Di solito, le strutture non sono considerate suscettibili alle vibrazioni se le deformazioni sotto l'azione del vento per risonanza della raffica non sono aumentate di oltre il 10 % [2]. In questo caso, l'azione del vento variabile nel tempo può essere descritta come un carico statico equivalente.
Supponendo che le turbolenze all'interno del flusso del vento siano molto grandi in relazione alle dimensioni dell'edificio, una distribuzione della pressione p ad azione statica su una geometria dell'edificio può essere calcolata con RWIND Simulation secondo il "metodo quasi stazionario" o la cosiddetta raffica concetto [3].
Fondamentalmente, si assume un campo di flusso stazionario attorno al modello di analisi per la fluttuazione della velocità turbolenta per la durata della raffica's [3]. La fluttuazione della pressione sulla superficie del modello dalla turbolenza di afflusso è quindi vista come uno stato stazionario per un certo periodo di tempo t. Pertanto, le fluttuazioni seguono esattamente l'andamento dei coefficienti di pressione mediati nel tempo cp,mean sulla superficie del modello.
La risultante pressione indotta dal vento Δp(t) sulle superfici del modello dipende quindi esclusivamente dalla velocità di ingresso v(t).
ρ | Densità dell'aria |
eqv | Velocità in ingresso |
cp, media | Coefficiente di pressione medio nel tempo |
t | Tempo |
Quindi, il valore del vettore velocità di ingresso v(t) è:
v(t)² = (vx,media + vx,fluttuazione (t))² + vy,fluttuazione (t)² + vz,fluttuazione (t)²
Se i termini al quadrato danno solo un piccolo contributo, il valore efficace del vettore velocità di ingresso v(t) è il risultato:
v(t)² = vx,media ² + 2 ⋅ vx,media ⋅ vx,fluttuazione (t)
Utilizzando la velocità di ingresso efficace nell'equazione della pressione indotta dal vento si ottiene:
Δp(t) = 1/2 ⋅ ρ ⋅ vx,mean ² [1 + (2 ⋅ vx,fluttuazione (t))/vx,mean ] ⋅ cp,mean
Questa trasformazione mostra che la fluttuazione della pressione del vento Δp(t) dipende solo dalla fluttuazione della velocità del vento vx,fluttuazione (t) nella direzione principale di afflusso x.
Se si sostituisce la fluttuazione della velocità variabile nel tempo vx,fluctuation (t) con la fluttuazione della velocità massima che si verifica vx,fluctuation,max, si rimuove la variabilità temporale dal sistema.
Se quindi si confronta il termine vx,fluttuazione,max/vx,media come multiplo g dell'intensità della turbolenza Iv (z),
δeqv |
Deviazione standard dalla velocità media vmedia
|
vmedia (z) | Velocità media dipendente dall'altitudine |
Z | altezza fuori terra |
è possibile descrivere il termine tra parentesi quadre come il coefficiente di raffica G(z). Inserendo i termini nell'equazione del carico del vento nominale risulta:
ρ | Densità dell'aria |
vmedia | Velocità media in ingresso |
G (z) | Fattore di raffica dipendente dall'altitudine |
cp, media | Coefficiente di pressione medio nel tempo |
dove
g | Fattore per la definizione della durata della raffica |
Iov (z) | Intensità della turbolenza in funzione dell'altitudine |
Z | altezza fuori terra |
Ad esempio, nella EN 1991-1-4, il coefficiente g è utilizzato per descrivere la durata della raffica 3.5.
RWIND Simulation calcola i valori medi delle pressioni pmedia sulla superficie del modello in funzione di una velocità di ingresso vx (z) mediante una soluzione stazionaria delle equazioni RANS utilizzando l'algoritmo SIMPLEC. Poiché i valori medi dei coefficienti di pressione cp,mean si basano sul rapporto tra i valori di pressione media determinati pmedia e la pressione massima indisturbata del vento all'altezza della copertura q(altezza della copertura),
cp,mean = pmedia/q(altezza della copertura)
è possibile utilizzare la velocità di ingresso dalla pressione della velocità massima del vento convertita q(z) sull'altezza per determinare i carichi nominali del vento secondo il concetto di raffica [1].
v(z) = √(2 ⋅ q(z)/ρ)
Pertanto, questa velocità del vento include la velocità media del vento vmedia e la componente massima di fluttuazione vfluttuazione. In questo caso, l'intensità della turbolenza di afflusso può essere impostata costantemente sull'altezza su un valore molto piccolo di circa il 5% [4].
Quando si considerano gli effetti delle forze che agiscono sull'intero edificio o su grandi superfici, questo metodo fornisce un'ottima approssimazione al carico del vento naturale [3]. Il motivo è che gli effetti di piccola turbolenza mascherati dalla media agiscono solo in aree parziali e non hanno un effetto evidente a causa dell'integrazione globale dei valori delle forze.
Inoltre, il concetto reagisce molto bene anche per piccole aree parziali con afflusso frontale, poiché qui le fluttuazioni della pressione efficace sono già molto ben registrate nel profilo della velocità di picco del vento [3].
Al contrario, il sistema risulta in una minore convergenza con la realtà per le superfici con separazione del flusso (pareti laterali e posteriori). È soprattutto in queste zone che la turbolenza indotta dall'edificio "svanisce" calcolando la media utilizzando il concetto di raffica ha un effetto maggiore rispetto all'effetto della turbolenza di afflusso contenuto nel profilo di velocità di ingresso.