Beschreibung
Im vorliegenden Validierungsbeispiel wird der Wert des Winddruckbeiwerts (Cp ) sowohl für die allgemeine Tragwerksplanung (Cp,10 ) als auch für die Bemessung bzw. Bemessung (Cp,1 ) der Verkleidung bzw. der Fassadenkonstruktion auf der Grundlage des Flachdachs EN 1991-1-4 [1] and Japanische Windkanal-Datenbank . Die empfohlene Einstellung für ein dreidimensionales Flachdach mit spitz zulaufender Traufe wird im nächsten Teil beschrieben.
Der Schlüsselfaktor der CFD-Simulation ist, die normenkonformen Konfigurationen in Bezug auf Eingabedaten wie Turbulenzmodelle, Windgeschwindigkeitsprofile, Turbulenzintensitäten, Grenzschichtbedingungen, Diskretisierung usw. zu finden. Wichtig ist, dass die Normen nicht die erforderlichen Informationen für eine numerische Simulation wie z. B. CFD-Simulation abdecken. Im aktuellen VE wurden die kompatibelsten RWIND-Einstellungen am Beispiel des scharfkantigen Daches nach EN 1991-1-4 und experimentelle Daten aus vorgestellt Japanische Windkanal-Datenbank .
Analytische Lösung und Ergebnisse
Es wird das beiliegende Modell mit scharfen Traufen gemäß Bild 1 mit vier Zonen (F, G, H, I) angenommen. Die Außendruckbeiwerte (Cp,10 ) und (Cp,1 ) für Flachdächer sind in EN 1991-1-4, Bild 7.6 und Tabelle 7.2 dargestellt. Tabelle 1 zeigt auch wichtige Annahmen und Eingabedaten für RWIND, das für die numerische CFD-Simulation verwendet wird.
| Tabelle 1: Abmessungsverhältnis und Eingabedaten | |||
| Basiswindgeschwindigkeit | V | 22 | m/s |
| Geländekategorie | 2 | ||
| Seitenwindabmessung | F | 16 | m |
| Entlang derWindbemaßung | d | 16 | m |
| Mittlere Dachhöhe | h | 4 | m |
| Dachwinkel | θDach | 0 | Grad |
| Luftdichte - RWIND | ρ | 1.25 | kg/m3 |
| Windrichtungen | θWind | 0,15, 30, 45 | Grad |
| Turbulenzmodell - RWIND | Stetige RANS k-ω SST | - | |
| Kinematische Viskosität (Gleichung 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Schemareihenfolge - RWIND | 2. | - | |
| Verbleibender Zielwert - RWIND | 10-4 | - | |
| Residuentyp - RWIND | Druck | - | |
| Mindestanzahl der Iterationen - RWIND | 800 | - | |
| Grenzschicht - RWIND | NL | 10 | |
| Typ der Wandfunktion - RWIND | Erweitert/Überblendet | - | |
| Turbulenzintensität (beste Anpassung) - RWIND | I | Gelände 2 |
Der durchschnittliche Winddruckbeiwert (Cp,10 ) und (Cp,1 ) wird für alle Zonen unter Berücksichtigung unterschiedlicher Windgeschwindigkeiten und Turbulenzintensitäten basierend auf der Geländekategorie 2 berechnet. Vier Windrichtungen (θ = 0, 15, 30, 45 Grad) werden berücksichtigt, um die zugehörigen Werte von (Cp,10 ) und (Cp,1 ) bezogen auf den Eurocode zu berechnen. Die Kontur von Cp,10 ist in Bild 2 dargestellt, die zwischen experimentellen Daten aus dem Japanischen Windkanalversuch und RWIND 2 verglichen wird. Die Cp,10 - und Cp,1 -Werte experimenteller Daten, von Eurocode und RWIND werden verglichen in Bild 3 und Bild 4 bei einer scharfen Kante dargestellt. Die experimentellen Werte werden manuell durch Betrachtung des Cp-Umrissdiagramms in der japanischen Datenbank ermittelt. Auch das Windgeschwindigkeits- und Turbulenzprofil in RWIND wird mit der in der Höhe unterschiedlichen EU-Gelände-Zwei-Formel festgelegt. In Bild 5 ist in der transienten Simulation ein positiver Cp,1 auf dem Dach zu sehen, was in der stationären Simulation nicht möglich ist. Tatsächlich kann der Effekt der Windlast schwankenden und wirbelerregten Querschwingungen ein besserer Fang in der transienten Simulation sein. Für die Durchführung von Windsimulationen wird der kritische Fall durch Windrichtung für konstante und veränderliche (basierend auf Gelände 2) Turbulenzintensität berücksichtigt. Die Ergebnisse zeigen für die meisten Bereiche eine gute Übereinstimmung, wenn sich das Turbulenzprofil nahe den Werten der Gelände-2-Kategorie nähert. Es gibt einen Bereich (I) in dem positive und negative Winddruckbeiwerte berücksichtigt werden sollen.
Fazit
Im aktuellen VE-Beispiel wurde die Validierung des Cp -Durchschnittswertes für Cp,10 und Cp,1 in Bezug auf ein scharfkantiges Dach untersucht, das auf der Grundlage von EN 1991-1-4 und eines japanischen Windkanals vorgestellt wurde Daten im Vergleich zu RWIND 2. Die Ergebnisse zeigen, dass die empfohlene RWIND-Konfiguration mit den meisten Zonen im Eurocode eine gute Übereinstimmung aufweist. Die höhere Turbulenzintensität nahe dem Varianten-Turbulenzprofil von Gelände 2 zeigt genauere Ergebnisse als das niedrige Turbulenzprofil. Es ist wichtig, das Szenario der kritischen Windrichtung und die transiente Simulation zu berücksichtigen, um einen Extremwert von EN 1991-1-4 zu erhalten. Die Abweichungswerte ergaben sich hauptsächlich aus Sicherheitsfaktoren und dem statistischen Ansatz, der einen konservativen Ansatz darstellt, der in der Norm verwendet wird.
Außerdem finden Sie hier ein Flachdachmodell mit empfohlenen Einstellungen zum Herunterladen:
