Descrizione
Nell'attuale esempio di convalida, esaminiamo il coefficiente di pressione del vento (Cp) della copertura piana e delle pareti con ASCE 7-22 come carichi minimi di progetto e criteri associati per edifici e altre strutture [1]. Nella sezione 28.3 (Carichi del vento - sistema resistente alla forza del vento principale) e nella Figura 28.3-1 (caso di carico 1), c'è una tabella che mostra il valore Cp per diversi angoli della copertura. Nell'esempio corrente, abbiamo selezionato θ=0 come copertura piana.
Sebbene le simulazioni di fluidodinamica computazionale (CFD) siano utilizzate più spesso nelle applicazioni di ingegneria del vento, ASCE 49 non descrive chiaramente tutte le tecniche essenziali per CFD. Qualsiasi utilizzo di CFD per determinare i carichi del vento del sistema resistente alla forza del vento principale (MWFRS), C&C o altre strutture' richiede una revisione tra pari e uno studio di verifica e convalida (V&V) [2] . Questo perché una norma simile è ancora necessaria per documentare le procedure necessarie per ottenere carichi del vento affidabili e accurati utilizzando gli strumenti CFD. Nel frattempo, questa norma sarà sviluppata. Per affrontare la garanzia della qualità e il controllo della qualità di questa procedura in assenza di una norma, è necessario [1].
Il fattore chiave della simulazione CFD è trovare le configurazioni più compatibili con le norme relative ai dati di input, come modelli di turbolenza, profili di velocità del vento, intensità di turbolenza, condizioni dello strato limite, ordine di discretizzazione e altri fattori. Il punto importante è che le norme non coprono le informazioni richieste per la simulazione numerica, come la simulazione CFD. Nell'attuale VE, abbiamo presentato le impostazioni RWIND più compatibili in relazione all'esempio della copertura e delle pareti ASCE 7-22.
Soluzione analitica e risultati
Il modello racchiuso tridimensionale (unità: m (ft)) è assunto secondo la Figura 1 che illustra 8 zone di vento (1,2,3,4,1E,2E,3E,4E). I coefficienti di pressione esterna (GCpf ), per edifici chiusi, parzialmente chiusi e parzialmente aperti con pareti basse e coperture sono presentati nella Figura 28.3-1 di ASCE 7-22. Le ipotesi importanti e i dati di input sono mostrati anche nella Tabella 1.
| Tabella 1: Rapporto dimensionale e dati di input | |||
| Velocità di riferimento del vento | V | 30 (67.10) | m/s (mph) |
| Categoria del terreno | 2 | - | - |
| Altezza media della copertura | h | 5 (16.40) | m (ft) |
| Quota orizzontale (distanza dal bordo) | α | 4 (13.12) | m (ft) |
| Angolo della copertura | θcopertura | 0 | Grado |
| Densità dell'aria - RWIND | ρ | 1,25 (0,078) | kg/m3 (lb/ft3 ) |
| Direzione del vento | θvento | 0, 22.5, 45 | Grado |
| Modello di turbolenza - RWIND | RANS stazionario k-ω SST | - | - |
| Viscosità cinematica (Equazione 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1.5*10-5 (1.6*10-4 ) | m2/s (ft2/s) |
| Ordine dello schema - RWIND | Secondo | - | - |
| Valore obiettivo residuo - RWIND | 10-4 | - | - |
| Tipo di residuo - RWIND | compressione | - | - |
| Numero minimo di iterazioni - RWIND | 800 | - | - |
| Strato limite - RWIND | NL | 10 | - |
| Tipo di funzione della parete - RWIND | Amplificato/Blended | - | - |
| Intensità turbolenza (Best Fit) - RWIND | i | Terreno 2 | - |
Il coefficiente medio di pressione del vento Cp è calcolato per varie zone con diverse intensità di turbolenza. Per trovare il valore critico di Cp, si considerano tre direzioni del vento (θ= 0, 22,5, 45 gradi). Il contorno Cp è illustrato nella Figura 2. La tabella dei valori di deviazione e il diagramma del valore di Cp sotto diverse intensità di turbolenza sono mostrati nella Figura 3 e nella Figura 4. Quattro costanti e una variabile (basata sul terreno 2) dell'intensità della turbolenza sono considerati per l'esecuzione di simulazioni del vento. I risultati mostrano un buon accordo quando il profilo di turbolenza è vicino alla categoria Terreno 2.
Conclusione
Nell'esempio attuale, abbiamo studiato la validazione del valore medio di Cp di coperture e pareti, che è stato presentato in ASCE 7-22 utilizzando RWIND. I risultati mostrano che la configurazione consigliata di RWIND ha un buon accordo con la norma. L'intensità di turbolenza più alta vicino al profilo di turbolenza variante del terreno 2 mostra risultati più accurati piuttosto che il profilo di turbolenza basso. È importante considerare lo scenario critico della direzione del vento per ottenere un valore estremo di ASCE 7-22. I valori di deviazione (circa il 20% di differenze) provenivano principalmente da fattori di sicurezza e dall'approccio statistico utilizzato nelle norme.
Inoltre, il modello di tetto piano con le impostazioni consigliate è disponibile per il download qui: