Введение
Рекламные щиты с тремя гранями, благодаря своей уникальной геометрии и большой площади, значительно подвержены воздействию ветровых нагрузок, которые могут определять их конструктивный дизайн. Традиционные подходы к оценке ветровых нагрузок, такие как EN 1991-1-4 или ASCE 7, часто не учитывают локальные эффекты потока и экранирующие взаимодействия между гранями. В этой статье представлен подробный обзор роли вычислительной гидродинамики (CFD) в процессе анализа и проектирования рекламных щитов с тремя гранями. Мы изучаем аэродинамическое поведение при различных углах ветра, подчеркиваем преимущества использования RWIND и демонстрируем, как результаты моделирования повышают безопасность проектирования и эффективность использования материалов.
Рекламные щиты с тремя гранями обычно используются для наружной рекламы и имеют форму треугольной призмы, где каждая грань ориентирована на 120° относительно соседней. Их геометрия делает их особенно уязвимыми к многовекторным ветровым нагрузкам, особенно в городских или открытых местах. Традиционные методы проектирования опираются на упрощенные коэффициенты ветрового давления, которые могут не учитывать сложные эффекты отделения потока, повторного присоединения и турбулентности вокруг острых кромок и углов. Поэтому использование передовых CFD-моделирований становится необходимым для:
- Реалистичного захвата распределений ветрового давления
- Оценки экранирующих эффектов граней
- Оценки крутящих и изгибающих нагрузок при наклонных ветрах
Геометрические и конструктивные характеристики
Типичный рекламный щит с тремя гранями состоит из:
- Трех вертикальных граней (часто выполнены на стальной раме с композитными или алюминиевыми панелями)
- Центральной опорной колонны (из бетона или стали)
- Диагональных и горизонтальных связей
- Фундамента, подверженного моменту и подъёмным силам
Проблемы загрузки ветром
- Наклонные направления ветра: Все три грани подвергаются воздействию одновременно с разной интенсивностью
- Срыв вихря: Вызывает динамические нагрузки и возможный резонанс
- Экранирующие эффекты: Одна грань может частично экранировать другие в зависимости от направления ветра
- Неоднородное давление: Локальные зоны всасывания и области повторного присоединения
Преимущества CFD в конструктивном проектировании рекламных щитов
1. Точное распределение ветрового давления
- CFD предоставляет подробные карты Cp (коэффициентов давления) по всем трем граням, улавливая неоднородные нагрузки, вызванные отделением потока, турбулентностью и зонами всасывания, особенно около краев и углов.
- Это помогает избежать чрезмерно упрощенных равномерных нагрузок, которые могут привести к небезопасным или переразмеренным конструкциям.
2. Анализ нескольких направлений ветра
- В отличие от методов на основе норм, которые обычно рассматривают перпендикулярный ветер, CFD оценивает ветер от 0° до 360°, выявляя критические наклонные углы (например, 30° или 60°), которые могут вызвать максимальные конструктивные нагрузки.
3. Учет экранирующих и взаимодействующих эффектов
- CFD реалистично моделирует, как одна грань экранирует другую от ветра, или как формируются вихри между граней, взаимодействия, которые традиционные методы не могут точно отразить.
4. Оценка крутящих нагрузок
- Рекламные щиты с тремя гранями часто испытывают крутящий момент из-за асимметричной ветровой нагрузки. CFD вычисляет коэффициенты момента, которые важны для проектирования оснований, анкерных болтов и фундаментов.
5. Оптимизированное конструктивное проектирование
- Инженеры могут использовать результаты CFD для оптимизации размеров элементов, сокращения ненужного использования материалов и проектирования более эффективных опорных рам.
- Позволяет ценностное проектирование без компромиссов с безопасностью.
6. Точность проектирования фундамента
- CFD позволяет точно оценить моменты опрокидывания, подъемные силы и сдвиг на уровне основания, улучшая проектирование фундамента и снижая риск крена или отказа.
7. Визуализация для общения с клиентом
- Результаты CFD предоставляют визуальные выходы (линии течения, контуры давления, векторные силы), которые помогают четко передать поведение ветра заинтересованным сторонам, клиентам и властям во время проектного обзора.
8. Интеграция с структурным ПО
- Инструменты, такие как RWIND, интегрируются с RFEM, позволяя плавный поток данных от ветрового моделирования до структурного анализа и проверки по нормам, все в одной экосистеме.
9. Поддержка нестандартных геометрий
- CFD обрабатывает пользовательские формы рекламных щитов, поддерживает установленные элементы, такие как освещение и солнечные панели, и адаптируется к реальному ландшафту, в отличие от стандартов, основанных на упрощенной геометрии.
10. Современность и исследовательская ориентация
- CFD соответствует современным тенденциям проектирования на основе показателей и поддерживает исследовательскую валидацию, что делает его подходящим для продвинутых инженерных рабочих процессов и утверждений в городском планировании.