根据阵风概念确定准静态风荷载的风速和湍流强度曲线

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由于结构的刚度、质量和阻尼不同,对风作用引发的反应不同。 容易振动的建筑物和不容易振动的建筑物之间进行了基本区分。

通常,如果在阵风中由于阵风共鸣引起的变形增量不超过10%,则认为该结构不振动[2]。 在这种情况下,随时间变化的风作用可以称为静态等效荷载。

假设风流中的湍流相对于建筑尺寸非常大,使用RWIND Simulation时可以按照“准静态方法”或“阵风”计算静压力分布p概念[3]。

一般来说,在阵风持续期间[3],在湍流湍流引起的湍流速度变化后,可以在分析模型周围设置一个稳定的流场。 由入流湍流引起的模型面压力波动在一定时间段t内为固定状态。 因此,该涨落在模型面上的遵循时间平均压力系数cp,new。

在模型面上的风压Δp(t)只取决于入口速度v(t)。

风荷载压力与时间的关系

Δp(t) = 12 · ρ · v2 (t) · cp,mean

ρ 空气密度
eqv 入口速度
Cp,mean 时均压力系数
t 时间

进气速度矢量v(t)的值是:

v(t)²=(vx,平均值+ vx,涨落(t))² + vy,涨落(t)² + vz,涨落(t)²

如果对平方项的贡献较小,则得出入口速度向量v(t)的有效值:

v(t)²= vx,平均值² + 2⋅vx, mean⋅vx,涨落(t)

如果在风荷载压力公式中使用有效入口速度,则会得出:

Δp(t)= 1/2∙ρ⋅vx,均值²[1 +(2⋅vx,涨落(t))/vx,mean ]⋅cp,平均值

由该变换可以得出,风压Δp(t)的变化仅取决于风速vx的变化,在主进风方向x上的变化(t)。

如果用时速变化幅度vx,涨落(t)用最大出现的速度涨落vx,flu涨落,max替代,那么时间可变性将从系统中删除。

然后如果将术语vx,涨落,max/vx,mean湍流强度Iv (z)的g倍,

湍流强度随高度的变化

Iv(z) = δvvmean (z)

δv
平均速度的标准偏差v平均
v均值(z) 平均速度(取决于高度)
[SCHOOL.ZIP] 海拔高度

您可以在方括号中将其描述为阵风系数G(z)。 添加到公式中:

风荷载

W = 12 · ρ · vmean2 (z) · G(z) · cp,mean

ρ 空气密度
v均值 平均入口速度
则G(z) 阵风系数取决于高度
Cp,mean 时均压力系数

值:

阵风系数

G(z) = 1 + 2 · g · Iv (z)

g 定义阵风持续时间的系数
iv [z] 湍流强度与高度的关系
[SCHOOL.ZIP] 海拔高度

例如在EN 1991-1-4中使用系数g描述阵风持续时间3.5。

RWIND仿真计算取决于入口速度vX(z)除以RANS方程的固定溶液的装置通过使用所述算法SIMPLEC模型表面上的压p平均值的平均值。 由于压力系数cp,mean的均值是基于确定的平均压力值p均值与屋顶高度q(屋顶高)上未扰动峰值风压之间的比值,

cp,mean = p平均值/q(屋顶的高度)

可以根据阵风概念[1],使用转换后的峰值风速压力q(z)中的入口速度和整个高度的入口速度来确定名义风荷载。

v(z)=√(2⋅q(z)/ρ)

因此,该风速包括平均风速v平均和最大涨落分量v涨落。 在这种情况下,入流湍流强度在整个高度上可以恒定地设置为非常小的值5%[4]。

当考虑力对整个建筑或大表面积区域的影响时,这种方法提供了一个很好的近似自然风荷载[3]。 其原因是,由平均掩盖的较小的湍流作用只作用在部分区域,由于对力值进行了全局积分,因此没有产生任何明显的作用。

此外,该方法对有额流的小部分区域也有很好的反应,因为在峰值风速曲线中已经很好地记录了有效压力波动[3]。

相反,该系统导致分流面(侧墙和后墙)的收敛性较差。 尤其是在这些区域,通过使用阵风概念进行平均,由建筑引起的湍流“消失”的作用,大于入口速度曲线中所包含的入流湍流的作用。

作者

Dipl.-Ing. (BA) Andreas Niemeier, M.Eng.

Dipl.-Ing. (BA) Andreas Niemeier, M.Eng.

Product Engineering & Customer Support

Niemeier先生负责RFEM,RSTAB的开发以及用于张拉膜结构的附加模块。 此外,他还负责质量保证和客户支持。

关键词

峰值风速 阵风风速 基本风速 平均风速 Turbulence intensity 风压

参考文献

[1]   Eurocode 1: Actions on structures - Part 1-4: General actions - Wind actions; German version EN 1991-1-4:2005 + A1:2010 + AC:2010
[2]   Albert, A.: Schneider - Bautabellen für Ingenieure mit Berechnungshinweisen und Beispielen, 22. Auflage. Bochum: Bundesanzeiger, 2016
[3]   Kiefer, 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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