken vindhastighet ska användas vid stolparkonstruktion förklarar skillnaderna mellan dessa tre nivåer av vindhastigheter.

Stolpargeometri och stål (Steg 2: Pole)

Höjd, övre och nedre diameterer samt väggtjocklek anges på designritningen. Typiska värden: 6–12 meter hög, 60–100 mm övre diameter, 130–200 mm nedre diameter, 3–6 mm väggtjocklek. Ståltypen väljs utifrån dess bräckhållighet:

• Q235 (ASTM A36, Grädde 36) , bräckhållighet 235 MPa – standardval för stadsbelysning
• Q345 (ASTM A572, Grädde 50) , bräckhållighet 345 MPa – föredragen för områden med starka vindar
• ASTM A572, Grädde 65 , bräckhållighet 450 MPa – för områden med kraftiga orkaner

Bilagor (Steg 3–7: Solceller, belysningsenhet, batteri, utsträckningsarm, höjd)

Längd och bredd på panelerna hämtas från moduldatabladet; lutvinkeln från ritningen. Dimensionerna på belysningsenheten samt dess effektiv projicerad yta (EPA – Effective Projected Area) finns i den fotometriska filen. Dessutom anges information om batteriboxen, monteringshöjd, utsträckningsarmen samt totala monteringshöjden. EPA är det värde som ofta missförstås – det handlar inte om ytan av belysningsenheten själv, utan även om den del av belysningsenheten som exponeras för vindkraften.

Vad lösaren kontrollerar

Lösaren kontrollerar att alla angivna värden och parametrar stämmer överens med designkraven och tekniska specifikationerna. Detta inkluderar:

• Höjd, diameterer och väggtjocklek
• Ståltypen (Q235, Q345 eller Q345/A572, Grädde 36/50/65)
• Längd och bredd på paneler
• Lutvinkel
• Dimensioner på belysningsenhet
• EPA (effektiv projicerad yta)
• Informationen om batteribox, utsträckningsarm och monteringar

Beräkningen sker i en kedja: tryck omvandlas till kraft, och kraft multiplicerad med höjd blir böjmoment vid basen. Två bedömningar resulterar från denna beräkning, och båda måste godkännas.

Basen är den del av stolpen där stolpen är svagast: sektormodulen är minst i den nedre delen av en spetsformad stolpe, och det är just där svetsarna samt ankertärningarna finns. En säkerhetsfaktor på 1,5 till 2,0 gäller för standardmässiga kommunala projekt; i extrema tyfonzoner av kategori 5 ökas kraven till 2,5. Förskjutning (deformation) kontrolleras separat, eftersom en stolpe kan vara tillräckligt stark men ändå svaja mer än vad belysningsarmaturen eller allmänheten tolererar – regler begränsar i allmänhet förskjutningen till en hundraddel av stolpen höjd.

CAL-steget returnerar utdata-matriserna: validering av styrka, förskjutningsförhållande och den slutgiltiga säkerhetsfaktorn, samt den 3D-scen som kan roteras för att undersöka vindfältet och den lokalisera spänningsfördelningen. Inmatningen av vindhastighet omvandlas automatiskt mellan mph, m/s och km/h, så det behöver inte görs någon manuell justering mellan en kalkyl i ett system och en ritning i ett annat. Exportera rapporten i PDF-format – den kommer med tillbaka tillsammans med kalkylresultaten. Klientens ingenjör kan då kontrollera alla indata mot ritningen utan att behöva mata in något på nytt. När vi ger ett bud på en stolpe ingår just denna rapport som bilaga; en säkerhetsfaktor utan bakgrundsinformationer är bara ett tal.

Där kalkylern gör sitt nytta i vårt arbetsflöde

Vi använder denna metod vid tre olika tillfällen: under citeringen fastställs längden på stolparna samt tjockleken på väggarna innan något faktiskt tillverkas; den tidsåtgång på 10–15 minuter ersätter den tid som tidigare kunde pågå i två eller tre dagar. När en kund ställer en direkt fråga (t.ex. “Kommer stolpen att falla omvänd i en storm?”) svarar vi med information om säkerhetsfaktorer och förskjutningsgrader på skärmen, istället för bara tröstande ord. Om en offert anger vindhastighet på platsen kontrollerar beräkningsprogrammet vår standardstolp mot denna hastighet innan vi fastslår priset.

Den 3D-genererade informationen är inte bara för dekorativt ändamål – röda zoner vid svetspunkterna eller vid anslutningsställen visar tillverkaren var material ska tillsättas innan den första plattan skärs. Detta är billigare än att behöva göra reparationer efter en stormsäsong. De vanligaste orsakerna till fel i stolparnas funktion är inte matematiska fel, utan att informationen hämtats från fel rad i databladet, eller att den designade vindhastigheten har blivit bytt ut mot en mätning av en stormvind. Båda dessa situationer leder till att stolpar som på papperet verkar fungera faktiskt misslyckas under en storm.

För ett komplett tenderpaket är strukturell kontroll en av tre nödvändiga inspektioner. Använd denna kalkylator för energiförbrukning av solbelysning för att beräkna energibalanansen under 21 dagar, denna applikation för ljussimuleringen av IES för att kontrollera att ljusstyrkan uppfyller kraven, samt denna kalkylator för att utvärdera stolparna. Hela processen tar cirka 30 minuter – i motsats till de 2–3 dagar som traditionellt krävdes för att få samma resultat.

Vad denna verktyg inte gör: Kalkylatorn är ett verktyg för granskning och preliminär design. Den genererar inte en officiellt godkänd strukturell design. Om ditt projekt befinner sig i en områd med höga orkanrisker (t.ex. Florida, Karibien) och kräver certifierade tekniska godkännanden enligt AASHTO-riktlinjerna, sker denna bearbetning av vår ingenjörsteam på [email protected]. Resultaten från kalkylatorn fungerar då som indata för denna process, inte som ett ersättning för den officiella granskningen. Vi vill uppenbarligen förmedla detta, för att undvika missförstånd – särskilt eftersom en skärmdump kan ge den intrycket att vi har gett godkännande som vi faktiskt inte har gjort.

För själva hårdvaran: Varje all-in-one-solcellslamp som vi levererar baseras på en angiven designvindhastighet. Fråga oss om siffran innan du beställer, så visar vi dig beräkningen som ligger till grund för denna värde.

适用范围 ：以上介绍抗风计算工具的用法与适用边界。工具用于前期快速比选，不替代正式的结构设计文件。用于施工图或报建时，须由具备资质的设计单位出图。本文不覆盖地基与基础设计。