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2021-03-03

根据阵风概念确定准静态风荷载的风速和湍流强度曲线

结构对风作用的反应因结构的刚度、质量和阻尼而异。 地震作用下,建筑物可以是容易受到振动影响的建筑物不可以。

通常,如果结构在阵风共振引起的风荷载作用下,变形增加的幅度不超过 10%,则不认为该结构易受振动影响。 在这种情况下,时变风荷载可以描述为等效静力。

假设风流中的湍流与建筑物尺寸相关的系数非常大,则可以使用 RWIND Simulation 根据“准稳态法”或所谓的阵风计算静力作用的压力 p 分布。概念 ]]#Refer [3]]]。

对于阵风持续时间 ' 中的'持续时间,基本上假定分析模型周围的流场为稳态流场 #Refer [3]]]。 因此,流入的湍流作用在模型表面上的压力波动被看作是在特定时间段 t 内的一个稳定状态。 因此,这种波动完全按照模型表面上的时均压力系数 cp,mean的变化曲线。

作用在模型表面的风压 Δp(t) 仅仅取决于入口风速 v(t)。

因此,入口速度向量 v(t) 为:
v(t)² = (vx,mean + vx,fluctuation (t))² + vy,fluctuation (t)² + vz,fluctuation (t)²

如果二次项贡献很小,则入口速度向量 v(t) 的有效值如下:
v(t)² = vx,mean ² + 2 ⋅ vx,mean ⋅ vx,fluctuation (t)

在计算风压公式中使用有效入口风速有:
Δp(t) = 1/2 ⋅ ρ ⋅ vx,mean ² [1 + (2 ⋅ vx,fluctuation (t))/vx,mean ] ⋅ cp,mean

从上式可以看出,风压的波动 Δp(t) 仅取决于风速的波动 vx,fluctuation (t) 在主要入流方向 x 上。

如果您用出现的最大速度波动 vx,fluctuation,max代替随时间变化的速度波动 vx,fluctuation (t) ,那么就消除了系统的时间可变性。

vx,fluctuation,max/vx,mean项是湍流强度 Iv (z) 的倍数 g,


括号里的项为阵风系数 G(z)。 带入名义风荷载公式中的项有:

值:

例如,在 EN 1991-1-4 中,系数 g 适用于描述阵风持续时间 3.5。

RWIND Simulation 使用 SIMPLEC 算法通过对RANS方程进行稳态解来计算模型表面上的压力 pmean取决于入口速度 vx (z) 的平均值。 因为风压系数的平均值 cp,mean基于确定的平均风压值 pmean与屋顶高度 q(屋顶高度)处的最大风速压力之间的比值,
cp,mean = pmean/q(屋面高度)
可以使用由转换的整个高度上的峰值风速压力 q(z) 得到的入口风速来确定阵风概念下的标准风荷载。 [1]
v(z) = ²(2 ⋅ q(z)/ρ)

该风速包括平均风速 vmean和最大波动分量 vbluble 。 在这种情况下,入流湍流强度可以设置为在高度上恒定的一个非常小的值,约为 5% [4]。

当考虑作用在整个建筑物或大面积表面上的力的影响时,该方法非常近似于自然风荷载 {%|#Refer [3]]] 。 这是因为湍流的影响被平均功能屏蔽了,只作用在局部区域,对力值的全局积分影响并不明显。

此外,该方案也适用于有锋面流入的小区域,因为这里有效风压的波动已经很好地反映在峰值风速剖面中 [3] 。

反之,对于具有流动分离的面(侧墙和后墙),该系统会导致更差的真实收敛。 尤其是在这些区域中,阵风所说的由建筑物引起的湍流比入口湍流所产生的影响要“减弱”。


作者

Niemeier 先生负责 RFEM、RSTAB、RWIND Simulation 以及膜结构领域的开发。 他还负责质量保证和客户支持。

链接
参考
  1. 欧洲规范 1: 结构作用 - 第1-4部分: 一般作用,风荷载BS EN 1991-1-4:2010-12
  2. A.阿尔伯特 Schneider - Bautabellen für Ingenieure mit Berechnungshinweisen und Beispielen, 22. Auflage. Bochum: Bundesanzeiger, 2016
  3. 基弗(H. Windlasten an quaderförmigen Gebäuden in bebauten Gebieten, 2003
  4. Werth, M. Vergleichende Studie zu Windlastmodellen im Hochbau: Numerische Strömungsberechnung vs. Druckmessungen im Windkanal, 2019


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