Geração de cargas eólicas em cúpula com base circular segundo a norma EN 1991-1-4 do RFEM

Artigo técnico

As cargas de vento da estrutura mostrada na Figura 01 podem ser divididas da seguinte forma:

  • Carga de vento nas paredes
  • Carga de vento na cúpula

Figura 01 - Depósito com Domo na Base Circular

Carga de vento na parede

Para superfícies de parede, as cargas de vento são determinadas de acordo com [1] , cap. 7.9, que diz que os coeficientes de pressão externa para cilindros circulares dependem do número de Reynolds, rugosidade e esbelteza de uma superfície. No caso do armazém mostrado na Figura 01, o número de Reynolds sob a pressão de velocidade de 0,70 kN / m² resulta em 3,35 × 107. Com base em [1] , Figura 7.27, os coeficientes de pressão externos para o número de Reynolds de 1,00 × 10 7 são usados por aproximação. Estes são necessários no RFEM para definir o factor de carga em função do ângulo de rotação α.

Figura 02 - Determinação do Número de Reynolds e Coeficientes de Pressão Externa Resultantes

Para definir uma carga variando ao longo do perímetro, você pode usar o tipo 'Free Variable Load', que pode ser encontrado no menu 'Insert' → 'Load'. Na caixa de diálogo correspondente, você pode selecionar primeiro as superfícies da parede e definir a direção da projeção. O vento atua no eixo z local da superfície, portanto, é necessário ajustar a direção da carga de acordo. Você deve selecionar a posição de carga de modo que todas as paredes estejam cercadas pela projeção do plano. Como um valor de carga, a pressão de velocidade é definida de acordo com [1] , cap. 4.5, ou de acordo com o documento de pedido nacional.

Como a carga ao longo do perímetro não é constante, você pode marcar a caixa de seleção 'Along perimeter: Varying'. Assim, é possível definir um fator de carga em qualquer ângulo ao longo do perímetro, o que fatoriza o valor da carga da caixa de diálogo anterior. Para o fator k α , você pode adotar o coeficiente de pressão externo (c pe ) para o respectivo ângulo diretamente. A maneira mais simples é preparar um documento no Excel e depois importar os parâmetros usando a Importação do Excel. Antes de confirmar a entrada, o eixo de rotação e o ângulo inicial devem ser definidos.

Figura 03 - Caixa de Diálogo para Cargas Variáveis Livres

Para verificar as cargas aplicadas visualmente, é recomendável selecionar a caixa de seleção 'Distribution of load' no navegador Results (veja a Figura 04). Para este controle, é suficiente calcular uma iteração para o caso de carga correspondente. Isso economiza tempo no caso de estruturas maiores com uma malha fina FE. A precisão da distribuição da carga depende da malha FE. Quanto mais fina for a malha FE, mais precisos serão os valores de carga.

Figura 04 - Distribuição da carga ao longo do perímetro

Carga de vento na cúpula

[1] , cap. 7.2.8 especifica os coeficientes de pressão externa para cúpulas com bases retangulares e circulares. No caso das cúpulas com base circular, os coeficientes de pressão externa devem ser considerados constantes ao longo de qualquer plano perpendicular à direção do vento. Como você pode ver em [1] , Figura 7.12, os coeficientes de pressão externos podem ser aplicados a três áreas (A, B e C). As áreas intermediárias podem ser submetidas a uma interpolação linear.

O coeficiente de pressão externo tem um valor de -0,65 para a área A, -0,80 para a área B e -0,25 para a área C (consulte a figura 05). De acordo com [1] , Expression 5.1, o resultado da pressão do vento para a pressão de velocidade de 0,70 kN / m² é de -0,46 kN / m² para a área A, -0,56 kN / m² para a área B e -0,18 kN / m² para a área C .

Figura 05 - Coeficientes de Pressão Externa para Domos com Base Circular

Esta carga pode ser facilmente definida no RFEM utilizando cargas retangulares livres, que podem ser geradas no menu 'Inserir' → 'Cargas'. Além de definir o plano de projeção e a direção da carga, é possível considerar uma função linear para a distribuição de carga, que abrange a interpolação entre as áreas individuais, conforme mencionado no parágrafo anterior. Agora, duas cargas retangulares livres são criadas. Um é designado para a área A a B, o segundo para a área B a C (veja a Figura 06).

Figura 06 - Caixa de diálogo para carga retangular livre

A função de distribuição de carga pode ajudá-lo a controlar a carga de vento aplicada. Para uma melhor documentação do efeito de carga, você pode opcionalmente criar uma seção (veja a Figura 07).

Figura 07 - Distribuição de carga na cúpula

Figura 08 - Distribuição de carga em cúpula e paredes

Outras informações

As cúpulas são muito sensíveis à ação da carga de vento, especialmente quando realizadas em uma estrutura de membrana ou casca, e quando o diâmetro da cúpula é muito grande (por exemplo, no caso de estádios) [2] . Neste caso, não é suficiente considerar apenas uma carga de vento, mas as distribuições de tensão adicionais também devem ser analisadas. Como [1] não descreve todos os efeitos desfavoráveis do vento, os coeficientes de pressão do vento devem ser verificados por meio de testes de túnel de vento no modelo. Portanto, você também pode considerar os efeitos da posição da cúpula (para os edifícios circundantes, por exemplo).

Referência

[1] Eurocódigo 1: Ações em estruturas - Parte 1-4: Ações gerais - Ações eólicas ; EN 1991‑1‑4: 2010‑12
[2] DIN-Normenausschuss Bauwesen (NABau): Auslegung zu DIN 1055‑4 . (2011). Berlim.
[3] Taylor, T. (1992). Pressões de vento em uma cúpula hemisférica. Revista de Engenharia Eólica e Aerodinâmica Industrial, 40 (2), 199‑213.

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