VE0310 | 欧洲规范 矩形长方体 - 使用 Cp,10 和 Cp,1 计算风压

描述

在当前的验证示例中，我们检查了结构设计（按照 EN 1991-1-4 为矩形结构建筑物）的一般风压 (C_p,10 ) 和幕墙设计 (C_p,1 )。 [1]. 关于三维工况，我们将在下一部分中进行介绍。

找到有关输入数据的最准确和兼容的配置，例如湍流模型、风速剖面、湍流强度、边界层条件、离散化的阶数以及其他因素，是 CFD 模拟的关键方面之一。 重要的是，在该欧洲规范中没有包含数值模拟例如CFD模拟所需的信息。 我们这里以欧洲规范中的形状为例提供了兼容的 RWIND 设置。 在下文中将介绍风荷载静力计算的公式和图表。

解析解和结果

根据图 1 中 h/d 的比值，长方体可分为三个尺寸类别（EN 1991-1-4 表 7.1）。 每种情况下的输入数据和假设将在下一部分说明。

01 图1： 欧洲规范中的长方体尺寸标注类别

对于第一种情况（图 2），根据输入数据和高程的定义区域（图 3），考虑高层矩形建筑 (h/d=5)。 第二类地形中的风速和湍流度剖面也被考虑，如下表所示。同时，在计算风压值时研究了湍流强度的恒定值。

02 图 2： 高层矩形长方体形状(h/d=5)

03 图 3： 为高层矩形立方体的每个标高定义区域

获得风压值 C_p,1和 C_p,10的结果关于不同的分区、尺寸比和湍流强度。 对于第一种情况，即高层立方体形状 (h/d=5)，结果如图 4和图 5所示。 结果表明，在湍流剖面为真实或较大（例如 25%）时，湍流分布情况非常相似。

04 图 4： 基于 Cp,1 和 Cp,10 的不同区域的风压值（工况 h/d=5）

05 图 5： 欧洲规范中25%湍流强度和真实湍流剖面的风洞模拟结果（工况h/d=5）

可以获得最大风压值和一个平均风压值，在幕墙设计中使用 Cp,1 ，该最大风压值与等效风压 Cp,10 等效。 （图6）。

06 图 6: 如何在 RWIND 中获取每个分区的平均和最大风压值

关于第二种情况，本示例为高层矩形建筑(h/d=1)，其输入数据和定义的分区（图 7和8），如下图和表格所示：

07 图 7: 中层长方体 (h/d=1)

08 图 8: 长方体 (h/d=1) 的分区和风向定义

第二种情况，即钢结构中间的竖立方体 (h/d=1)，C_p,10和 C_p,1的取值见图 9、10。 结果表明，在真实湍流剖面和较大的湍流剖面（例如 25%）时，湍流分布非常相似。

09 图 9: 使用 Cp,10 的不同区域的风压值（工况 h/d=1）

10 图 10: 基于Cp,1的不同区域的风压值(工况h/d=1)

11 图 11: 基于 Cp,1 和 Cp,10 的不同区域的风压值（工况 h/d=1）

对于后一种情况，有关输入数据和定义的区域（图 11到13），

12 图 12: 短边长方体 (h/d=0.25)

13 图 13: 定义低层立方体的风区和风向 (h/d

对于最后一种情况，即低层矩形建筑(h/d=0.25)，C_p,1和 C_p,10的值如图 14 到 16 所示。 结果表明，在考虑真实湍流或较大的湍流剖面（例如25%）时，振动具有很好的一致性。

14 图 14: 使用 Cp,10 计算的不同区域的风压值 (工况 h/d=0.25)

15 图 15: 基于 Cp,1 的不同区域的风压值

16 图 16: 基于 Cp,1 和 Cp,10 的不同区域的风压值 (工况 h/d=0.25)

概述总结

结果显示，该方法对于矩形平面建筑物的一般结构设计 (C_p10 ) 和覆层或幕墙设计 (C_p1 ) 具有良好的一致性。 根据计算结果，一般来说，湍流强度对于不同的分区和尺寸比，一般来说最好按照欧洲规范湍流剖面建议值或较大的值（例如 I=25%）来考虑。 可以看出，增大长方体高度和流动雷诺数，结果更准确。 该软件可以为高层建筑结构提供很好的风压预测预测结果，以及用于一般结构和幕墙设计的风荷载计算结果。

长方体模型及其推荐设置可以在这里下载：