386x
009051
2023-03-21

VE0310 | Прямоугольный кубоид Еврокод - расчет давления ветра с помощью Cp, 10 и Cp, 1

Описание работы

В данном контрольном примере мы исследуем значение давления ветра для общего расчета конструкций (Cp,10 ), а также для расчета облицовки или фасада (Cp,1 ) для прямоугольных зданий по норме EN 1991-1-4. {%ref#Ссылка [1]]]. Существуют трехмерные случаи, о которых мы поговорим подробнее в следующей части.

Поиск наиболее точных и совместимых конфигураций с учетом входных данных, таких как модели турбулентности, профили скорости ветра, интенсивность турбулентности, условия пограничного слоя, порядок дискретизации и другие факторы, является одним из ключевых аспектов моделирования CFD. Важным моментом является то, что норма Еврокод не содержит всей информации, необходимой для численного моделирования, например, CFD. Здесь мы представили совместимые настройки RWIND применительно к примеру кубической формы по Еврокоду. Для статического расчета ветровой нагрузки, который будет продемонстрирован в следующих разделах, используется несколько формул и диаграмм.

Аналитическое решение и результаты

Для прямоугольного кубоида существуют три размерные категории, благодаря соотношению h/d, как показано на рисунке 1 (EN 1991-1-4 таблица 7.1). Исходные данные и допущения для каждого случая размерностей проиллюстрированы в следующей части.

В первом случае (рисунок 2) рассматривается многоэтажное прямоугольное здание в плане (h/d=5) относительно заданных зон (рисунок 3) для каждого превышения и входных данных. Кроме того, для создания профиля скорости ветра и турбулентности будет учитываться категория местности два, как показано в следующей таблице; в то же время, исследуются постоянные значения интенсивности турбулентности для расчета значений давления ветра.

Таблица 1: Соотношение размеров - h/d=5
Основная скорость ветра V 30 м/с
Категория местности 2 - -
Высота h 50 m
глубина d 10 m
Ширина b 12 m
Плотность воздуха - RWIND ρ 1,25 кг/м3
Модель турбулентности - RWIND Устойчивая RANS k-ω SST - -
Кинематическая вязкость (формула 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND ν 1,5*10-5 м2
Порядок схемы - RWIND Второй - -
Остаточное целевое значение - RWIND 10-5 - -
Тип остатка - RWIND Давление - -
Минимальное количество итераций - RWIND 800 - -
Граничный слой - RWIND NL 10 -
Тип функции стены - RWIND Расширенный/смешанный - -
Интенсивность турбулентности (наилучшее соответствие) - RWIND i Профиль турбулентности по Еврокоду и 25% -

Результаты для значений давления ветра для Cp,1 и Cp,10 получены относительно различных зон, соотношений размеров и интенсивности турбулентности. Для первого случая, когда имеют форму высотного куба (h/d=5), результаты показаны на рисунках 4 и 5. Результаты показывают хорошее соответствие в тех случаях, когда учитывается реальный профиль или профиль турбулентности (например, 25%).

Для каждой зоны можно получить максимальное значение давления, которое может быть эквивалентно значению давления ветра с помощью Cp,1 для расчета облицовки или фасада, а среднее значение давления, которое может быть эквивалентно значению давления ветра с помощью Cp,10 для общего расчета конструкций (рисунок 6).

В следующем случае рассмотрим среднеэтажное прямоугольное здание (h/d=1) в отношении исходных данных и заданных зон (рисунок 7 и 8), которые показаны на следующем рисунке и в таблице:

Таблица 2: Соотношение размеров - h/d=1
Основная скорость ветра V 30 м/с
Категория местности 2 - -
Высота h 10 m
глубина d 10 m
Ширина b 12 m
Плотность воздуха - RWIND ρ 1,25 кг/м3
Модель турбулентности - RWIND Устойчивая RANS k-ω SST - -
Кинематическая вязкость (формула 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND ν 1,5*10-5 м2
Порядок схемы - RWIND Второй - -
Остаточное целевое значение - RWIND 10-5 - -
Тип остатка - RWIND Давление - -
Минимальное количество итераций - RWIND 800 - -
Граничный слой - RWIND NL 10 -
Тип функции стены - RWIND Расширенный/смешанный - -
Интенсивность турбулентности (наилучшее соответствие) - RWIND i Профиль турбулентности по Еврокоду и 25% - RWIND -

Для второго случая, который представляет собой форму куба со средним подъемом (h/d=1), значения Cp,10 и Cp,1 продемонстрированы на рисунках 9, 10. Результаты показывают хорошее соответствие как в случае учета реального профиля турбулентности, так и профиля высокой турбулентности (например, 25%).

В последнем случае рассмотрим малоэтажное прямоугольное здание в плане (h/d=0,25) в отношении входных данных и заданных зон (рисунок 11 - 13), которые показаны на следующих рисунках и таблице:

Таблица 3: Соотношение размеров - h/d=0,25
Основная скорость ветра V 30 м/с
Категория местности 2 - -
Высота h 2.50 m
глубина d 10 m
Ширина b 2.50 m
Плотность воздуха - RWIND ρ 1,25 кг/м3
Модель турбулентности - RWIND Устойчивая RANS k-ω SST - -
Кинематическая вязкость (формула 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND ν 1,5*10-5 м2
Порядок схемы - RWIND Второй - -
Остаточное целевое значение - RWIND 10-5 - -
Тип остатка - RWIND Давление - -
Минимальное количество итераций - RWIND 800 - -
Граничный слой - RWIND NL 10 -
Тип функции стены - RWIND Расширенный/смешанный - -
Профиль турбулентности по Еврокоду и 25% - RWIND i 15% -

Для последнего случая, который представляет собой малоэтажное здание прямоугольной формы (h/d=0,25), значения Cp,1 и Cp,10 показаны на рисунках с 14 по 16. Результаты показывают хорошее соответствие в случае, когда рассматривается реальный профиль или профиль турбулентности с высоким коэффициентом (например, 25).

Заключение

Результаты демонстрируют хорошее соответствие как для общих конструктивных расчетов (Cp10 ), так и для расчета облицовки или фасада (Cp1 ) зданий прямоугольного плана. На основе результатов обычно рекомендуемое значение интенсивности турбулентности лучше учитывать в качестве реального профиля турбулентности по Еврокоду или выбрать более высокие значения (например, I = 25%) для различных зон и соотношений размеров. При увеличении высоты прямоугольного кубоида и чисел Рейнольдса потока, результаты будут более точными. Таким образом, особенно для высотных зданий, мы можем рассчитывать на очень хорошие результаты для расчёта давления ветра в общем конструктивном и фасадном проектировании.

Кроме того, модель прямоугольного кубоида с рекомендуемыми настройками можно скачать здесь: