Tuulenpaine

Tuulenpaine on ilmakehän tuulen aiheuttama voima, jota kohdistuu rakenteisiin ja pintamateriaaleihin. Se kuvaa tilaa, jossa ilman liike luo paine-eroja rakennuksen pinnoille, ikkunoihin, kattoihin ja muihin osiin. Tuulenpaineen määritys on keskeinen osa rakennusten suunnittelua ja ilmanpaineen vaikutuksia pyritään huomioimaan sekä ulkoisissa että sisäisissä kuormissa.

Fysikaalisesti tuulenpaine määritellään dynamiikkapaineena q = 1/2 ρ v^2, missä ρ on ilman tiheys ja v on ilman suhteellinen nopeus kohtisuorassa pintaan nähden. Rakenteen pintaan kohdistuva todellinen paine on p = Cp · q, jossa Cp on external pressure coefficient, joka riippuu pinnan suunnasta, muodosta, pinnan karheudesta ja ilman virtauksesta ympäristössä. Cp voi olla sekä negatiivinen että positiivinen, mikä tarkoittaa paineen suuntaa sekä mahdollisia alipaine- tai ylipainevaikutuksia.

Hintaustekijät ja korkeussuhteet vaikuttavat tuulenpaineeseen: tuulen nopeus kasvaa korkeammalla ja kohdistuu eri tavalla erilaisiin rakennuksiin. V(z) voidaan mallintaa esimerkiksi v(z) = v_ref (z / z_ref)^α, jossa α on maanpinnan vaikutusta kuvaava eksponentti. Cp-arvot ja q(z) vaikuttavat rakennuksen suunnitteluun sekä ulkoisissa että sisäisissä paineissa, ja ne otetaan huomioon erityisesti rakennusmääräyksissä.

Käytännössä tuulenpaine on keskeinen osa rakennussuunnittelua. EU:n EN 1991-1-4 -standardi sekä Suomen rakentamismääräykset (RakMk) ohjaavat kuorma-arviointia, määrittävät referenssituulet sekä ilmanvaihto- ja ympäristötekijöiden huomioinnin. Tuulenpaineen huomiointi varmistaa rakenteiden turvallisuuden ja toimintakyvyn voimakkaissakin tuulituulissa.