Di solito, le strutture non sono considerate sensibili alle vibrazioni se le deformazioni sotto l'azione del vento per risonanza delle raffiche non sono aumentate di più del 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 statica della pressione p sulla geometria dell'edificio può essere calcolata con RWIND Simulation secondo il "metodo quasi-stazionario" o il concetto di raffica [3 ].
Fondamentalmente, si assume un campo di flusso stazionario attorno al modello di analisi per la fluttuazione della velocità turbolenta durante la durata della raffica ' s. La fluttuazione di pressione sulla superficie del modello dalla turbolenza in ingresso 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, media sulla superficie del modello.
La pressione risultante indotta dal vento Δp (t) sulle superfici del modello dipende quindi semplicemente dalla velocità di ingresso v (t).
| ρ | Densità dell'aria |
| eqv | Velocità in ingresso |
| cp, media | Coefficiente di pressione medio nel tempo |
| t | Tempo |
Pertanto, 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 della 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, media ² [1 + (2 ⋅ vx, fluttuazione (t))/vx, media ] ⋅ cp, media
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 del flusso di afflusso principale x.
Se si sostituisce la fluttuazione di velocità variabile nel tempo vx, fluttuazione (t) con la massima fluttuazione di velocità che si verifica vx, fluttuazione, max , si rimuove la variabilità temporale dal sistema.
Se quindi si confronta il termine vx,fluctuation,max/vx,mean 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). L'inserimento dei termini nell'equazione del carico del vento nominale risulta in:
| 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 fattore g è utilizzato per descrivere la durata della raffica 3.5.
RWIND Simulation calcola i valori medi delle pressioni pmedie 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, la media si basa sul rapporto tra i valori di pressione media determinati pmedia e la pressione della velocità del vento massima indisturbata all'altezza del tetto q (altezza del tetto),
cp, media = pmedia/q (altezza del tetto)
è possibile utilizzare la velocità di ingresso dalla pressione della velocità di picco del vento convertita q (z) sull'altezza per determinare i carichi del vento nominali secondo il concetto di raffica [1].
v (z) = √ (2 ⋅ q (z)/ρ)
Questa velocità del vento include quindi la velocità media del vento vmedia e la componente massima di fluttuazione vfluttuazione. In questo caso, l'intensità della turbolenza in afflusso può essere impostata costantemente per tutta l'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 i piccoli effetti di turbolenza mascherati dalla media agiscono solo in aree parziali e non hanno un effetto evidente a causa dell'integrazione globale dei valori di forza.
Inoltre, il concetto reagisce molto bene anche per piccole aree parziali con afflusso frontale, poiché qui le fluttuazioni di pressione efficace sono già molto ben registrate nel profilo della velocità di picco del vento [3].
Al contrario, il sistema si traduce 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 "svanita" facendo la media utilizzando il concetto di raffica ha un effetto maggiore rispetto all'effetto di turbolenza in ingresso contenuto nel profilo della velocità dell'ingresso.
