Beschreibung
Im aktuellen Validierungsbeispiel untersuchen wir den Winddruckbeiwert (Cp) sowohl für die Hauptbemessung als auch für die Nebentragwerksplanung, wie z. B. Verkleidungs- oder Fassadensysteme, die auf der kanadischen Windlastnorm (NBC 2020) [1] und Japanische Windkanal-Datenbank für niedrige Gebäude mit 45° Neigung. Die empfohlene Einstellung für einen dreidimensionalen Flachbau mit 45 Grad Neigung wird im nächsten Teil beschrieben.
Der Schlüsselfaktor der CFD-Simulation ist, die kompatibelsten Konfigurationen mit Windlastnormen in Bezug auf Eingabedaten wie Turbulenzmodelle, Windgeschwindigkeitsprofile, Turbulenzintensitäten, Grenzschichtbedingungen, Diskretisierung und andere Faktoren 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 NBC 2020-Flachgebäudes mit 45-Grad-Neigung und experimentellen Daten aus vorgestellt Japanische Windkanal-Datenbank .
Analytische Lösung und Ergebnisse
Es wird das beiliegende Modell mit scharfen Traufen gemäß Bild 1 mit acht Zonen (1,1E,2,2E,3,3E,4,4E) angenommen. Die äußeren Winddruckbeiwerte des globalen und lokalen Bereichs für niedrige Gebäude mit 45-Grad-Neigungen sind in Bild 4.1.7.6.-A und Tabelle 4.1.7.6 dargestellt. im NBC 2020. 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 | href | 12 | m |
| Dachwinkel | θDach | 45 | Grad |
| Luftdichte - RWIND | ρ | 1.25 | kg/m3 |
| Windrichtungen | θWind | 0, 22.5, 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 | - | |
| verbleibender Typ - RWIND | Druck | - | |
| Mindestanzahl an Iterationen - RWIND | 800 | - | |
| Grenzschicht - RWIND | NL | 10 | |
| Art der Wandfunktion - RWIND | erweitert/gemischt | - | |
| Turbulenzintensität (beste Anpassung) - RWIND | I | Gelände 2 | |
Die globalen und lokalen Winddruckbeiwerte werden für alle Zonen unter Berücksichtigung der Windgeschwindigkeiten und Turbulenzintensitäten basierend auf der Geländekategorie 2 berechnet. Es werden auch vier Windrichtungen (θ = 0, 22,5, 30, 45 Grad) berücksichtigt, um die entsprechenden Werte des globalen Cp -Wertes in Bezug auf NBC 2020 und zu berechnen Japanische Windkanal-Datenbank . Das Windgeschwindigkeitsprofil und die globale Cp-Kontur für die experimentelle und numerische Studie mit RWIND sind in Bild 2, Bild 4 bzw. Bild 4 dargestellt, in denen der Wert des globalen und lokalen Cp für Haupt- und Nebenbauteile zwischen experimentellen Daten verglichen wird aus dem Windkanalversuch von Japan und RWIND 2. Darüber hinaus wird der Verlauf der Werte von Cp,ave und Cp,lokal der experimentellen Simulation, von NBC 2020 und RWIND in Bild 5 und Bild 6 hinsichtlich der acht Zonen für einen Flachbau verglichen Gebäude mit einer Neigung von 45 Grad.
Die experimentellen Werte werden manuell durch Betrachtung der Cp,ave - und RMS-Umrissbilder in ermittelt Japanische Windkanal-Datenbank . Auch das Windgeschwindigkeits- und Turbulenzprofil in RWIND wird mit der Geländekategorie zwei festgelegt, die in der Höhe variiert und auch besser auf Referenzen abgestimmt ist. Es ist wichtig, die Ergebnisse der stationären Simulation unter Verwendung von RANS k-ω SST zu beachten, die im aktuellen Validierungsbeispiel berücksichtigt wird, vor allem mit der experimentellen Studie eine gute Übereinstimmung zeigt. Als kritische Fälle werden unterschiedliche Windrichtungen für veränderliche Turbulenzintensität in der Höhe (basierend auf Gelände 2) betrachtet. Die Abweichung vom positiven Cp-Wert ist bei der numerischen und experimentellen Simulation höher im Vergleich zu NBC 2020, was als sehr konservativer Ansatz für die positiven Bereiche interpretiert werden kann.
Fazit
Im aktuellen Validierungsbeispiel untersuchen wir den aus RWIND ermittelten Winddruckbeiwert (Cp) sowohl für die Hauptbemessung als auch für die Nebentragwerksplanung wie z. B. Verkleidungs- oder Fassadensysteme, die auf der kanadischen Windlastnorm (NBC 2020) [1] u Japanische Windkanal-Datenbank für niedrige Gebäude mit 45° Neigung. 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. Es ist wichtig, das Szenario der kritischen Windrichtung und die transiente Simulation zu berücksichtigen, um den Extremwert von NBC 2020 zu erhalten. Die Abweichungswerte stammten hauptsächlich aus Sicherheitsfaktoren und dem statistischen Ansatz, der im Vergleich zu einer anderen Norm wie der ASCE 7-22 einen konservativeren Ansatz darstellt, insbesondere für positive Cp-Bereiche.
Außerdem finden Sie hier ein Flachdachmodell mit empfohlenen Einstellungen zum Herunterladen:
