Bei Installationen im Außenbereich können mehrere Prüfungsaspekte eine Rolle spielen, die bei Installationen im Innenbereich nicht vorkommen, z. B. Umweltbedingungen wie Regen, Schnee, Graupel, Eis, Wasser, Sonnenlicht und Wind. In dieser Studie konzentrieren wir uns auf die Auswirkungen von Wind auf Beleuchtungskörper. Bei der Planung einer Außeninstallation ist die Berücksichtigung von Wind nicht so einfach wie die Auswahl einer flachen Leuchte. Es müssen zahlreiche weitere Aspekte berücksichtigt werden, wie z. B. die Windgeschwindigkeit am Installationsort (siehe Windkarte im Handbuch der American Society of Civil Engineers (ASCE) 7-10 International Building Code), die Höhe der Installation, die Größe (Fläche) der Leuchte(n), das Gewicht der Leuchte(n), der Neigungsgrad der Leuchte(n), die aufgelisteten EPA-Werte von Halterungen oder Zubehörteilen, die an der Leuchte(n) angebracht sind oder an denen die Leuchte(n) montiert wird (werden), und vieles mehr. Die Hersteller von Masten und Halterungen veröffentlichen die EPA-Werte und Einschränkungen ihrer Produkte. Die Hersteller von Leuchten veröffentlichen die EPA-Einstufungen ihrer Produkte oder stellen die Daten auf Anfrage zur Verfügung.
Was ist das EPA?
EPA ist die effektive projizierte Fläche (Windlast) eines Objekts und/oder einer Struktur. Die EPA wird für den ungünstigsten Fall von Außenanlagen berechnet.
EPA-Berechnung
Die Berechnung der EPA oder der Windlast erfolgt nach der folgenden Formel: F = A x P x Cd.
In dieser Formel ist F (Kraft oder Windlast) gleich A (projizierte Fläche des Objekts) multipliziert mit P (Winddruck) multipliziert mit Cd (Widerstandsbeiwert). Diese Formel ist nicht für die Planung von Neubauten gedacht, sondern eher eine Grundformel für die Nachrüstung bestehender Gebäude.
Für Neubauprojekte gilt die Formel der Electronic Industries Alliance: F = A x P x Cd x Kz x Gh.
In dieser Formel ist F (Kraft) = A (projizierte Fläche) multipliziert mit P (Winddruck) multipliziert mit Cd (Widerstandsbeiwert) multipliziert mit Kz (Expositionskoeffizient) multipliziert mit Gh (Böenreaktionsfaktor).
Die projizierte Fläche(A) wird durch Berechnung der dreidimensionalen Form der Vorrichtung oder des Objekts ermittelt, die von der Form und Größe der Vorrichtung oder des Objekts abhängt. Eine standardmäßige Kastenform oder flache Form würde Länge x Breite umfassen. Eine Kreis-/Rundform wäre Länge x Breite, wobei die Breite dem Durchmesser der Kreis-/Rundform entspricht (siehe Abbildung unten).
Der Winddruck(P) wird durch Berechnung der Windgeschwindigkeit(v) zum Quadrat multipliziert mit 0,00256 ermittelt. Kurz gesagt: P = v² x 0,00256. Die Einheit für P wird immer als Pfund pro Quadratfuß (psf) angegeben.
Der Standard-Widerstandskoeffizient(Cd) einer kurzen kreisförmigen/runden Form beträgt 0,8, 1,2 für eine lange kreisförmige/runde Form und 1,4 für eine kastenförmige/flache Form einer Vorrichtung oder eines Objekts.
Der Expositionskoeffizient(Kz) wird ermittelt, indem die Höhe vom Boden bis zum Mittelpunkt der Vorrichtung/des Objekts(z) geteilt durch 33(²/7) berechnet wird. Kurz gesagt: Kz = [z/33](2/7).
Schließlich wird der Böenreaktionsfaktor(Gh) berechnet, indem die Höhe (h) der Vorrichtung/des Gegenstands in die folgende Formel eingesetzt wird: Gh = 0,65 + 0,60/[(h/33)(1/7)].
Die Hersteller von Konstruktionen veröffentlichen ihre Produkte oft auf der Grundlage der Windgeschwindigkeit in Meilen pro Stunde(MPH) und einem Böenfaktor von 1,3. Das maximale EPA(SQFT) und das maximale Gewicht (LBS), die für diese Struktur zulässig sind, werden in den Spezifikationsdaten angegeben. Ziehen Sie die Windkarte zu Rate, um die beste Struktur für Ihre Installation zu bestimmen, und begrenzen Sie dann die Anzahl der Vorrichtungen und Halterungen/Zubehörteile, die Sie an dieser Struktur verwenden, um die maximale EPA und das maximale Gewicht nicht zu überschreiten.
Lassen Sie uns dieses Wissen nutzen:
Ein runder, spitz zulaufender 25-Fuß-Stahlmast mit einer Geschwindigkeit von 100 MPH und einer Windstärke von 1,3 hätte zum Beispiel eine maximale EPA von 8,0 bis 19,8 SQFT [dependent upon the wall thickness] und eine maximale Gewichtszulassung von 200-495 LBS. Eine für die Installation gewählte Flut-/Spülervorrichtung könnte eine EPA von 2,2 SQFT und ein Gewicht von 46 LBS haben. Wenn der gewählte runde Stahlmast mit einer Länge von 25 Fuß einen maximalen Rauminhalt von 8,0 Quadratmetern und ein maximales Gewicht von 200 LBS hat, dann wären Sie auf 3 der ausgewählten Flut-/Waschvorrichtungen pro Mast beschränkt, da der Rauminhalt der 3 Einheiten zusammen 6,6 Quadratmeter und das Gewicht 138 LBS betragen würde. In diesem Szenario haben Sie noch eine gewisse Gewichtstoleranz, aber das Hinzufügen eines weiteren Geräts würde die 8,0 SQFT EPA-Toleranz überschreiten.
Abgesehen von der EPA gibt es noch weitere Faktoren, die je nach Aufbau der Anlage eine Rolle spielen, wie z. B. die Stoßfestigkeit (IK Rating) und die Vibrationsfestigkeit (IE: 3G, 4G), auf die in späteren Beiträgen eingegangen wird. Eine sichere Anlage berücksichtigt all diese Variablen.
Wenn Sie das EPA in der Hand haben, können Sie mit dem Aufbau einer sicheren Anlage beginnen.
Zusätzliche Informationsquellen:
Wie bereits erwähnt, enthält die ASCE 7-10 Windkarte detaillierte Angaben zu den Windgeschwindigkeiten in den Vereinigten Staaten. Diese Geschwindigkeiten beziehen sich auf eine 3-Sekunden-Böe. Zu den weiteren Quellen gehören Dokumente der Standard Specification for Structural Supports for Highway Signs, Luminaires, and Traffic Signals der American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) und der Canadian Highway Bridge Design Code (CAS-S6-06) der Canadian Standards Association.