Opis prac
W poniższym przykładzie sprawdzamy wartość współczynnika ciśnienia wiatru (Cp ) zarówno dla ogólnego projektowania konstrukcji (Cp,10 ) jak i projektowania okładzin lub elewacji (Cp,1 ) w oparciu o EN 1991-1-4 dach płaski [1] and Baza danych japońskich tuneli aerodynamicznych . Zalecane ustawienie dla trójwymiarowego dachu płaskiego z ostrym okapem zostanie opisane w następnej części.
Kluczowym czynnikiem w symulacji CFD jest znalezienie najbardziej kompatybilnych konfiguracji ze standardami w zakresie danych wejściowych, takich jak modele turbulencji, profile prędkości wiatru, intensywności turbulencji, warunki warstwy granicznej, kolejność dyskretyzacji i inne. Ważne jest, aby normy nie zawierały informacji wymaganych do symulacji numerycznej, takiej jak symulacja CFD. W obecnej wersji VE najbardziej kompatybilne ustawienia RWIND przedstawiliśmy na przykładzie dachu o ostrych krawędziach zgodnie z EN 1991-1-4 oraz danych eksperymentalnych z Baza danych japońskich tuneli aerodynamicznych .
Rozwiązanie analityczne i wyniki
Przyjęto model zamknięty z ostrymi krawędziami dachowymi, zgodnie z rysunkiem 1, który ma cztery strefy (F, G, H, I). Współczynniki ciśnienia zewnętrznego (Cp,10 ) i (Cp,1 ) dla dachów płaskich są przedstawione na rys. 7.6 i w tabeli 7.2 w normie EN 1991-1-4. Ważne założenia i dane wejściowe dla RWIND, który jest wykorzystywany do numerycznej symulacji CFD, pokazano również w tabeli 1.
| Tabela 1: Stosunek wymiarów i dane wejściowe | |||
| Bazowa prędkość wiatru | V | 22 | m/s |
| Kategoria terenu | 2 | - | - |
| Wymiar bocznego wiatru | b | 16 | m |
| Wymiar wzdłuż wiatru | [CRASHREASON.DESCRIPTION] | 16 | m |
| Średnia wysokość dachu | H | 4 | m |
| Kąt nachylenia dachu | θdach | 0 | Stopień |
| Gęstość powietrza - RWIND | ρ | 1,25 | kg/m3 |
| kierunki wiatru | θwiatr | 0,15, 30, 45 | Stopień |
| Model turbulencji - RWIND | Stacjonarne RANS k-ω SST | - | - |
| Lepkość kinematyczna (równanie 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Kolejność schematów - RWIND | Drugi | - | - |
| Pozostała wartość docelowa - RWIND | 10-4 | - | - |
| Typ pozostałości - RWIND | Ciśnienie | - | - |
| Minimalna liczba iteracji - RWIND | 800 | - | - |
| Warstwa graniczna - RWIND | NL | 10 | - |
| Typ funkcji ściany - RWIND | Rozszerzone/mieszane | - | - |
| Intensywność turbulencji (najlepsze dopasowanie) - RWIND | I | Teren 2 | - |
Średni współczynnik ciśnienia wiatru (Cp,10 ) i (Cp,1 ) jest obliczany dla wszystkich stref z uwzględnieniem wariantowej prędkości wiatru i intensywności turbulencji w oparciu o kategorię terenu 2. Do obliczenia odpowiednich wartości (Cp,10 ) i (Cp,1 ) związanych z Eurokodem uwzględniane są cztery kierunki wiatru (θ = 0, 15, 30, 45 stopni). Kontur Cp,10 jest zilustrowany na rysunku 2, który jest porównywany między danymi eksperymentalnymi z japońskiego testu w tunelu aerodynamicznym i RWIND 2. Porównuje się wartości Cp,10 i Cp,1 danych eksperymentalnych, Eurokodu i RWIND na rys. 3 i 4 dla ostrej krawędzi. Wartości eksperymentalne są uzyskiwane ręcznie poprzez obserwację wykresu konturowego Cp w japońskiej bazie danych. Również profil prędkości wiatru i turbulencji w RWIND jest określony za pomocą unijnego wzoru terenu 2, który jest wariantem wysokości. Na rysunku 5 widać dodatnią wartość Cp,1 na dachu w symulacji przejściowej, która nie jest widoczna w symulacji stacjonarnej. W rzeczywistości wpływ zmiennego obciążenia wiatrem i wzbudzania wirów może być lepiej uchwycony w symulacji przejściowej. Przy symulacji przepływu wiatru uwzględnia się przypadek krytyczny - kierunek wiatru dla stałej i zmiennej (zależnie od terenu2) intensywności turbulencji. Wyniki wykazują dobrą zgodność dla większości obszarów, w których profil turbulencji jest bliski wartościom dla kategorii Teren 2. Istnieje obszar zwany (I), w którym należy uwzględnić dodatnie i ujemne współczynniki ciśnienia wiatru.
Wniosek
W bieżącym przykładzie VE, zbadaliśmy walidację średniej wartościCp dla obuCp,10 iCp,1 w odniesieniu do dachu z ostrą krawędzią, która została przedstawiona na podstawie normy EN 1991-1-4 i japońskiego tunelu aerodynamicznego dane w porównaniu z RWIND 2. Wyniki pokazują, że zalecana konfiguracja RWIND jest zgodna z większością stref w Eurokodzie. Wyższa intensywność turbulencji zbliżona do wariantu profilu turbulencji w Terenie 2 daje dokładniejsze wyniki niż niski profil turbulencji. Aby uzyskać wartość ekstremalną zgodną z EN 1991-1-4, należy wziąć pod uwagę scenariusz krytycznego kierunku wiatru i symulację stanu przejściowego. Wartości odchylenia w większości pochodzą ze współczynników bezpieczeństwa i podejścia statystycznego, które reprezentuje konserwatywne podejście stosowane w normie.
Model dachu płaskiego z zalecanymi ustawieniami można również pobrać tutaj:
