Descrizione
Nell'attuale esempio di convalida, esaminiamo il coefficiente di pressione del vento (Cp) sia per la progettazione strutturale principale che per la progettazione strutturale secondaria, come sistemi di rivestimento o facciate basati sulla norma canadese sui carichi del vento (NBC 2020) [1] e Database della galleria del vento giapponese per edifici bassi con pendenza di 45 gradi. L'impostazione consigliata per un edificio tridimensionale basso con una pendenza di 45 gradi sarà descritta nella parte successiva.
Il fattore chiave della simulazione CFD è trovare le configurazioni più compatibili con gli standard di carico del vento per quanto riguarda i 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 riguardanti l'esempio dell'edificio basso NBC 2020 con una pendenza di 45 gradi e i dati sperimentali da Database della galleria del vento giapponese .
Soluzione analitica e risultati
Il modello chiuso della grondaia è assunto secondo la Figura 1, che ha otto zone (1,1E,2,2E,3,3E,4,4E). I coefficienti di pressione del vento esterno delle aree globali e locali per edifici bassi con pendenze di 45 gradi sono presentati nelle Figure 4.1.7.6.-A e nella Tabella 4.1.7.6. in NBC 2020. Le ipotesi importanti e i dati di input per RWIND utilizzato per la simulazione numerica CFD sono mostrati anche nella Tabella 1.
| Tabella 1: Rapporto dimensionale e dati di input | |||
| Velocità di riferimento del vento | V | 22 | m/s |
| Categoria del terreno | 2 | - | - |
| Dimensione del vento trasversale | b | 16 | m |
| Quota lungo il vento | d | 16 | m |
| Altezza media della copertura | href | 12 | m |
| Angolo della copertura | θcopertura | 45 | Grado |
| Densità dell'aria - RWIND | ρ | 1.25 | kg/m3 |
| Direzione del vento | θvento | 0, 22.5, 30, 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 | m2/s |
| Ordine dello schema - RWIND | Secondo | - | - |
| Valore obiettivo residuo - RWIND | 10-4 | - | - |
| Tipo di residuo - RWIND | Pressione | - | - |
| 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 | - |
I coefficienti di pressione del vento globali e locali sono calcolati per tutte le zone considerando la velocità del vento e le intensità di turbolenza in base alla categoria del terreno due. Inoltre, vengono considerate quattro direzioni del vento (θ = 0, 22.5, 30, 45 gradi) per calcolare i valori corrispondenti del valore globale di Cp rispetto a NBC 2020 e Database della galleria del vento giapponese . Il profilo della velocità del vento e il contorno Cp globale per lo studio sperimentale e numerico con RWIND sono illustrati rispettivamente nella Figura 2, nella Figura 4 e nella Figura 4, in cui il valore di Cp globale e locale per le aste strutturali principali e secondarie viene confrontato tra i dati sperimentali dal test nella galleria del vento di Japanisch e RWIND 2. Inoltre, il diagramma dei valori Cp,ave e Cp,local della simulazione sperimentale, NBC 2020, e RWIND sono confrontati nella Figura 5 e nella Figura 6 per quanto riguarda otto zone per edifici bassi edificio con pendenza di 45 gradi.
I valori sperimentali sono ottenuti manualmente osservando le immagini del profilo Cp,ave e RMS nel Database della galleria del vento giapponese . Inoltre, il profilo della velocità del vento e della turbolenza in RWIND è impostato con la categoria del terreno due, che è variante in altezza e anche meglio abbinata ai riferimenti. È importante notare che i risultati della simulazione in stato stazionario utilizzando RANS k-ω SST che è considerato nell'attuale esempio di validazione mostra un buon accordo soprattutto con lo studio sperimentale. I casi critici sono considerati direzioni del vento diverse per intensità di turbolenza variabile in altezza (basata sul terreno 2). La deviazione dal valore Cp positivo è maggiore per la simulazione numerica e sperimentale rispetto a NBC 2020, che può essere interpretato come un approccio molto conservativo per le regioni positive.
Conclusione
Nell'esempio di validazione corrente, esaminiamo il coefficiente di pressione del vento (Cp) ottenuto da RWIND sia per la progettazione strutturale principale che per la progettazione strutturale secondaria, come sistemi di rivestimento o facciate basati sulla norma canadese sui carichi del vento (NBC 2020) [ 1] e Database della galleria del vento giapponese per edifici bassi con pendenza di 45 gradi. I risultati mostrano che la configurazione RWIND consigliata ha un buon accordo con la maggior parte delle zone nell'Eurocodice. La maggiore intensità di turbolenza vicino al profilo di turbolenza variante del Terreno 2 mostra risultati più accurati. È importante considerare lo scenario critico della direzione del vento e la simulazione del transitorio per ottenere il valore estremo di NBC 2020. I valori di deviazione provenivano principalmente dai fattori di sicurezza e dall'approccio statistico, che presenta un approccio più conservativo, specialmente per le regioni Cp positive rispetto ad un'altra norma come ASCE 7-22.
Inoltre, il modello di tetto piano con le impostazioni consigliate è disponibile per il download qui:
