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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.
Mit RWIND 2 und RFEM 6 ist es nun möglich, Windlasten aus experimentell gemessenen Winddruckwerten auf Oberflächen zu berechnen. Grundsätzlich stehen zwei Interpolationsverfahren zur Verfügung, um punktuell gemessene Drücke auf den Flächen zu verteilen. Durch entsprechende Methoden- und Parametereinstellungen kann die gewünschte Druckverteilung erreicht werden.
Ein entscheidender Schritt bei der Numerischen Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics - CFD) ist es, ein Validierungsbeispiel zu erstellen, um Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Simulationsergebnisse zu gewährleisten. Bei diesem Vorgang werden die Ergebnisse der CFD-Simulationen mit experimentellen oder analytischen Daten aus realen Szenarien verglichen. Es soll der Nachweis erbracht werden, dass das CFD-Modell die physikalischen Phänomene, die es simulieren soll, wirklichkeitsgetreu abbilden kann. In diesem Beitrag werden die wesentlichen Schritte bei der Entwicklung eines Validierungsbeispiels für die CFD-Simulation erläutert, von der Auswahl eines geeigneten physikalischen Szenarios bis zur Analyse und dem Vergleich der Ergebnisse. Bei sorgfältiger Einhaltung dieser Schritte können sowohl Ingenieure als auch Experten in Forschung und Entwicklung die Glaubwürdigkeit ihrer CFD-Modelle erhöhen und so den Weg für deren effektiven Einsatz in verschiedenen Bereichen wie der Aerodynamik, der Luft- und Raumfahrttechnik sowie der Umwelttechnik ebnen.
Die Windrichtung spielt bei der Gestaltung der Ergebnisse von CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics - Numerische Strömungsmechanik) und der statischen Bemessung von Gebäuden und Infrastrukturen eine entscheidende Rolle. Sie ist ein entscheidender Faktor bei der Beurteilung, wie Windkräfte mit Bauwerken interagieren, und beeinflusst die Verteilung des Winddrucks und folglich die Maßnahmen hinsichtlich der Statik. Das Verständnis zur Auswirkung der Windrichtung ist unerlässlich, um Konstruktionen zu entwickeln, die wechselnden Windkräften standhalten sollen und somit die Sicherheit und Dauerhaftigkeit von Tragwerken gewährleisten. Einfach ausgedrückt hilft die Anströmrichtung bei der Feinabstimmung von CFD-Simulationen und der Anleitung von statischen Bemessungsprinzipien, eine optimale Leistung und Widerstandsfähigkeit gegenüber windinduzierten Effekten zu erzielen.
CFD-Berechnungen sind im Allgemeinen sehr komplex. Die genaue Berechnung von Windströmungen um komplizierte Strukturen herum ist sehr rechen- und zeitintensiv. In vielen bautechnischen Anwendungen wird eine hohe Genauigkeit nicht benötigt; in solchen Fällen ermöglicht es unser CFD-Programm RWIND 2, das Modell der Struktur zu vereinfachen und so die Kosten erheblich zu reduzieren. In diesem Beitrag werden einige Fragen zur Vereinfachung beantwortet.
Die Einhaltung von Bauvorschriften wie dem Eurocode ist unerlässlich, um die Sicherheit, Stabilität und Nachhaltigkeit von Gebäuden und anderen Strukturen zu gewährleisten. Die Numerische Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics), kurz CFD, spielt dabei eine entscheidende Rolle, indem sie das Verhalten von Flüssigkeiten simuliert, Bemessungen optimiert sowie Architekten und Ingenieuren dabei hilft, die Anforderungen des Eurocodes in Bezug auf Windlastanalyse, natürliche Lüftung, Brandsicherheit und Energieeffizienz zu erfüllen. Durch die Integration von CFD in den Planungsprozess können Fachleute sichere, effiziente und vorschriftenkonforme Gebäude erstellen, die den höchsten Bau- und Design-Standards in Europa entsprechen.
Die Ereignisse der letzten Jahre erinnern uns daran, wie wichtig erdbebensicheres Bauen in gefährdeten Regionen ist. Sie als Ingenieur müssen beim Entwerfen von Bauwerken permanentes zwischen Wirtschaftlichkeit – und den finanziellen Möglichkeiten – sowie der statischen Sicherheit abwägen. Ist ein Kollaps unvermeidlich, bewerten Sie, wie sich dieser auf das Bauwerk auswirkt. Dieser Artikel soll Ihnen eine Option aufzeigen, wie Sie diese Bewertung durchführen können.
Großmaßstäbliche Modelle sind Modelle, die eine mehrdimensionale Skalierung enthalten und daher eine erhöhte Rechenleistung erfordern. In diesem Beitrag wird gezeigt, wie Sie die Berechnung solcher Modelle vereinfachen und im Hinblick auf die gewünschten Ergebnisse optimieren können.
Der Einsatz von RFEM 6 und Blender mit dem Bullet Constraints Builder Add-on zielt darauf ab, den Einsturz eines Modells auf der Grundlage echter physikalischer Eigenschaftsdaten grafisch darzustellen. RFEM 6 dient dabei als Geometrie- und Simulationsdatenquelle. Der Beitrag behandelt ein weiteres Beispiel, das zeigt, warum es wichtig ist, unsere Programme als sogenanntes BIM Open zu pflegen, um eine Zusammenarbeit über viele Softwarebereiche hinweg zu erreichen.
Die Größe des Rechengebiets (Windkanalgröße) ist ein wichtiger Aspekt in der Windsimulation, der einen erheblichen Einfluss auf die Genauigkeit sowie die Kosten von CFD-Simulationen hat.
In der Numerischen Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics - CFD) können komplexe Flächen, die nicht vollständig massiv sind, mithilfe eines porösen und durchlässigen Mediums modelliert werden. In der Praxis sind das beispielsweise textile Bauten für Windschutzkonstruktionen, Drahtgewebe, perforierte Fassaden und Verkleidungen, Jalousien sowie Rohrbündel (übereinander angeordnete, horizontale Zylinder) usw.
Windschutzkonstruktionen sind spezielle textile Konstruktionen, die die Umwelt vor schädlichen chemischen Partikeln schützen sowie Winderosion eindämmen sollen, und dabei helfen wertvolle Ressourcen zu erhalten. RFEM und RWIND werden für die Wind-Tragwerk-Analyse zur einseitigen Fluid-Struktur-Kopplung (fluid-structure interaction (FSI)) eingesetzt. In diesem Beitrag wird gezeigt, wie Windschutzkonstruktionen mit RFEM und RWIND statisch bemessen werden können.
RWIND 2 ist ein Programm zur Generierung von Windlasten auf Basis von CFD (Computational Fluid Dynamics). Die numerische Simulation von Windströmungen wird um Gebäude jeglicher Art generiert, auch solche die eine unregelmäßige oder einzigartige Geometrie aufweisen, um die Windlasten auf Flächen und Stäben zu bestimmen. RWIND 2 lässt sich bei der statischen Berechnung in RFEM/RSTAB integrieren oder als eigenständiges Programm verwenden.
In diesem Beitrag werden anhand eines geometrisch simplen Modells die Ergebnisse von RWIND, ABAQUS und ANSYS zusammen mit einem Windkanalversuch verglichen.
RWIND 2 ist ein Programm zur Generierung von Windlasten auf Basis von CFD (Computational Fluid Dynamics). Die numerische Simulation von Windströmungen wird um Gebäude jeglicher Art generiert, auch solche die eine unregelmäßige oder einzigartige Geometrie aufweisen, um die Windlasten auf Flächen und Stäben zu bestimmen. RWIND 2 lässt sich bei der statischen Berechnung in RFEM/RSTAB integrieren oder als eigenständiges Programm verwenden.
Für die Simulation von Lagerspiel in einer Verbindung zwischen Stäben kann die Funktion "Diagramm" bei Stabendgelenken verwendet werden. Um diese Option nutzen zu können, muss zunächst der entsprechende Freiheitsgrad als Gelenk definiert werden. Danach lässt sich in der Liste die Option "Diagramm" wählen.
Bauwerke reagieren abhängig von ihrer Steifigkeit, Masse und Dämpfung unterschiedlich auf eine Windeinwirkung. Hier wird grundsätzlich zwischen schwingungsanfälligen und nicht schwingungsanfälligen Gebäuden unterschieden.
Die Computertechnologie hat die digitale Tragwerksplanung fest im Griff. Jede neue Entwicklung erlaubt es den beteiligten Planern, die Grenze des Machbaren weiter nach oben zu schieben.
Tragwerke sind von Natur aus dreidimensional. Weil man aber in der Vergangenheit nicht in der Lage war, Berechnungen an dreidimensionalen Modellen ohne weiteres durchzuführen, wurden die Tragwerke vereinfacht und in ebene Teilsysteme zerlegt. Mit der zunehmenden Leistungsfähigkeit von Computern und zugehöriger Software kann man heute oft auf diese Vereinfachungen verzichten.Digitale Trends, wie zum Beispiel Building Information Modeling (BIM) oder neue Möglichkeiten der Erstellung von realitätsnah visualisierten Modellen, verstärken diesen Trend. Aber haben wir von 3D-Modellen wirklich einen Vorteil oder folgen wir nur einem Trend? Nachfolgend einige Argumente für die Arbeit in 3D-Modellen.
Gebäude sind windumströmte Körper. Dabei entstehen durch die Umströmung spezifische Lasten auf die Oberflächen, die in der Tragwerksplanung zur Auslegung heranzuziehen sind.
Die Digitalisierung im Bauwesen schreitet mit zunehmender Dynamik voran. Tragwerksplaner, eine in der Zahl eher kleinere Gruppe in der Baubranche, gelten nicht immer als die Ingenieure, die sofort auf alle neuen Züge aufspringen. Oft auch aus gutem Grund. Nicht wenige sehen darin eine Ursache, warum Themen wie die Anwendung der BIM-Methode hier noch nicht der Standard sind. Die zurückliegenden Jahre zeigen jedoch, dass ein Umdenken einsetzt und neue, digitale Trends offen aufgenommen werden und zur Anwendung kommen.
Diese Studie vergleicht den Winddruck auf ein hohes Gebäude aus der RWIND-Simulation-Berechnung mit den Ergebnissen von Dagnew et al., die auf der 11th Americas Conference on Wind Engineering im Juni 2009 veröffentlicht worden sind. In diesem Artikel werden die Windergebnisse auf das Commonwealth Advisory Aeronautical Council (CAARC) Gebäude nach verschiedenen numerischen Methoden mit den experimentellen Daten auf Basis von Windkanalversuchen miteinander verglichen.
Bei der Abbildung einer Rippe aus Stahlbeton mit darüberstehender Mauerwerkswand besteht die Gefahr einer Unterbemessung der Rippe, wenn das Tragverhalten des Mauerwerks nicht korrekt berücksichtigt und die Verbindung zwischen Mauerwerkswand und Unterzug nicht ausreichend genau modelliert wird. Dieser Artikel soll sich mit dieser Problematik und den möglichen Modellierungen einer solchen Konstruktion auseinandersetzen. Im Beispiel wird die Bewehrung rein aus den Schnittgrößen und ohne jegliche konstruktive Mindestbewehrung ermittelt.
Bei der Modellierung mit finiten Elementen stößt man früher oder später auf die Frage, wie zwei aufeinanderliegende Flächen (2D-Elemente) modelliert werden können. Nicht selten wird der Gedanke umgesetzt, beide Flächen in der gleichen Ebene zu modellieren. Welche Folgen dies haben kann und ob es eventuell bessere Lösungsansätze gibt, soll im Folgenden betrachtet werden.
Die Modellierung von flächigen Bauteilen wie Scheiben ist generell nur in RFEM möglich. Ist es in einem bestimmten Fall erforderlich, die aussteifende Wirkung einer Scheibe zu definieren, so kann dies auch in RSTAB simuliert werden.
Das erste Ergebnis einer FE-Berechnung sind immer die Verformungen der FE-Knoten. Auf Basis dieser Verformungen und der Steifigkeit der Elemente können Dehnungen, Schnittgrößen und Spannungen berechnet werden.
In RFEM können Stäbe in Flächen zerlegt werden, um beispielsweise eine genaue FE-Simulation an einem Stab durchzuführen. Bestimmte Parameter wie eine automatische FE-Netzverdichtung oder starre Flächen können vor dem Zerlegen eingefügt werden.