עומס רוח: לחץ אופייני לפי ת"י 414, EN 1991-1-4

עומס רוח על מבנים בישראל נקבע לפי ת"י 414 המחלק את הארץ לארבעה אזורי רוח עיקריים על פי מהירויות רוח אופייניות ב-10 מטר גובה מעל הקרקע. אזור Z1 מכסה את מישור החוף מחיפה עד אשקלון ואת גוש דן, עם לחץ בסיס q_ref של כ-0.5 kPa. אזור Z2 כולל את השפלה, השרון, והחלקים הפנימיים של הגליל, עם q_ref של כ-0.7 kPa. אזור Z3 משתרע על רמת הגולן, הגליל העליון המערבי, והנגב הצפוני, עם q_ref של 0.9 kPa. אזור Z4 הוא אזור המדבר האקסטרמי של אילת ופרשת המים של ים המלח שבהם q_ref מגיע ל-1.1 kPa ויותר בגלל משטרי רוח מדבריים עזים ורוח מזרחית יבשה. המפה הישראלית שונה במהותה ממפת הרוח של אירופה כי ישראל אינה חשופה לסערות אוקיינוס אטלנטיות בדומה לבריטניה או צרפת, ולכן מהירויות הרוח האופייניות נמוכות יותר. לעומת זאת, מבנים בערבה וביהודה נדרשים להתמודד עם רוחות חולית עונתיות (שרקיה, חמסין) שיכולות להגיע למהירויות שיא של מעל 30 מטר/שנייה. היתרון של תקן ישראלי ייעודי הוא ש-q_ref כבר לוקח בחשבון את המציאות המקומית ואין צורך להמיר מערכים אירופאיים שמרניים מדי. יחד עם זאת, כל נוסחת החישוב של עומס הרוח והיישום על המבנה נלקחת ישירות מ-EN 1991-1-4 האירופאי, שהוא אחד הפרקים המפורטים ביותר של Eurocode.

חישוב עומס הרוח עובר שלושה שלבים. שלב 1: לחץ מהירות שיא q_p(z) = c_e(z) · q_ref , כאשר c_e(z) הוא מקדם חשיפה התלוי בגובה z ובקטגוריית השטח. קטגוריית שטח I היא שטח פתוח ליד הים (הרצליה פיתוח, בת ים); II היא שטח פתוח עם עצים בודדים (רוב המושבים); III היא שטח עירוני רגיל (גוש דן, חיפה); IV היא מרכזי ערים דחוסים (תל אביב מרכז, ירושלים). c_e נע בטווח 1.0 לקטגוריית IV בגובה 5 מטר, ועד 3.5 לקטגוריית I בגובה 50 מטר. שלב 2: לחץ חיצוני w_e = q_p · c_pe , כאשר c_pe הוא מקדם לחץ חיצוני התלוי בצד המבנה ובפרופורציות המבנה. הערכים הקלאסיים: c_pe = +0.8 על פני המבנה הפונות לרוח (windward); c_pe = -0.5 עד -0.7 על פני הצד (side, יניקה); c_pe = -0.3 על פני המבנה הנגדיים לרוח (leeward); c_pe = -1.0 עד -1.2 באזורי פינות ושפיצים של גגות שטוחים. הערכים השליליים מייצגים יניקה (suction) — המבנה נמשך החוצה מהדופן. שלב 3: כוח כולל F = w_e · A , כאשר A הוא השטח המשפיע (tributary area) של האלמנט הנבדק. המחשבון מסתמך על שלושת הפרמטרים הללו. המשתמש בוחר את אזור הרוח (ת"י 414), את קטגוריית השטח (EN 1991-1-4), את שטח האלמנט, ואת c_pe המתאים למיקום האלמנט על המבנה. המחשבון מחזיר את q_p, את w_e, ואת הכוח הכולל F על האלמנט. חשוב: לאלמנטים עם שטח גדול (קירות מסך, גג שלם) יש להשתמש ב-c_pe,10; לאלמנטים קטנים (חלונות בודדים, פחי פינה) יש להכפיל במקדם c_pe,1 הגבוה פי 1.3–1.6.

פרויקט מגורים ברחוב הירקון בתל אביב (אזור Z1, קטגוריית שטח III לעירוני). המבנה בגובה 15 מטר, חזית בשטח 5×5 מטר פונה לרוח המערבית. הזנת הערכים למחשבון: zoneKey='Z1' (q_ref=0.5 kPa), terrainCategory='III' (c_e≈2.1 בגובה 15m), tributaryArea=25 m², cpe=0.8 (חזית windward). חישוב המחשבון: q_p = 2.1 · 0.5 = 1.05 kPa; w_e = 1.05 · 0.8 = 0.84 kN/m²; F = 0.84 · 25 = 21 kN. כלומר 21 קילו-ניוטון על חזית בגודל של 5 על 5 מטר. בהמרה לקילוגרמים זה 2100 ק"ג של כוח רוח על האלמנט, או 84 ק"ג למטר רבוע. לאותו מבנה, החזית הפונה לצד (side wall, יניקה) עם c_pe=-0.7: w_e = 1.05 · -0.7 = -0.735 kN/m². כלומר יניקה של 73.5 ק"ג למטר רבוע מושכת את הקיר החוצה. זה חשוב במיוחד לקירות מסך זכוכית ולפחי ציפוי שעלולים להתנתק ולעוף. התכנון של עיגונים, בורגי קיר וחיבורי קונזול חייב לסבול את הכוח הזה בגורם בטיחות של 1.5 לפי EN 1991-1-4. אותו מבנה אם הוא ממוקם באזור Z3 (צפת) במקום Z1: q_ref עולה ל-0.9, q_p יקפוץ ל-1.89 kPa, ו-w_e ל-1.51 kN/m² בחזית. הכוח על אותה חזית יהיה 37.8 kN — כמעט פי 2 מתל אביב. זה ממחיש את חשיבות בחירת אזור הרוח הנכון מלכתחילה. באילת (Z4, q_ref=1.1) הערכים הקפיצה להיות גם יותר דרמטית, ולכן תכנון קירות מסך באילת שונה מהותית מקירות מסך בתל אביב.

המחשבון מבצע חישוב סטטי בלבד של עומסי רוח על אלמנטים שטוחים ואינו מטפל בתגובה דינמית. מבנים גבוהים (מגדלים מעל 30 מטר בישראל, כגון מגדלי המשרדים ברמת גן, תל אביב וחיפה) עשויים להרעיד בתדר יסודי קרוב לתדרי גסטים של רוח (0.1–1.0 Hz) ולפתח תגובה דינמית משמעותית. לתכנון כזה נדרש מקדם גסטים c_d וחישוב של תאוצות שיא באדי קומה לפי EN 1991-1-4 §6 ו-Annex B/C. עבור מגדלים במיוחד יש לערוך מנהרת רוח פיזית או סימולציה CFD. יניקה מקומית באזורי פינות ושפיצים של גגות שטוחים היא מקור לכשלים נפוצים של פחי גג וחיפוי. ת"י 414 ו-EN 1991-1-4 מגדירים אזורי F, G, H עם c_pe,1 אגרסיבי של עד -2.0 (למשל בפינות גגות שטוחים בקצוות). המחשבון מקבל c_pe כקלט ידני ומאפשר להזין את הערך המקומי המתאים — אבל על המשתמש לדעת לבחור את המקדם הנכון מהטבלאות. פרויקטים עם חזיתות מורכבות, גגות משופעים, גגות כיפה או גגות גלישה דורשים עיון מדוקדק של Annex A של EN 1991-1-4. המחשבון תקף לטווח רחב של פרויקטי בנייה רגילים בישראל: מבני מגורים 1 עד 8 קומות, מחסנים תעשייתיים סטנדרטיים בגובה 6 עד 12 מטר, תחנות ממסר תקשורת על גגות, ולוחות סולאריים. עבור מגדלי משרדים, תחנות רכבת עם גגות גדולים, גשרים לרוחב נחלים, או מבנים קלים עם יחס ממדים גבוה (אנטנות, לוחות פרסום) נדרשת ניתוח דינמי מלא. כלים משלימים: מחשבון עומס רעידת אדמה (EC5) למצב החירום השני שמבחני המבנה צריכים לעמוד בו, ומחשבון עיגון בבטון (EC9) לעיגון האלמנטים שמקבלים את עומסי הרוח.