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17. Januar 2024

Statische Berechnungen mit Windlasten aus experimentell gemessenen Druckwerten unter Verwendung von RWIND 2 und RFEM 6

Wenn windinduzierte Flächendruckwerte auf einem Gebäude vorhanden sind, können sie auf ein Tragwerksmodell in RFEM 6 angesetzt, von RWIND 2 verarbeitet und als Windlasten bei der Statikanalyse in RFEM 6 verwendet werden.

Einführung

Bei einem Gebäude mit regelmäßiger Form werden die Windlasten nach der entsprechenden Norm berechnet. Bei unregelmäßigen Strukturen, die nicht in den Normen enthalten sind, ist die Situation jedoch komplizierter. Mit unserem Einzelprogramm RWIND 2 können Sie die Windlasten mittels CFD-Analyse berechnen oder jetzt auch experimentell gemessene Winddruckwerte auf Oberflächen verwenden, um Windlasten für die Statikanalyse zu erhalten.

In RFEM 6 können Sie experimentelle Druckwerte an einem vorhandenen Strukturmodell Ihres Gebäudes definieren. Die experimentellen Daten werden dann nach RWIND exportiert. Anschließend führt RWIND eine Interpolation der experimentellen Daten auf den entsprechenden Flächen mit einer der ausgewählten Methoden durch und gibt die daraus resultierende Lastverteilung zurück an RFEM 6, wo die statische Berechnung stattfindet. Die wesentlichen Einstellungen können in RFEM 6 vorgenommen werden, während sich RWIND im Ruhemodus befindet. Die erweiterten Optionen der experimentellen Dateninterpolation können indes nur im interaktiven Modus von RWIND 2 ausgeführt werden.

Workflow in RFEM 6

1. Legen Sie bei Ihrem RFEM-Modell unter "Typen für Flächen" neue "zusätzliche Flächenergebnispunkte" an den Stellen fest, an denen sich die experimentellen Proben am realen Gebäude/Modell befinden. Wählen Sie die Fläche sowie die Koordinaten der Punkte aus und haken Sie die Option "Flächenprobe für Windanalyse" an (Bild 01, nur sichtbar, wenn im Dialog "Basisangaben" - "Add-Ons" die "Windsimulation" ausgewählt ist). Schließen Sie den Dialog oder gehen Sie direkt zum Lastfall-Dialog (falls ein Windanalyse-Lastfall bereits existiert).

2. Öffnen Sie den Lastfall-Dialog, erstellen Sie einen Lastfall mit dem Analyse-Typ "Windsimulation" und gehen Sie in das Register "Windsimulation". Setzen Sie unter "Optionen" das Häkchen bei "Experimentelle Daten aus dem Windkanal definieren". Es erscheint das neue Register "Experimentelle Daten" (Bild 02).

Wenn Sie die experimentellen Daten für die statische Analyse verwenden möchten, aktivieren Sie auch die Option "Experimentelle Daten für statische Analyse verwenden". (Wollen Sie die Ergebnisse mit der CFD-Berechnung in RFEM 6 vergleichen, kopieren Sie den Lastfall und deaktivieren Sie diese zweite Option.)

3. Selbst in Situationen, in denen Sie nur die experimentellen Daten festlegen, wird die CFD-Berechnung in RWIND durchgeführt, um ein korrektes Berechnungsnetz zu erzeugen und eine Überprüfung in RWIND 2 zu ermöglichen. Sollten Sie jedoch nur an einer statischen Analyse basierend auf den experimentellen Daten interessiert sein, können die Einstellungen der CFD-Windsimulationsanalyse reduziert werden und die Konvergenz der Berechnung muss nicht erreicht werden. Legen Sie ein hohes Konvergenzkriterium bzw. eine niedrige Anzahl an Iterationen fest.

Hinweis: Deaktivieren Sie im Menü "Berechnen" -> "Netz-Einstellungen" -> Register "Windsimulation" die Option "Flächendicke in Windsimulation berücksichtigen" (Bild 03). Die Proben werden in RFEM an der Mittellinie der Flächen definiert. Kann die Dicke nicht vernachlässigt werden, so muss die Probe in RWIND im interaktiven Modus definiert und an der richtigen Stelle auf der Fläche platziert werden.

4. Im Register "Experimentelle Daten" steht eine Tabelle mit zusätzlichen Flächenergebnispunkten für die Windsimulation zur Verfügung. Sie können hier auch neue Proben anlegen. In der Spalte "Druck" sind die experimentell gemessenen Druckwerte zu definieren. In der Spalte "Einwirkung auf Fläche" kann für jede Probe spezifisch eine Flächenbeschränkung zur Dateninterpolation vorgegeben werden. In der derzeitigen Programmversion müssen Zonen gemäß RFEM-Flächen jedoch im interaktiven RWIND-Modus angelegt werden (eine automatische Zuweisung im Silent-Modus wird in einer zukünftigen Version implementiert). Wenn Sie den Silent-Modus von RWIND verwenden möchten, dann lassen Sie diese Spalte leer. In den nächsten Spalten wird die genaue Stelle der Probe beschrieben (Bild 04).

Im Abschnitt "Interpolationsverfahren für experimentelle Daten" wählen Sie das Interpolationsverfahren aus. Die Einstellung gilt für alle Proben. Die Empfehlungen des geeigneten Verfahrens sind im Fachbeitrag 1871 beschrieben.

5. Berechnen Sie den Lastfall.

6. Die Statikanalyse wird mit Lasten durchgeführt, die aus den experimentell gemessenen Druckwerten berechnet wurden. Die Lastverteilung kann im Navigator - Ergebnisse -> Register "Statische Analyse" -> "Lastverteilung" -> "Last mittels RWIND und Pfützenbildung" kontrolliert werden (Bild 05). Der lokale pz-Wert entspricht dem Druck auf der Oberfläche (bei geschlossenen Strukturen mit Innendruck Null; genauer gesagt zeigt pz den Unterschied der Lasten auf beiden Seiten der Fläche an). Beachten Sie, dass das lokale Koordinatensystem korrekt ausgerichtet sein muss. Im Register "Windsimulation" werden die Ergebnisse aus der zugehörigen CFD-Simulation angezeigt.

7. Wenn Sie die experimentellen Daten mit der CFD-Berechnung vergleichen möchten, können Sie den interaktiven Modus von RWIND verwenden und die Ergebnisse in einem Lastfall (mit den richtigen CFD-Simulationseinstellungen) vergleichen oder separate Lastfälle für die experimentellen (mit reduzierten Simulationseinstellungen) sowie die CDF-Ergebnisse erstellen und sie in RFEM vergleichen.

Fazit

Windinduzierte Drücke, die auf Oberflächen von Gebäuden und Tragwerken gemessen werden, können in RFEM 6 definiert, im Silent-Modus von RWIND auf Flächen interpoliert und in RFEM 6 erneut als Windlast in der statischen Analyse verwendet werden. Die Ergebnisse können mit der CFD-Berechnung aus RWIND verglichen werden.


Autor

Frau Karoušová beschäftigt sich mit der Entwicklung im Bereich RWIND.