Descripción del trabajo
En el ejemplo de validación actual, investigamos el coeficiente de presión del viento (Cp) de la cubierta plana y los muros con ASCE 7-22 como cargas de cálculo mínimas y criterios asociados para edificios y otras estructuras [1]. En la sección 28.3 (Cargas de viento - sistema principal de resistencia a la fuerza del viento) y en la figura 28.3-1 (caso de carga 1), hay una tabla que muestra el valor de Cp para diferentes ángulos de cubierta. En el ejemplo actual, seleccionamos θ=0 como cubierta plana.
Aunque las simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) se utilizan con mayor frecuencia en aplicaciones de ingeniería eólica, la ASCE 49 no describe claramente todas las técnicas esenciales para CFD. Cualquier uso de la dinámica de fluidos computacional (CFD) para determinar el sistema de resistencia a la fuerza del viento principal de cálculo (MWFRS), C&C u otras cargas de viento de estructuras requiere una revisión por pares, así como un estudio de verificación y validación (V&V) [2]. Esto se debe a que aún se necesita una norma similar para documentar los procedimientos requeridos para obtener cargas de viento confiables y precisas utilizando herramientas CFD. Mientras tanto, se desarrollará esta norma. Para abordar la garantía de calidad y el control de calidad de este procedimiento en ausencia de una norma, se requiere [1].
Encontrar las configuraciones más compatibles con las normas con respecto a los datos de entrada, como los modelos de turbulencia, los perfiles de velocidad del viento, las intensidades de las turbulencias, las condiciones de la capa límite, el orden de discretización y otros factores, es el factor clave de la simulación CFD. El punto importante es que las normas no cubren la información requerida para la simulación numérica, como la simulación con CFD. En el ejemplo de validación actual, presentamos la configuración de RWIND más compatible en relación con el ejemplo de la cubierta y los muros de ASCE 7-22.
Solución analítica y resultados
El modelo tridimensional cerrado (unidad: m (ft)) según la figura 01, que ilustra 8 zonas de viento (1,2,3,4,1E,2E,3E,4E). Los coeficientes de presión externa (GCpf) para edificios cerrados, parcialmente cerrados y parcialmente abiertos con muros y cubiertas de poca altura se presentan en la figura 28.3-1 de ASCE 7-22. Las suposiciones importantes y los datos de entrada también se muestran en la tabla 1.
| Tabla 1: Relación de dimensiones y datos de entrada | |||
| Velocidad básica del viento | V | 30 (67,10) | m/s (mph) |
| Categoría de terreno | 2 | ||
| Altura media de cubierta | h | 5 (16,40) | m (pies) |
| Dimensión horizontal (distancia al borde) | α | 4 (13,12) | m (pies) |
| Ángulo de cubierta | θroof | 0 | Grados |
| Densidad del aire - RWIND | ρ | 1,25 (0,078) | kg/m3 (lb/ft3 ) |
| Direcciones del viento | θviento | 0, 22.5, 45 | Grados |
| Modelo de turbulencia - RWIND | RANS estacionario k-ω SST | - | |
| Viscosidad cinemática (ecuación 7.15, EN 1991-1-4) - RWIND | ν | 1,5*10-5 (1,6*10-4 ) | m2/s (ft2/ s) |
| Orden del esquema - RWIND | Segundo | - | |
| Valor teórico residual - RWIND | 10-4 | - | |
| Tipo residual - RWIND | Presión | - | |
| Número mínimo de iteraciones - RWIND | 800 | - | |
| Capa de contorno - RWIND | NL | 10 | |
| Tipo de función de muro - RWIND | Mejorado / mezclado | - | |
| Intensidad de la turbulencia (mejor ajuste) - RWIND | I | Terreno 2 | |
El coeficiente medio de presión del viento Cp se calcula para varias zonas con diferentes intensidades de turbulencia. Se consideran tres direcciones del viento (θ= 0, 22,5, 45 grados) para encontrar el valor crítico de Cp. El contorno Cp se ilustra en la figura 02. La tabla de los valores de desviación y el diagrama del valorCp bajo diferentes intensidades de turbulencia se muestran en la figura 03 y figura 04. Cuatro constantes y una variable (basada en el terreno 2) de la intensidad de la turbulencia se consideran para realizar simulaciones de viento. Los resultados muestran una buena concordancia cuando el perfil de turbulencia está cerca de la categoría Terreno 2.
Conclusión
En el ejemplo actual, investigamos la validación del valor medio de Cp de cubiertas y muros, que se presentó en ASCE 7-22 utilizando RWIND. Los resultados muestran que la configuración recomendada de RWIND tiene una buena concordancia con la norma. La mayor intensidad de turbulencia cerca del perfil de turbulencia variable del Terreno 2 muestra resultados más precisos en lugar del perfil de turbulencia bajo. Es importante considerar el escenario de dirección crítica del viento para obtener un valor extremo de ASCE 7-22. Los valores de desviación (alrededor del 20 % de diferencia) provienen principalmente de los coeficientes de seguridad y el enfoque estadístico utilizado en las normas.
Además, el modelo de cubierta plana con la configuración recomendada está disponible para descargar aquí: