Descripción
En el ejemplo de validación actual, investigamos el coeficiente de presión del viento (Cp) tanto para el diseño estructural principal como para el secundario, como sistemas de revestimiento o fachada basados en la norma de carga de viento de Canadá (NBC 2020) [1] y Base de datos japonesa de túneles de viento para un edificio de poca altura con una pendiente de 45 grados. La configuración recomendada para un edificio tridimensional de poca altura con una pendiente de 45 grados se describirá en la siguiente parte.
El factor clave de la simulación CFD es encontrar las configuraciones más compatibles con las normas de carga de viento con respecto a los datos de entrada, como los modelos de turbulencia, los perfiles de velocidad del viento, las intensidades de la turbulencia, las condiciones de la capa límite, el orden de discretización y otros factores. El punto importante es que las normas no cubren la información requerida para la simulación numérica, como la simulación con CFD. En el ejemplo de validación actual, presentamos la configuración de RWIND más compatible con respecto al ejemplo del edificio de poca altura NBC 2020 con una pendiente de 45 grados y datos experimentales de Base de datos japonesa de túneles de viento .
Solución analítica y resultados
El modelo de aleros afilados cerrado se supone según la figura 01, que tiene ocho zonas (1,1E,2,2E,3,3E,4,4E). Los coeficientes de presión del viento externo de áreas globales y locales para edificios de poca altura con pendientes de 45 grados se presentan en las Figuras 4.1.7.6.-A y la Tabla 4.1.7.6. en NBC 2020. Las suposiciones importantes y los datos de entrada para RWIND que se utilizan para la simulación numérica de CFD también se muestran en la Tabla 1.
| Tabla 1: Relación de dimensiones y datos de entrada | |||
| Velocidad básica del viento | V | 22 | m/s |
| Categoría de terreno | 2 | ||
| Dimensión perpendicular a la dirección del viento | b | 16 | m |
| Dimensión paralela a la dirección del viento | d | 16 | m |
| Altura media de cubierta | href | 12 | m |
| Ángulo de cubierta | θroof | 45 | Grados |
| Densidad del aire - RWIND | ρ | 1,25 | kg/m3 |
| Direcciones del viento | θviento | 0, 22.5, 30, 45 | Grados |
| Modelo de turbulencia - RWIND | RANS estacionario k-ω SST | - | |
| Viscosidad cinemática (ecuación 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Orden del esquema - RWIND | Segundo | - | |
| Valor teórico residual - RWIND | 10-4 | - | |
| Tipo residual - RWIND | Presión | - | |
| Número mínimo de iteraciones - RWIND | 800 | - | |
| Capa de contorno - RWIND | NL | 10 | |
| Tipo de función de muro - RWIND | Mejorado / mezclado | - | |
| Intensidad de la turbulencia (mejor ajuste) - RWIND | I | Terreno 2 | |
Los coeficientes de presión del viento globales y locales se calculan para todas las zonas considerando la velocidad del viento y las intensidades de turbulencia basadas en la categoría 2 del terreno. Además, se consideran cuatro direcciones del viento (θ = 0, 22,5, 30, 45 grados) para calcular los valores correspondientes del valor Cp global con respecto al NBC 2020 y Base de datos japonesa de túneles de viento . El perfil de la velocidad del viento y el contorno Cp global para el estudio experimental y numérico con RWIND se ilustran en la Figura 02, Figura 04 y Figura 04, respectivamente, en las que se compara el valor de Cp global y local para las barras estructurales principales y secundarias entre los datos experimentales de la prueba del túnel de viento japonés y RWIND 2. Además, el diagrama de los valores Cp,ave y Cp,local de la simulación experimental, NBC 2020 y RWIND se comparan en la figura 5 y la figura 6 con respecto a ocho zonas para edificios de poca altura con una pendiente de 45 grados.
Los valores experimentales se obtienen manualmente mediante la observación de Cp,ave, y las imágenes de contorno de RMS en el Base de datos japonesa de túneles de viento . Además, el perfil de la velocidad del viento y la turbulencia en RWIND se establece con la categoría de terreno 2, que es variable en altura y también se ajusta mejor a las referencias. Es importante tener en cuenta que los resultados de la simulación en estado estacionario utilizando RANS k-ω SST que se considera en el ejemplo de validación actual muestra una buena concordancia, especialmente con el estudio experimental. Los casos críticos se consideran diferentes direcciones del viento para una intensidad de turbulencia variable en altura (basándose en el terreno 2). La desviación del valor positivo de Cp es mayor para la simulación numérica y experimental en comparación con NBC 2020, lo que se puede interpretar como un enfoque muy conservador para las regiones positivas.
Conclusión
En el ejemplo de validación actual, investigamos el coeficiente de presión del viento (Cp) obtenido de RWIND tanto para el diseño estructural principal como para el secundario, como sistemas de revestimiento o fachada basados en la norma de carga de viento de Canadá (NBC 2020) [ 1] y Base de datos japonesa de túneles de viento para un edificio de poca altura con una pendiente de 45 grados. Los resultados muestran que la configuración recomendada de RWIND tiene una buena concordancia con la mayoría de las zonas en el Eurocódigo. La mayor intensidad de turbulencia cerca del perfil de turbulencia variable del Terreno 2 muestra resultados más precisos. Es importante considerar el escenario de dirección crítica del viento y la simulación transitoria para obtener el valor extremo de NBC 2020. Los valores de desviación provienen principalmente de los coeficientes de seguridad y el enfoque estadístico, que presenta un enfoque más conservador, especialmente para regiones Cp positivas en comparación con otra norma como ASCE 7-22.
Además, el modelo de cubierta plana con la configuración recomendada está disponible para descargar aquí:
