Описание работы
В данном контрольном примере мы исследуем коэффициент давления ветра (Cp) у плоской кровли и стен с помощью минимальных расчетных нагрузок по норме ASCE 7-22 и соответствующих критериев для зданий и других конструкций[1]. В разделе 28.3 (Ветровые нагрузки - система, воспринимающая основную силу ветра) и на Рисунке 28.3-1 (загружение 1) приведена таблица, в которой показано значение Cp для различных углов кровли. В нашем примере мы выбрали θ=0 как плоскую кровлю.
Хотя моделирование вычислительной гидродинамики (CFD) все чаще используется в ветровых приложениях, норма ASCE 49 не содержит четкого описания всех существенных методов CFD. Любое использование CFD для определения основной расчетной системы сопротивления ветровой нагрузке (MWFRS), C&C или других ветровых нагрузок на конструкции' требует экспертной оценки, а также проверочного и контрольного анализа (V&V){%://#Refer [2] ]]. Это связано с тем, что аналогичная норма все еще необходима для документирования процедур, необходимых для надежного и точного получения ветровых нагрузок с помощью инструментов CFD. В то же время будет разработан данный норматив. Для обеспечения и контроля качества этой процедуры при отсутствии норматива, требуется {%ref#Refer [1]]].
Поиск наиболее совместимых конфигураций с нормативами в отношении входных данных, таких как модели турбулентности, профили скорости ветра, интенсивность турбулентности, условия пограничного слоя, порядок дискретизации и другие факторы, является ключевым фактором моделирования CFD. Важным моментом является то, что стандарты не предоставляют всей необходимой информации для численного моделирования, например, для CFD моделирования. В текущем VE мы представили наиболее совместимые настройки RWIND на примере кровли и стен по ASCE 7-22.
Аналитическое решение и результаты
В трехмерной закрытой модели (единица измерения: м (ft)) принимается согласно рисунку 1, на котором показаны 8 ветровых зон (1,2,3,4,1E,2E,3E,4E). Коэффициенты внешнего давления (GCpf ) для закрытых, частично закрытых и частично открытых зданий с малоэтажными стенами и крышами представлены на рисунке 28.3-1 из нормы ASCE 7-22. Важные допущения и исходные данные приведены в таблице 1.
| Таблица 1: Соотношение размеров и входные данные | |||
| Основная скорость ветра | V | 30 (67,10) | м/с (mpj) |
| Категория местности | 2 | - | - |
| Средняя высота кровли | h | 5 (16,40) | м (ft) |
| Горизонтальный размер (расстояние до краёв) | α | 4 (13.12) | м (ft) |
| угол кровли | θкровля | 0 | Степень |
| Плотность воздуха - RWIND | ρ | 1,25 (0,078) | кг/м3 (lb/ft3 ) |
| Направления ветра | θветер | 0, 22.5, 45 | Степень |
| Модель турбулентности - RWIND | Устойчивая RANS k-ω SST | - | - |
| Кинематическая вязкость (формула 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 (1,6*10-4 ) | м2/с (ft2/s) |
| Порядок схемы - RWIND | Второй | - | - |
| Остаточное целевое значение - RWIND | 10-4 | - | - |
| Тип остатка - RWIND | сжатие | - | - |
| Минимальное количество итераций - RWIND | 800 | - | - |
| Граничный слой - RWIND | NL | 10 | - |
| Тип функции стены - RWIND | Расширенный/смешанный | - | - |
| Интенсивность турбулентности (наилучшее соответствие) - RWIND | i | Рельеф 2 | - |
Средний коэффициент давления ветра Cp рассчитывается для различных зон с различной интенсивностью турбулентности. Для нахождения критического значения Cp рассматриваются три направления ветра (θ = 0, 22,5 и 45 градусов). Контур Cp показан на рисунке 2. Таблица значений отклонения и диаграмма значения Cp при различной интенсивности турбулентности показаны на рисунках 3 и 4. Четыре константы и одна переменная (на основе рельефа 2) интенсивности турбулентности учитываются при выполнении моделирования воздействий ветра. Результаты показывают хорошее соответствие, когда профиль турбулентности близок к категории рельефа 2.
Заключение
В текущем примере мы проверили с помощью программы RWIND проверку среднего значения Cp для кровли и стен, которое было представлено в ASCE 7-22. Результаты показывают, что рекомендуемая конфигурация RWIND хорошо соответствует стандарту. Более высокая интенсивность турбулентности, близкая к вариантному профилю турбулентности в ландшафте 2, дает в результате более точные результаты, чем профиль с низкой турбулентностью. Для получения экстремального значения по ASCE 7-22 важно учесть критическое направление ветра. Значения отклонений (различия около 20%) в основном исходили из коэффициентов надежности и статистического подхода, используемого в нормативах.
Данную модель плоской кровли с рекомендуемыми настройками можно также скачать здесь: