Popis
V aktuálním validačním příkladu zkoumáme součinitel tlaku větru (Cp) ploché střechy a stěn s ASCE 7-22 jako minimální návrhová zatížení a související kritéria pro budovy a ostatní konstrukce [1]. V kapitole 28.3 (Zatížení větrem - systém odolávající hlavní síle větru) a na obr. 28.3-1 (zatěžovací stav 1) je tabulka, která ukazuje hodnotu Cp pro různé sklony střechy. V našem příkladu jsme jako plochou střechu vybrali θ=0.
Ačkoli výpočetní dynamika tekutin (CFD) se ve větrné technice používá stále častěji, ASCE 49 nepopisuje jasně všechny základní techniky pro CFD. Jakékoli použití CFD pro stanovení zatížení větrem pro hlavní návrhové systémy (MWFRS), C&C nebo jiné konstrukce' vyžaduje odborné posouzení a také verifikační a validační (V&V) studii [2] . Podobná norma je totiž ještě zapotřebí pro dokumentaci postupů potřebných pro získání spolehlivých a přesných zatížení větrem pomocí CFD nástrojů. Tato norma bude mezitím vypracována. Pro zajištění kvality a kontrolu kvality tohoto postupu v případě neexistence normy je zapotřebí [1].
Klíčovým faktorem při CFD simulaci je nalezení konfigurací, které nejlépe odpovídají normám, pokud jde o vstupní data, jako jsou modely turbulence, rychlostní profily větru, intenzity turbulence, podmínky mezní vrstvy, řád diskretizace a další faktory. Důležité je, že normy nepokrývají požadované informace pro numerickou simulaci, jako je CFD simulace. V aktuálním VE jsme představili nejkompatibilnější nastavení programu RWIND ve vztahu k příkladu střechy a stěn podle ASCE 7-22.
Analytické řešení a výsledky
Trojrozměrný uzavřený model (jednotka: m (ft)) podle obrázku 1, na kterém je znázorněno 8 větrných oblastí (1,2,3,4,1E,2E,3E,4E). Součinitele vnějšího tlaku (GCpf ) pro uzavřené, částečně uzavřené a částečně otevřené budovy s nízkými stěnami a střechami jsou znázorněny na obr. 28.3-1 normy ASCE 7-22. Důležité předpoklady a vstupní údaje jsou také uvedeny v tabulce 1.
| Tabulka 1: Rozměrový poměr a vstupní údaje | |||
| Základní rychlost větru | V | 30 (67,10) | m/s (mph) |
| Kategorie terénu | 2 | - | - |
| Střední výška střechy | h | 5 (16,40) | m (ft) |
| Vodorovná vzdálenost (vzdálenost od okraje) | α | 4 (13,12) | m (ft) |
| Úhel střechy | θstřechy | 0 | Stupeň |
| Hustota vzduchu - RWIND | ρ | 1,25 (0,078) | kg/m3 (lb/ft3 ) |
| Směry větru | θVítr | 0, 22.5, 45 | Stupeň |
| Model turbulence - RWIND | Stacionární RANS k-ω SST | - | - |
| Kinematická viskozita (rovnice 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 (1,6*10-4 ) | m2/s (ft2/s) |
| Řád schémat - RWIND | Druhý | - | - |
| Cílová reziduální hodnota - RWIND | 10-4 | - | - |
| Typ rezidua - RWIND | Tlak | - | - |
| Minimální počet iterací - RWIND | 800 | - | - |
| Mezní vrstva - RWIND | NL | 10 | - |
| Typ stěnové funkce - RWIND | Vylepšená / Smíšená | - | - |
| Intenzita turbulence (Best fit) - RWIND | I | Terén 2 | - |
Průměrný součinitel tlaku větru Cp se počítá pro různé oblasti s různou intenzitou turbulence. Pro stanovení kritické hodnoty Cp se uvažují tři směry větru (θ= 0, 22,5, 45 stupňů).Obr . se zohledňují při simulaci větru. Výsledky ukazují dobrou shodu, pokud se profil turbulence blíží kategorii Terén 2.
Závěr a výhled
V našem příkladu jsme zkoumali validaci průměrné hodnotyCp střech a stěn, která byla prezentována v ASCE 7-22 pomocí programu RWIND. Výsledky ukazují, že doporučená konfigurace programu RWIND dobře odpovídá normě. Vyšší intenzita turbulence blízká variantě profilu turbulence v terénu 2 ukazuje přesnější výsledky než profil s nízkou turbulencí. Pro získání extrémní hodnoty ASCE 7-22 je důležité zohlednit scénář kritického směru větru. Hodnoty odchylek (rozdíly okolo 20 %) pocházejí většinou ze součinitelů spolehlivosti a ze statistického přístupu používaného v normách.
Model ploché střechy s doporučeným nastavením je k dispozici ke stažení zde: