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Mahyar Kazemian, M.Sc.
12. November 2024
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Stadtsimulation mit RWIND

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Windsimulation an einer Stadt

Dieses Statikmodell können Sie herunterladen, um es für Übungszwecke oder für Ihre Projekte einzusetzen. Wir übernehmen jedoch keine Garantie und Haftung für die Richtigkeit sowie Vollständigkeit des Modells.

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Technische Fachbeiträge
In der Tragwerksplanung ist die Vorhersage der Auswirkungen turbulenter Windströmungen auf Bauwerke von entscheidender Bedeutung für die Sicherheit und Leistungsfähigkeit. Die Turbulenzmodellierung in der Numerischen Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics - CFD) hilft, diese Interaktionen zu simulieren. Ingenieure müssen ein praktisches Turbulenzmodell auswählen, indem sie Effizienz, Genauigkeit und Anwendbarkeit abwägen. Gängige Modelle sind Reynolds-Averated Navier-Stokes (RANS), Unstetigkeits-Reynolds-Averated Navier-Stokes (URANS) und Load Detached Eddy Simulation (DDES). RANS ist robust und kostengünstig für stationäre Strömungen, URANS erfasst zeitabhängige Phänomene für mäßige Instabilitäten und DDES, ein Hybrid aus RANS und Large Eddy Simulation (LES), löst komplexe turbulente Strukturen auf. Das Verständnis der Stärken und Grenzen jedes Modells' hilft Ingenieuren, den besten Ansatz für ihre Anwendungen zu wählen.
Modell des Validierungsbeispiels
Ein entscheidender Schritt bei der Numerischen Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics - CFD) ist es, ein Validierungsbeispiel zu erstellen, um Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Simulationsergebnisse zu gewährleisten. Bei diesem Vorgang werden die Ergebnisse der CFD-Simulationen mit experimentellen oder analytischen Daten aus realen Szenarien verglichen. Es soll der Nachweis erbracht werden, dass das CFD-Modell die physikalischen Phänomene, die es simulieren soll, wirklichkeitsgetreu abbilden kann.
Auswirkung der Windrichtung
Die Windrichtung spielt eine entscheidende Rolle bei Gestaltung der Ergebnisse von CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics - Numerische Strömungsmechanik) und bei der statischen Bemessung von Gebäuden und Infrastrukturen. Sie ist ein ausschlaggebender Faktor bei Beurteilung der Interaktionen zwischen den Windkräften und den Konstruktionen, und nimmt Einfluss auf Verteilung von Windlastdruck und folglich auf die statische Reaktionen.
Windsimulation an einer modernen Stadt mit RWIND
Die Einhaltung von Bauvorschriften wie dem Eurocode ist unerlässlich, um die Sicherheit, Stabilität und Nachhaltigkeit von Gebäuden und anderen Strukturen zu gewährleisten. Die Numerische Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics), kurz CFD, spielt dabei eine entscheidende Rolle, indem sie das Verhalten von Flüssigkeiten simuliert, Bemessungen optimiert sowie Architekten und Ingenieuren dabei hilft, die Anforderungen des Eurocodes in Bezug auf Windlastanalyse, natürliche Lüftung, Brandsicherheit und Energieeffizienz zu erfüllen. Durch die Integration von CFD in den Planungsprozess können Fachleute sichere, effiziente und vorschriftenkonforme Gebäude erstellen, die den höchsten Bau- und Design-Standards in Europa entsprechen.
Screenshots
Produkt-Features
Die Abbildung zeigt die hierarchische Regelung zwischen Lastübertragungsflächen und Decken in RFEM 6.

In RFEM 6 existiert eine hierarchische Regelung zwischen Lastübertragungsflächen und Decken im Gebäudemodell. Dadurch sind auch Wände aus Lastübertragungsflächen möglich, z. B. zur Berücksichtigung von vorgehängten Fassaden.

Feature 002825 | Wandscheiben und wandartige Träger aus Stäben

Bei der Generierung von Wandscheiben und wandartigen Trägern können Sie nicht nur Flächen und Zellen zuweisen, sondern auch Stäbe.

Feature 002632 | Analyse von Decken als herausgelöste 2D-Systeme

Die Berechnung des Gebäudemodells läuft in zwei Berechnungsphasen ab:

  • Globale 3D-Berechnung des Gesamtmodells, in welchem die Decken als starre Ebene (Diaphragma) oder als Biegeplatte modelliert werden
  • Lokale 2D-Berechnung der einzelnen Geschossdecken

Die Ergebnisse der Stützen und Wände aus der 3D-Berechnung und die Ergebnisse der Decken aus der 2D-Berechnung werden nach der Berechnung in einem einzigen Modell zusammengefasst. Dadurch muss zwischen dem 3D-Modell und der einzelnen 2D-Modellen der Decken nicht gewechselt werden. Der Anwender arbeitet nur mit einem Model, spart wertvolle Zeit und vermeidet eventuelle Fehler beim händischen Datenaustausch zwischen dem 3D-Modell und der einzelnen 2D-Decken-Modelle.

Die vertikalen Flächen im Modell können vom Nutzer in Schubwände (Shear Walls) und Öffnungsstürze (Sprandels) geteilt werden. Aus diesen Wandobjekten erzeugt das Programm automatisch interne Ergebnisstäbe, so dass diese dann nach der gewünschten Norm im Add-On Betonbemessung für RFEM 6 als Stäbe bemessen werden können.

Feature 002664 | Modellierungswerkzeuge für Gebäudemodelle

Für Elemente in Gebäudemodellen stehen Ihnen mehrere Modellierungswerkzeuge zur Verfügung:

  • Vertikale Linie
  • Stütze
  • Wand
  • Balkenstab
  • Rechteckige Decke
  • Polygonale Decke
  • Rechteckige Deckenöffnung
  • Polygonale Deckenöffnung

Dieses Feature erlaubt Ihnen die Elementdefinition auf der Grundebene (z. B. eine Hintergrundfolie) mit einer damit verbundenen multiplen Elementerzeugung im Raum.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Wie kann ich die ausreichende Gesamtsimulationszeit für eine genaue instationäre Windanalyse in RWIND bestimmen?
Wie können experimentelle Daten in RWIND eingegeben werden?
Was ist der Unterschied zwischen den Turbulenzmodellen RANS, URANS und DDES?
Was verbirgt sich hinter der komponentenbasierten Finite-Elemente-Methode (CBFEM)?
Wie können experimentelle Windkanaldaten in RFEM eingegeben werden?
Welches ist die genaueste CFD-Methode für die Windsimulation von Brüstungen?
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