Generación de cargas de viento en el domo con base circular de acuerdo con EN 1991-1-4 en RFEM

Artículo técnico

Las cargas de viento de la estructura que se muestra en la Figura 01 se pueden dividir de la siguiente manera:

  • Carga de viento en paredes
  • Carga de viento en la cúpula

Figura 01 - Almacén con domo en base circular

Carga de viento en la pared

Para superficies de paredes, las cargas de viento se determinan de acuerdo con [1] , Cap. 7.9, que dice que los coeficientes de presión externa para cilindros circulares dependen del número de Reynolds, la rugosidad y la esbeltez de una superficie. En el caso del almacén que se muestra en la Figura 01, el número de Reynolds bajo la presión de velocidad de 0.70 kN / m² resulta en 3.35 × 107. Según la Figura 7.27, los coeficientes de presión externa para el número de Reynolds de 1.00 × 10 se basan en [1] 7 se utilizan por aproximación. Estos se requieren en RFEM para definir el factor de carga como una función del ángulo de rotación α.

Figura 02 - Determinación del número de Reynolds y los coeficientes de presión externa resultantes

Para definir una carga que varía a lo largo del perímetro, puede usar el tipo 'Carga variable libre', que se puede encontrar en el menú 'Insertar' → 'Cargar'. En el cuadro de diálogo correspondiente, puede seleccionar primero las superficies de la pared y definir la dirección de proyección. El viento actúa sobre el eje z local de la superficie, por lo que es necesario ajustar la dirección de la carga en consecuencia. Debe seleccionar la posición de carga para que todas las paredes estén rodeadas por la proyección del plano. Como valor de carga, la presión de velocidad se define de acuerdo con [1] , Cap. 4.5, o según el documento de solicitud nacional.

Dado que la carga a lo largo del perímetro no es constante, puede seleccionar la casilla de verificación 'A lo largo del perímetro: Variando'. Por lo tanto, es posible definir un factor de carga en cualquier ángulo a lo largo del perímetro, que factoriza el valor de carga del cuadro de diálogo anterior. Para el factor k α , puede adoptar el coeficiente de presión externa (c pe ) para el ángulo respectivo directamente. La forma más sencilla es preparar un documento en Excel y luego importar los parámetros utilizando la Importación de Excel. Antes de confirmar la entrada, se deben definir el eje de rotación y el ángulo inicial.

Figura 03 - Cuadro de diálogo para cargas variables gratuitas

Para verificar visualmente las cargas aplicadas, se recomienda seleccionar la casilla de verificación 'Distribución de carga' en el navegador de resultados (ver Figura 04). Para este control, es suficiente calcular una iteración para el caso de carga correspondiente. Esto ahorra tiempo en el caso de estructuras más grandes con una malla FE fina. La precisión de la distribución de la carga depende de la malla FE. Cuanto más fina es la malla FE, más precisos son los valores de carga.

Figura 04 - Distribución de la carga a lo largo del perímetro

Carga de viento en la cúpula

[1] , cap. 7.2.8 especifica los coeficientes de presión externa para domos con bases rectangulares y circulares. En el caso de las cúpulas con una base circular, los coeficientes de presión externa deben considerarse constantes a lo largo de cualquier plano perpendicular a la dirección del viento. Como puede ver en [1] , Figura 7.12, los coeficientes de presión externa pueden aplicarse a tres áreas (A, B y C). Las áreas intermedias pueden estar sujetas a una interpolación lineal.

El coeficiente de presión externa tiene un valor de -0.65 para el Área A, -0.80 para el Área B, y -0.25 para el Área C (ver Figura 05). Según [1] , Expresión 5.1, el resultado de la presión del viento para la presión de velocidad de 0.70 kN / m² es -0.46 kN / m² para el Área A, -0.56 kN / m² para el Área B, y -0.18 kN / m² para el Área C .

Figura 05 - Coeficientes de presión externa para domos con base circular

Esta carga se puede definir fácilmente en RFEM utilizando cargas rectangulares libres, que se pueden generar en el menú 'Insertar' → 'Cargas'. Además de definir el plano de proyección y la dirección de la carga, es posible considerar una función lineal para la distribución de la carga, que cubre la interpolación entre las áreas individuales como se menciona en el párrafo anterior. Ahora, se crean dos cargas rectangulares libres. Uno está designado para el Área A a B, el segundo para el Área B a C (consulte la Figura 06).

Figura 06 - Cuadro de diálogo para carga rectangular gratuita

La función de distribución de carga puede ayudarlo a controlar la carga de viento aplicada. Para una mejor documentación del efecto de carga, puede crear opcionalmente una sección (consulte la Figura 07).

Figura 07 - Distribución de carga en el domo

Figura 08 - Distribución de carga en domo y paredes

Más información

Los domos son muy sensibles a la acción de la carga del viento, especialmente cuando se llevan a cabo en una estructura de membrana o concha, y cuando el diámetro del domo es muy grande (por ejemplo, en el caso de estadios) [2] . En este caso, no es suficiente considerar solo una carga de viento, sino que también se deben analizar las distribuciones de tensión adicionales. Como [1] no describe todos los efectos del viento desfavorables, los coeficientes de presión del viento deben verificarse mediante pruebas de túnel de viento en el modelo. Por lo tanto, también puede considerar los efectos de la posición del domo (por ejemplo, para los edificios circundantes).

Referencia

[1] Eurocódigo 1: Acciones en estructuras - Parte 1‑4: Acciones generales - Acciones de viento ; EN 1991‑1‑4: 2010‑12
[2] DIN-Normenausschuss Bauwesen (NABau): Auslegung zu DIN 1055‑4 . (2011). Berlina.
[3] Taylor, T. (1992). Presiones del viento sobre una cúpula hemisférica. Diario de ingeniería eólica y aerodinámica industrial, 40 (2), 199‑213.

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