Opis prac
W omawianym przykładzie sprawdzamy współczynnik ciśnienia wiatru (Cp) zarówno dla głównego projektu konstrukcyjnego, jak i dla drugorzędnego projektu konstrukcyjnego, takiego jak okładziny lub fasady, w oparciu o kanadyjską normę dotyczącą obciążenia wiatrem (NBC 2020) [1] i Baza danych japońskich tuneli aerodynamicznych do niskiego budynku o nachyleniu 45 stopni. Zalecane ustawienie dla trójwymiarowego niskiego budynku o nachyleniu 45 stopni zostanie opisane w następnej części.
Kluczowym czynnikiem w symulacji CFD jest znalezienie najbardziej kompatybilnych konfiguracji ze standardami obciążenia wiatrem 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 niskiego budynku NBC 2020 o nachyleniu 45 stopni oraz danych eksperymentalnych z Baza danych japońskich tuneli aerodynamicznych .
Rozwiązanie analityczne i wyniki
Przyjęto zamknięty model z ostrymi krawędziami dachowymi zgodnie z rysunkiem 1, który ma osiem stref (1,1E,2,2E,3,3E,4,4E). Współczynniki zewnętrznego ciśnienia wiatru globalnego i lokalnego pola dla budynków niskich o nachyleniu 45 stopni przedstawiono na rysunkach 4.1.7.6.-A oraz w tabeli 4.1.7.6. w NBC 2020. 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 | href | 12 | m |
| Kąt nachylenia dachu | θdach | 45 | Stopień |
| Gęstość powietrza - RWIND | ρ | 1,25 | kg/m3 |
| kierunki wiatru | θwiatr | 0, 22.5, 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 | - |
Globalne i lokalne współczynniki ciśnienia wiatru są obliczane dla wszystkich stref z uwzględnieniem prędkości wiatru i intensywności turbulencji w oparciu o kategorię terenu 2. Uwzględniono również cztery kierunki wiatru (θ = 0, 22,5, 30, 45 stopni) do obliczenia odpowiednich wartości globalnej wartości Cp zgodnie z NBC 2020 oraz Baza danych japońskich tuneli aerodynamicznych . Profil prędkości wiatru i globalny kontur Cp dla badań eksperymentalnych i numerycznych za pomocą RWIND pokazano odpowiednio na Rysunku 2, Rysunku 4 i Rysunku 4, na których porównano wartości globalnego i lokalnego Cp dla głównych i drugorzędnych prętów konstrukcyjnych między danymi eksperymentalnymi Wykresy wartości Cp,ave i Cp, lokalnych symulacji NBC 2020 i RWIND są porównane na rys. 5 i RWIND 2. budynek o nachyleniu 45 stopni.
Wartości eksperymentalne są uzyskiwane ręcznie poprzez obserwację obrazów konturowych Cp,ave i RMS w Baza danych japońskich tuneli aerodynamicznych . Ponadto, profil prędkości wiatru i turbulencji w RWIND jest powiązany z drugą kategorią terenu, która ma zmienną wysokość i jest lepiej dostosowana do wartości odniesienia. Ważne jest, aby zauważyć, że wyniki symulacji stanu ustalonego z wykorzystaniem RANS k-ω SST, które uwzględniono w obecnym przykładzie walidacyjnym, wykazują dobrą zgodność, zwłaszcza z badaniem eksperymentalnym. Rozpatrywane są przypadki krytyczne dla różnych kierunków wiatru dla zmiennej intensywności turbulencji na wysokości (w zależności od terenu 2). Odchylenie od dodatniej wartości Cp jest większe w przypadku symulacji numerycznej i eksperymentalnej w porównaniu z NBC 2020, którą można interpretować jako bardzo konserwatywne podejście w przypadku obszarów dodatnich.
Wniosek
W tym przykładzie sprawdzamy współczynnik ciśnienia wiatru (Cp) uzyskany z RWIND zarówno dla projektu głównego, jak i projektu konstrukcji drugorzędnej, takiej jak okładziny lub fasady, w oparciu o kanadyjską normę dotyczącą obciążenia wiatrem (NBC 2020) [ 1] i Baza danych japońskich tuneli aerodynamicznych do niskiego budynku o nachyleniu 45 stopni. Wyniki pokazują, że zalecana konfiguracja RWIND jest zgodna z większością stref w Eurokodzie. Im wyższa intensywność turbulencji zbliżona do wariantu profilu turbulencji dla Terenu 2, tym samym wyniki są dokładniejsze. Aby uzyskać wartość ekstremalną NBC 2020, ważne jest, aby wziąć pod uwagę scenariusz krytycznego kierunku wiatru i symulację stanu przejściowego. Wartości odchylenia pochodzą głównie ze współczynników bezpieczeństwa i podejścia statystycznego, które prezentuje bardziej konserwatywne podejście, szczególnie w przypadku obszarów o dodatnim Cp, w porównaniu z inną normą, taką jak ASCE 7-22.
Model dachu płaskiego z zalecanymi ustawieniami można również pobrać tutaj:
