VE0310 | Eurokod Prostokątny prostopadłościan - Obliczanie ciśnienia wiatru za pomocą Cp,10 i Cp,1

Opis prac

W prezentowanym przykładzie sprawdzamy wartość ciśnienia wiatru zarówno dla ogólnego projektu konstrukcyjnego (C_p,10 ) jak i okładziny lub elewacji (C_p,1 ) budynków na planie prostokąta wg EN 1991-1-4. [1]. Istnieją trójwymiarowe przypadki, o których więcej wyjaśnimy w następnej części.

Jednym z kluczowych aspektów symulacji CFD jest znalezienie najdokładniejszych i najbardziej kompatybilnych konfiguracji w odniesieniu do danych wejściowych, takich jak modele turbulencji, profile prędkości wiatru, intensywności turbulencji, warunki warstwy granicznej, kolejność dyskretyzacji i inne czynniki. Ważne jest, aby Eurokod nie zawierał informacji wymaganych do symulacji numerycznej, takiej jak symulacja CFD. Podaliśmy tutaj kompatybilne ustawienia RWIND na przykładzie kształtu Eurokodu. Do obliczeń statycznych obciążenia wiatrem wykorzystano kilka wzorów i wykresów, co pokazano w poniższych sekcjach.

Rozwiązanie analityczne i wyniki

Ze względu na stosunek h/d istnieją trzy kategorie wymiarowe dla prostopadłościanu prostokątnego, jak pokazano na rysunku 1 (EN 1991-1-4 Tabela 7.1). W następnej części zilustrowano dane wejściowe i założenia dla każdego przypadku wymiarowego.

01 Rysunek 1: Kategorie wymiarowe prostopadłościanu w Eurokodzie

W pierwszym przypadku (rys. 2) rozpatrywany jest prostokątny budynek wysokościowy (h/d=5) w oparciu o zdefiniowane strefy (rys. 3) dla każdej wysokości i dane wejściowe. Również kategoria terenu druga jest brana pod uwagę w celu utworzenia profilu prędkości wiatru i turbulencji, co pokazano w poniższej tabeli; jednocześnie sprawdzane są stałe wartości intensywności turbulencji w celu obliczenia wartości ciśnienia wiatru.

02 Rysunek 2: Prostokątny kształt wieżowca (h/d=5)

03 Rysunek 3: Strefy definiujące dla poszczególnych rzędnych prostokątnego prostopadłościanu wysokościowego

Wartości ciśnienia wiatru dla_Cp,1 i_Cp,10 są uzyskiwane z uwzględnieniem różnych stref, poziomów wymiarów i intensywności turbulencji. Dla pierwszego przypadku, którym jest kształt sześcianu (h/d=5), wyniki pokazano na rysunkach 4 i 5. Wyniki pokazują, że zgodność jest wystarczająca, gdy uwzględni się rzeczywisty lub wysoki profil turbulencji (np. 25%).

04 Rysunek 4: Wartość ciśnienia wiatru dla różnych stref na podstawie Cp,1 i Cp,10 (przypadek h/d=5)

05 Rysunek 5: Wyniki symulacji wiatru dla 25% intensywności turbulencji i profilu turbulencji rzeczywistej w Eurokodzie (przypadek h/d=5)

Dla każdej strefy można uzyskać maksymalną wartość ciśnienia, która może być równoważną wartością ciśnienia wiatru, przy użyciu Cp,1 dla projektowania okładziny lub elewacji, oraz średnią wartość ciśnienia, która może być równoważną wartością ciśnienia wiatru, przy użyciu Cp,10 dla ogólnego projektowania konstrukcji (rysunek 6).

06 Rysunek 6: Jak uzyskać średnie i maksymalne wartości ciśnienia wiatru dla każdej strefy w RWIND?

W następnym przypadku uwzględniany jest budynek o średniej wysokości w rzucie prostokątnym (h/d=1) w odniesieniu do danych wejściowych i zdefiniowanych stref (rysunki 7 i 8), które pokazano na poniższym rysunku i w tabeli:

07 Rysunek 7: Prostokątny prostopadłościan średniej wysokości (h/d=1)

08 Rysunek 8: Definiowanie stref i kierunku wiatru dla prostokątnego prostopadłościanu średniej wysokości (h/d=1)

W drugim przypadku, czyli w kształcie sześcianu o średnim wzroście (h/d=1), wartość_Cp,10 i_Cp,1 pokazano na rysunkach 9, 10. Wyniki pokazują, że zgodność wyników jest wystarczająca, gdy uwzględni się rzeczywisty profil turbulencji oraz profil turbulencji o dużej sile (np. 25%).

09 Rysunek 9: Wartość ciśnienia wiatru dla różnych stref przy użyciu Cp,10 (przypadek h/d=1)

10 Rysunek 10: Wartość ciśnienia wiatru dla różnych stref na podstawie Cp,1 (przypadek h/d=1)

11 Rysunek 11: Wartość ciśnienia wiatru dla różnych stref na podstawie Cp,1 i Cp,10 (przypadek h/d=1)

W ostatnim przypadku uwzględniany jest niski budynek w rzucie prostokątnym (h/d=0,25) w odniesieniu do danych wejściowych i zdefiniowanych stref (rysunki 11 do 13), które pokazano na poniższych rysunkach oraz w tabeli:

12 Rysunek 12: Prostokątny prostopadłościan o małym zabudowie (h/d=0,25)

13 Rysunek 13: Definiowanie stref i kierunku wiatru dla kostki niskiego wzniesienia (h/d

W przypadku ostatniego przypadku, który jest niskim budynkiem na planie prostokąta (h/d=0,25), wartości C_{p, 1} i C_{p, 10} pokazano na rysunkach od 14 do 16. Wyniki pokazują, że zgodność jest wystarczająca, gdy uwzględni się rzeczywisty lub wysoki profil turbulencji (np. 25%).

14 Rysunek 14: Wartość ciśnienia wiatru dla różnych stref przy użyciu Cp,10 (przypadek h/d=0,25)

15 Rysunek 15: Wartość ciśnienia wiatru dla różnych stref na podstawie Cp,1

16 Rysunek 16: Wartość ciśnienia wiatru dla różnych stref na podstawie Cp,1 i Cp,10 (przypadek h/d=0,25)

Wniosek

Wyniki wskazują na dobrą zgodność zarówno w przypadku ogólnych projektów konstrukcyjnych (C_p10 ) jak i projektów okładzin lub elewacji (C_p1 ) budynków na planie prostokąta. Na podstawie wyników można ogólnie przyjąć zalecaną wartość intensywności turbulencji jako rzeczywisty Eurokodowy profil turbulencji lub wybrać wyższe wartości (np. I=25%) dla różnych stref i stosunków wymiarowych. Można to zauważyć zwiększając wysokość prostokątnego prostopadłościanu i liczby Reynoldsa, wyniki byłyby dokładniejsze. Dlatego, szczególnie w przypadku wieżowców, możemy spodziewać się bardzo dobrych wyników w zakresie obliczania ciśnienia wiatru w ogólnym projektowaniu konstrukcji i elewacji.

Prostokątny model w kształcie prostopadłościanu z zalecanymi ustawieniami można również pobrać tutaj: