Обычно считается, что конструкции не восприимчивы к колебаниям, если деформации под действием ветра из-за резонанса порывов ветра не увеличиваются более чем на 10 %{%ref#Refer [2]]]. В этом случае переменное во времени действие ветра можно описать как статическую эквивалентную нагрузку.
Если предположить, что вихри от ветрового потока очень значительны по отношению к размерам здания, то в программе RWIND Simulation можно рассчитать распределение давления p, статически действующее на геометрию здания, по «квазистационарному методу» или так называемому порыву ветра концепция {%|#Refer [3]]].
При этом, главным образом, предполагается наличие стационарного поля потока вокруг расчетной модели для турбулентных колебаний скорости в течение 'сейсмических порывов ветра [3]. Колебания давления на поверхности модели вследствие турбулентности набегающего потока, таким образом, рассматриваются как стационарное состояние в течение определенного периода времени t. При этом колебания точно соответствуют усредненным по времени коэффициентам давления cp,mean на поверхности модели.
Возникающее давление на поверхность модели Δp(t), вызванное ветром, зависит исключительно от скорости набегающего потока v(t).
| ρ это | Плотность воздуха |
| eqv | Скорость на входе |
| cp, среднее | Усредненный по времени коэффициент давления |
| t | Время |
Таким образом, значение вектора скорости потока v(t) равно:
v(t)² = (vx,mean + vx,fluctuation(t))² + vy,fluctuation(t)² + vz,fluctuation(t)²
Если возведенные в квадрат значения не играют большой роли, то мы получим эффективное значение вектора скорости набегающего потока v(t):
v(t)² = vx,mean² + 2 ⋅ vx,mean ⋅ vx,fluctuation(t)
С применением эффективной скорости потока в уравнении давления, создаваемого ветром, мы получим:
Δp(t) = 1/2 ⋅ ρ ⋅ vx,mean² [1 + (2 ⋅ vx,fluctuation(t)) / vx,mean] ⋅ cp,mean
Данное преобразование показывает, что колебание давления ветра Δp(t) зависит только от колебания скорости ветра vx,fluctuation(t) в основном направлении набегающего потока x.
Если заменить переменное во времени колебание скорости vx,fluctuation(t) максимальным колебанием скорости vx,fluctuation,max, мы устраним из системы переменность во времени.
Если затем сравнить выражение vx,fluctuation,max / vx,mean в виде произведения g на интенсивность турбулентности Iv(z),
| δeqv |
Стандартное отклонение от средней скорости vmean
|
| vсреднее (z) | Средняя скорость в зависимости от высоты |
| Z | высота над поверхностью земли |
то можно выражение в квадратных скобках определить в виде коэффициента порыва ветра G(z). Подстановкой выражений в уравнение номинальной ветровой нагрузки мы получим:
| ρ | Плотность воздуха |
| vзначит | Средняя скорость на входе |
| G (z) | Коэффициент порывов ветра в зависимости от высоты |
| cp, среднее | Усредненный по времени коэффициент давления |
Где:
| g | Коэффициент для определения длительности порыва |
| Iv (z) | Интенсивность турбулентности как функция высоты |
| Z | высота над поверхностью земли |
Например, в норме EN 1991-1-4 указан коэффициент g, соответствующий длительности порыва ветра 3,5.
Программа RWIND Simulation производит вычисление средних значений давления pmean на поверхности модели в зависимости от скорости набегающего потока vx(z) с помощью стационарного решения уравнений RANS с помощью алгоритма SIMPLEC. Поскольку средние значения коэффициентов давления cp,mean основаны на соотношении между найденными средними значениями давления pmean и максимальным динамическим давлением ненарушенного ветра на высоте q (высота кровли),
cp,mean = pmean / q (высота кровли)
для определения номинальных ветровых нагрузок по концепции порывов ветра можно применить скорость набегающего потока из преобразованного максимального динамического давления ветра q(z) по высоте [1].
v(z) = √(2 ⋅ q(z) / ρ)
Таким образом, данная скорость ветра включает в себя среднюю скорость ветра vmean и максимальную составляющую колебаний vfluctuation. В этом случае интенсивность турбулентности набегающего потока может быть задана постоянной по высоте с очень небольшим значением, около 5% [4].
При учете воздействия сил, действующих на целое здание или на большие поверхности, данный метод обеспечивает высокую приближенность к естественной ветровой нагрузке [3]. Причина заключается в том, что небольшие эффекты турбулентности, ослабленные усреднением, действуют только в частных областях и не имеют заметного эффекта при общем интегрировании значений сил.
Кроме того, данная концепция эффективна даже для небольших частных поверхностей с фронтальным набеганием потока, поскольку при этом колебания эффективного давления уже довольно хорошо отображены в профиле максимальной скорости ветра {%://#Refer [3]]].
Для поверхностей с отделением потока (боковая и задняя стена), наоборот, система дает в результате более низкую приближенность реальности. Именно в этих зонах турбулентность, индуцированная зданием и «ослабленная» посредством усреднения с применением концепции порывов ветра, имеет более высокое влияние, чем эффект турбулентности потока, содержащийся в профиле скоростей набегающего потока.
