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2017-01-16

在 RFEM 中按照 EN 1991-1-4 生成圆形底座上的风荷载

考虑到结构设计方面的效率和经济性,仓库或体育场馆等经常采用圆拱形屋面。 即使穹顶具有相应的几何形状,由于雷诺数效应,估算风荷载也不是件容易的事。 外压系数 cpe取决于雷诺数和结构的长细比。 EN 1991-1-4 [1] 可以帮助您估算作用在穹顶上的风荷载。 基于此,接下来的文章将介绍如何在 RFEM 中定义风荷载。 图 1 中所示结构的风荷载可分为以下部分:墙体风荷载和拱形结构。

墙体风荷载

对于墙体,风荷载按照[1]中的第 7.9 章计算。 它描述了圆柱体的外部压力系数,该系数取决于雷诺数、粗糙度和长细比。 在图 01 中显示的仓库实例中,当速度压力为 0.70 kN/m² 时,雷诺数为 3.35 × 10 7 。 根据 [1] 中图 7.27,外部压力系数对于雷诺数 1.00 × 107 是近似使用的。 在 RFEM 中需要这些参数,以便将荷载系数定义为转角 α 的函数。

在“插入”→“荷载”菜单下选择“自由可变荷载”类型,可以定义一个沿周界变化的荷载。 在相应对话框中,您可以先选择墙面,然后定义投影方向。 风荷载作用在面的局部 z 轴上,因此需要相应地调整荷载方向。 您应该选择荷载位置,使得所有墙都被平面投影包围。 对于荷载值,速度压力按照 [1] 第 3 章定义。 4.5,或根据国家申请文件。 由于沿周长的荷载不是恒定的,因此可以勾选“沿周长:可变”复选框。 变量... "激活。 然后可以沿周界定义一个任意角度的荷载系数,该系数会分解上一个对话框中的荷载值。 对于系数 kα ,您可以直接采用相应角度的外部压力系数 (cpe )。 最简单的方法是在 Excel 中准备一个文档,然后使用 Excel 导入对话框导入参数。 在确认输入之前,必须先定义旋转轴和初始角度。

为了直观地检查所施加的荷载,我们建议您在结果导航器中勾选“荷载分布”复选框(见图 04)。 对于该控制,只需计算相应荷载工况的迭代即可。 这在有限元网格细化的大型结构中节省了时间。 荷载分布的准确性取决于有限元网格。 有限元网格越细,荷载值就越精确。

拱顶上的风荷载

[1],第 1 章7.2.8 规定了矩形和圆形底座的拱形结构的外部压力系数。 对于底部为圆形的拱形结构,在任何垂直于风向的平面上外部压力系数都应该被认为是恒定的。 正如在 [1] 中图 7.12 中所示,外部压力系数可以应用于三个区域(A、B 和 C)。 介于两者之间的区域可以进行线性插值。 外部压力系数的 A 面积为 -0.65,B 面积为 -0.80,C 面积为 -0.25(见图 5)。 根据 [1] 中的公式 5.1,风压力为 0.70 kN/m² 时的风压力结果为:A 面积为 -0.46 kN/m²,B 面积为 -0.56 kN/m²,C 面积为 -0.18 kN/m² .

该荷载可以在 RFEM 中使用自由矩形荷载进行定义,该荷载可以在菜单“插入”→“荷载”中生成。 除了定义投影平面和荷载方向外,还可以考虑使用线性函数来定义荷载分布,该函数包括在上一段中提到的单个区域之间的插值。 现在创建两个自由矩形荷载。 第一个用于 A 到 B 区域,第二个用于 B 到 C 区域(见图 6)。

荷载分布功能可以帮助您控制施加的风荷载。 为了更好地记录荷载作用,可以选择创建截面(见图 7)。

更多信息

圆顶对风的作用非常敏感,尤其是在膜结构或壳体结构的圆顶结构非常大的情况下(例如在体育馆中) [2] 。 在这种情况下,仅仅考虑风荷载是不够的,还必须分析附加应力的分布。 由于 [1] 中没有描述所有不利的风效应,因此需要通过在模型中进行风洞试验来验证风压力系数。 此外,还可以考虑圆顶位置的影响(例如对周围的建筑物)。


作者

Rehm 先生负责木结构产品的开发,并提供技术支持。

链接
参考
  1. 欧洲规范 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-4: Allgemeine Einwirkungen, Windlasten; DIN EN 1991-1-4:2010-12
  2. Taylor, TJ (1992)。 半球形穹顶上的风压。 (Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 40 (2), 199–213. https://doi.org/10.1016/0167-6105(92)90365-h