203x
009952
2023-10-12

Контрольный пример для значения Cp у главных и второстепенных конструктивных элементов для малоэтажного здания с кровлей с уклоном 45 градусов Сравнение с NBC 2020 и японской базой данных в аэродинамической трубе

Описание работы

В текущем контрольном примере мы исследуем коэффициент давления ветра (Cp) как для расчета основных, так и для второстепенных конструкций, таких как системы облицовки или фасада, на основе канадского стандарта для ветровых нагрузок (NBC 2020) {%><#Refer [1]]] и Японская база данных аэродинамических труб для малоэтажного здания с 45-градусным склоном. Рекомендуемая настройка для трехмерного малоэтажного здания с уклоном 45 градусов будет описана в следующей части.

Ключевым фактором CFD моделирования является поиск наиболее совместимых конфигураций со стандартами ветровой нагрузки с точки зрения входных данных, таких как модели турбулентности, профили скорости ветра, интенсивность турбулентности, условия пограничного слоя, порядок дискретизации и другие факторы. Важным моментом является то, что нормативы не охватывают информацию, необходимую для численного моделирования, например, CFD-моделирования. В текущем VE мы представили наиболее совместимые настройки RWIND применительно к примеру малоэтажного здания NBC 2020 с уклоном 45 градусов и экспериментальным данным из Японская база данных аэродинамических труб .

Аналитическое решение и результаты

Заключенная модель с острыми свесами показана на рисунке 1, который имеет восемь зон (1,1E,2,2E,3,3E,4,4E). Коэффициенты внешнего давления ветра для общей и местной областей для малоэтажных зданий с 45-градусными склонами представлены на рисунках 4.1.7.6.-A и в таблице 4.1.7.6. в NBC 2020. Важные допущения и входные данные для программы RWIND, которая используется для численного CFD моделирования, также приведены в таблице 1.

Таблица 1: Соотношение размеров и входные данные
Основная скорость ветра V 22 м/с
Категория местности 2 - -
Размер бокового ветра b 16 м
Размер по ветру d 16 м
Средняя высота кровли href 12 м
угол кровли θкровля 45 Степень
Плотность воздуха - RWIND ρ 1,25 кг/м3
Направления ветра θветер 0, 22.5, 30, 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 м2
Порядок схемы - RWIND Второй - -
Остаточное целевое значение - RWIND 10-4 - -
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 Рельеф 2 -

Общие и местные коэффициенты давления ветра рассчитываются для всех зон, учитывая скорость ветра и интенсивность турбулентности, на основе второй категории местности. Кроме того, для расчета соответствующих значений общего значения Cp согласно NBC 2020 и Японская база данных аэродинамических труб . Профиль скорости ветра и общий контур Cp для экспериментального и численного исследования в программе RWIND показаны на рисунках 2, рисунках 4 и рисунке 4, соответственно, на которых значение общего и местного Cp для главных и второстепенных элементов конструкции сравнивается между экспериментальными данными Японские аэродинамические трубы и RWIND 2. Кроме того, на рисунках 5 и 6 показано сравнение диаграмм значений Cp,ve и Cp,local экспериментального моделирования, NBC 2020 и RWIND для восьми зон для малоэтажных зданий здание с 45-градусным склоном.

Экспериментальные значения получены вручную путем наблюдения за изображениями контуров Cp,ve и RMS в Японская база данных аэродинамических труб . Кроме того, профиль скорости ветра и турбулентности в RWIND задается с категорией рельефа два, которая варьируется по высоте, а также лучше соответствует ссылкам. Важно отметить, что результаты моделирования установившегося состояния с использованием RANS k-ω SST, которые были рассмотрены в данном проверочном примере, показывают хорошее соответствие, особенно с экспериментальными данными. В критических случаях рассматриваются различные направления ветра для переменной интенсивности турбулентности по высоте (на основе местности 2). Отклонение от положительного значения Cp выше в численном и экспериментальном моделировании, чем в NBC 2020, что можно интерпретировать как очень консервативный подход для положительных областей.

Заключение

В актуальном контрольном примере мы исследуем коэффициент давления ветра (Cp), полученный из программы RWIND, для расчета основных и второстепенных конструкций, таких как системы облицовки или фасада, основанные на канадской норме ветровых нагрузок (NBC 2020) {%><#Refer [ 1]]] и Японская база данных аэродинамических труб для малоэтажного здания с 45-градусным склоном. Результаты показывают, что рекомендуемая конфигурация RWIND хорошо сочетается с большинством зон Еврокода. Более высокая интенсивность турбулентности, близкая к вариантному профилю турбулентности в местности 2, дает более точные результаты. Для получения экстремального значения NBC 2020 важно учесть сценарий критического направления ветра и моделирование переходных процессов. Значения отклонений в основном были получены из коэффициентов надежности и статистического подхода, который представляет собой более консервативный подход, особенно для областей с положительным Cp, по сравнению с другим нормативом, таким как ASCE 7-22.

Данную модель плоской кровли с рекомендуемыми настройками можно также скачать здесь:


Ссылки
  1. Национальный исследовательский совет Канады. (2020). Национальные строительные нормы Канады (том 1). Оттава, Онтарио, Канада