风速和风压计算关系

广告牌和风压计算

协飞

最近有读者来信询问如何计算风压，他的问题是：“我想知道9-10 级大风时，楼顶的广告牌一平方要承受多大的风压？”

我想，大多数经营户外广告牌的广告公司可能都会问类似问题，因为广告公司在楼顶安装广告牌时首先会想到，遇大风时该广告牌能否承受相应的风压。遇上大风如果广告牌不能承受相应的风压，则有可能造成难以预料的后果：如广告牌从楼顶被吹落，砸伤楼下行人或造成自己或他人财产受损。如果保险公司承保这块广告牌，当然也会首先估算一下该广告牌被大风吹落的概率有多大。事实上，即使在平地上安装广告牌，这个问题依然存在。记得几年前，江苏某市曾有路边广告牌被大风吹落导致公路交通受阻的例子。因此，无论对于广告公司还是保险公司，根据当地可能出现的大风事先估算广告牌承受的风压显得尤为重要。

下面我们就来讨论风压的计算问题。

我们知道，风压就是垂直于气流方向的平面所受到的风的压力。根据伯努利方程得出的风－压关系，风的动压为

wp=0.5·ro·v² (1)

其中wp为风压[kN/m²]，ro为空气密度[kg/m³]，v为风速[m/s]。

由于空气密度(ro)和重度(r)的关系为 r=ro·g, 因此有 ro=r/g。在(1)中使用这一关系，得到

wp=0.5·r·v²/g (2)

此式为标准风压公式。在标准状态下(气压为1013 hPa, 温度为15°C), 空气重度 r=0.01225 [kN/m³]。纬度为45°处的重力加速度g=9.8[m/s²], 我们得到

wp=v²/1600 (3)

此式为用风速估计风压的通用公式。应当指出的是，空气重度和重力加速度随纬度和海拔高度而变。一般来说，r/g 在高原上要比在平原地区小，也就是说同样的风速在相同的温度下，其产生的风压在高原上比在平原地区小。

现在我们将风速代入(3), 10 级大风相当于 24.5-28.4m/s, 取风速上限 28.4m/s, 得到风压wp=0.5 [kN/m²], 相当于每平方米广告牌承受约51千克力。

有兴趣的读者可以查查现在全国哪里风力最大，再算一算风压有多大。然后在家等着吧，或许广告公司不久会来找你咨询:)。