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2023-08-17

平屋面(大屋檐)的 Cp,10 和 Cp,1 的验算示例与欧洲规范 EN 1991-1-4 和日本的风洞数据库进行比较

描述

显示的风压系数 (Cp)

日本风洞数据库 . 关于具有尖屋檐的三维屋面的建议设置将在下一部分中介绍。 CFD 模拟的关键是找到符合输入数据规范的配置,例如湍流模型、风速分布、湍流强度、边界层条件、离散化的阶数等。 重要的是,规范中没有包含数值模拟(例如CFD模拟)所需的信息。 在当前的 VE 中,我们提供了例如 EN 1991-1-4 锐边屋面的 RWIND 设置和实验数据 兼容。 日本风洞数据库 . === 解析解和结果 === 如图 1 所示为封闭式屋盖结构模型,该模型包含四个区域(F、G、H、I)。 平屋面的外压系数 (Cp,10 ) 和 (Cp,1 ) 参见 EN 1991-1-4 中图 7.6 和表 7.2。 表1还列出了用于数值CFD模拟的RWIND的重要假设和输入数据。

表 1: 尺寸比和输入数据
基本风速 V 22 m/s
地形类别 2 <现在wiki>- <现在wiki>-
侧风尺寸 B 16 m
顺风向尺寸 d 16 m
平均屋面高度 [SCHOOL.] 4 m
屋面角钢 θ屋面 0
空气密度 - RWIND ρ 1.25 kg/m3
风荷载方向 θwind 0,15, 30, 45
湍流模型 - RWIND 稳态 RANS k-ω SST <现在wiki>- <现在wiki>-
运动粘度 (公式 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND ν 1.5*10-5 m2/秒
方案阶数 - RWIND 第二 <现在wiki>- <现在wiki>-
残余目标值 - RWIND 10-4 <现在wiki>- <现在wiki>-
残余类型 - RWIND 压强 <现在wiki>- <现在wiki>-
最小迭代数 - RWIND 800 <现在wiki>- <现在wiki>-
边界层 - RWIND NL 10 <现在wiki>-
墙面函数类型 - RWIND 增强/混合 <现在wiki>- <现在wiki>-
湍流强度(最佳拟合) - RWIND i 地形 2 <现在wiki>-
考虑可变风速和湍流强度,基于地形 2 类别,计算所有区域的平均风压系数 (Cp,10 ) 和 (Cp,1 )。 考虑四个风向(θ = 0、15、30、45 度),按照欧洲规范计算 (Cp,10 ) 和 (Cp,1 ) 的相应值。图2显示了Cp,10等值线,它是日本风洞测试与RWIND 2的实验数据之间的比较。实验数据的Cp,10和Cp,1值与欧洲规范和RWIND进行了比较在图3和图4中为一个锋利的边缘。实验值是通过观察日本数据库中的 Cp 等值线图手动获得的。此外,RWIND 中的风速和湍流剖面是使用高度可变的欧盟地形 2 公式设置的。在图5中可以看到在瞬态模拟中屋顶上的正Cp,1 ,这在稳态模拟中是看不到的。实际上,在瞬态模拟中可以更好地捕捉风荷载波动和脱落的影响。进行风洞模拟时,可以考虑临界风向和恒定和可变(基于地形 2)湍流强度。结果显示,当湍流分布接近“地形 2”类别值时,在大多数区域中可以很好地一致性。需要考虑一个区域 (I),在该区域内需要考虑正的和负的风压系数。 === 概述总结 === 在当前的 VE 示例中,我们根据 EN 1991-1-4 和日本风洞研究了在带有锋利边缘的屋面情况下 Cp平均值 Cp,10和 Cp,1的验证。与 RWIND 2 的数据比较。 结果表明,推荐的 RWIND 配置与欧洲规范中的大多数分区结果一致。 湍流强度越高,接近地形 2 的可变湍流剖面,显示的结果比湍流强度低的结果更精确。 在考虑欧洲规范 EN 1991-1-4 的极值的情况下,在临界风向情况和瞬态模拟中重要。 本规范中的计算误差采用较为保守的统计方法, 此外,带有推荐设置的平屋面模型可以在这里下载:


参考
  1. 欧洲规范 1: 对结构的作用 - 第 1-4 部分: 一般作用 - 风作用。 NA 到 BS EN,布鲁塞尔,比利时,1991。