Beschreibung
Im vorliegenden Validierungsbeispiel wird der Winddruckwert sowohl für die allgemeine Tragwerksplanung (Cp,10 ) als auch für die Verkleidung bzw. Fassadenbemessung (Cp,1 ) von Gebäuden mit rechteckigem Grundriss nach EN 1991-1-4 untersucht. [1]. Es gibt dreidimensionale Fälle, über die wir im nächsten Teil mehr erklären werden.
Einer der Schlüsselaspekte der CFD-Simulation ist es, die genauesten und kompatibelsten Konfigurationen in Bezug auf Eingabedaten wie Turbulenzmodelle, Windgeschwindigkeitsprofile, Turbulenzintensitäten, Grenzschichtbedingungen, Diskretisierung usw. zu finden. Wichtig ist, dass der Eurocode nicht die erforderlichen Informationen für eine numerische Simulation wie die CFD-Simulation abdeckt. Wir haben hier kompatible RWIND Einstellungen bezogen auf das Beispiel der kubischen Form nach Eurocode bereitgestellt. Für die statische Berechnung der Windlast werden mehrere Formeln und Diagramme verwendet, die in den folgenden Abschnitten demonstriert werden.
Analytische Lösung und Ergebnisse
Für den rechteckigen Quader ergeben sich durch das Verhältnis von h/d wie in Bild 1 (EN 1991-1-4 Tabelle 7.1) dargestellt dreidimensionale Kategorien. Die Eingabedaten und Annahmen für jeden dimensionalen Fall werden im nächsten Teil erläutert.
Im ersten Fall (Bild 2) wird das Hochhaus mit rechteckigem Grundriss (h/d = 5) hinsichtlich der definierten Zonen (Bild 3) für jede Ansichts- und Eingabedaten berücksichtigt. Außerdem wird die Geländekategorie zwei zur Erstellung des Windgeschwindigkeits- und Turbulenzprofils berücksichtigt, was in der folgenden Tabelle dargestellt ist; Gleichzeitig werden konstante Werte der Turbulenzintensität untersucht, um Winddruckwerte zu berechnen.
| Tabelle 1: Dimensionsverhältnis - h/d=5 | |||
| Basiswindgeschwindigkeit | V | 30 | m/s |
| Geländekategorie | 2 | ||
| Höhe | h | 50 | m |
| Höhe | d | 10 | m |
| Breite | F | 12 | m |
| Luftdichte - RWIND | ρ | 1.25 | kg/m3 |
| Turbulenzmodell - RWIND | Stetige RANS k-ω SST | - | |
| Kinematische Viskosität (Gleichung 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Schemareihenfolge - RWIND | 2. | - | |
| verbleibender Zielwert - RWIND | 10-5 | - | |
| verbleibender Typ - RWIND | Druck | - | |
| Mindestanzahl an Iterationen - RWIND | 800 | - | |
| Grenzschicht - RWIND | NL | 10 | |
| Art der Wandfunktion - RWIND | erweitert/gemischt | - | |
| Turbulenzintensität (beste Anpassung) - RWIND | I | Eurocode-Turbulenzprofil und 25% | |
Die Ergebnisse des Winddruckwertes für Cp,1 und Cp,10 werden für verschiedene Zonen, Abmessungsverhältnisse und Turbulenzintensitäten ermittelt. Für den ersten Fall, einen hohen Würfel (h/d=5), sind die Ergebnisse in den Bildern 4 und 5 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass eine gute Übereinstimmung besteht, wenn das reale bzw. hohe Turbulenzprofil (z. B. 25 %) berücksichtigt wird.
Für jede Zone ist es möglich, einen maximalen Druckwert zu erhalten, der mit Cp,1 für die Bemessung von Verkleidungen und Fassaden mit dem Winddruckwert gleichgesetzt werden kann, sowie einen mittleren Druckwert, der für die allgemeine Tragwerksplanung mit Cp,10 dem Winddruckwert gleichgesetzt werden kann herunterladen und installieren (Bild 6).
Für den nächsten Fall wird ein mehrstöckiges Gebäude mit rechteckigem Grundriss (h/d=1) hinsichtlich der Eingabedaten und definierten Zonen (Bild 7 und 8) berücksichtigt, die in der folgenden Abbildung und Tabelle dargestellt sind:
| Tabelle 2: Dimensionsverhältnis - h/d=1 | |||
| Grundwindgeschwindigkeit | V | 30 | m/s |
| Geländekategorie | 2 | ||
| Höhe | h | 10 | m |
| Höhe | d | 10 | m |
| Breite | F | 12 | m |
| Luftdichte - RWIND | ρ | 1.25 | kg/m3 |
| Turbulenzmodell - RWIND | Stetige RANS k-ω SST | - | |
| Kinematische Viskosität (Gleichung 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Schemareihenfolge - RWIND | 2. | - | |
| verbleibender Zielwert - RWIND | 10-5 | - | |
| verbleibender Typ - RWIND | Druck | - | |
| Mindestanzahl an Iterationen - RWIND | 800 | - | |
| Grenzschicht - RWIND | NL | 10 | |
| Art der Wandfunktion - RWIND | erweitert/gemischt | - | |
| Turbulenzintensität (beste Anpassung) - RWIND | I | Eurocode-Turbulenzprofil und 25% - RWIND | |
Für den zweiten Fall, bei dem es sich um eine mittelhohe Würfelform (h/d=1) handelt, sind die Werte von Cp,10 und Cp,1 in den Bildern 9, 10 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass eine gute Übereinstimmung besteht, wenn das reale sowie das hohe Turbulenzprofil (z.B. 25%) berücksichtigt wird.
Im letzten Fall wird ein kurzes Gebäude mit rechteckigem Grundriss (h/d = 0.25) bezüglich der Eingabedaten und definierten Zonen (Bild 11 bis 13) berücksichtigt, die in den folgenden Bildern und der Tabelle dargestellt sind:
| Tabelle 3: Abmessungsverhältnis - h/d=0.25 | |||
| Basiswindgeschwindigkeit | V | 30 | m/s |
| Geländekategorie | 2 | ||
| Höhe | h | 2.50 | m |
| Höhe | d | 10 | m |
| Breite | F | 2.50 | m |
| Luftdichte - RWIND | ρ | 1.25 | kg/m3 |
| Turbulenzmodell - RWIND | Stetige RANS k-ω SST | - | |
| Kinematische Viskosität (Gleichung 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 | m2/s |
| Schemareihenfolge - RWIND | 2. | - | |
| verbleibender Zielwert - RWIND | 10-5 | - | |
| verbleibender Typ - RWIND | Druck | - | |
| Mindestanzahl an Iterationen - RWIND | 800 | - | |
| Grenzschicht - RWIND | NL | 10 | |
| Art der Wandfunktion - RWIND | erweitert/gemischt | - | |
| Eurocode-Turbulenzprofil und 25% - RWIND | I | 15 % | |
Für den letzten Fall, ein niedriges Gebäude mit rechteckigem Grundriss (h/d=0,25), ist der Wert von Cp,1 und Cp,10 in den Bildern 14 bis 16 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass eine gute Übereinstimmung vorliegt, wenn das reale bzw. hohe Turbulenzprofil (z. B. 25 %) berücksichtigt wird.
Fazit
Die Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung sowohl für die allgemeinen Tragwerksnachweise (Cp10 ) als auch für die Verkleidung bzw. Fassadenbemessung (Cp1 ) von Gebäuden mit rechteckigem Grundriss. Aufgrund der Ergebnisse ist es im Allgemeinen besser, den empfohlenen Wert der Turbulenzintensität als reales Turbulenzprofil nach Eurocode zu berücksichtigen oder höhere Werte (z. B. I = 25%) für verschiedene Zonen und Abmessungsverhältnisse zu wählen. Man erkennt es an der Vergrößerung des rechteckigen Quaders und der Reynoldszahlen der Strömung, so wären die Ergebnisse genauer. Gerade bei Hochbauten sind also sehr gute Windlastvorgaben für die allgemeine Tragwerks- und Fassadenplanung zu erwarten.
Auch das rechteckige quaderförmige Modell mit empfohlenen Einstellungen finden Sie hier zum Herunterladen:
