La norma del vento EN 1991-1-4 specifica un concetto di calcolo con valori aerodinamici e fattori di riduzione per questo caso. Queste specifiche forniscono infine una forza del vento risultante sul componente strutturale. Non è specificata una distribuzione della pressione del vento attorno al componente strutturale. La forza del vento si basa quindi sulla seguente relazione:
F w = c s c d ⋅ c f ⋅ q p (z e ) ⋅ A rif
dove
CsCd Fattore strutturale in due parti per considerare il fatto che le pressioni di picco del vento non si verificano contemporaneamente sull'intera superficie (c s ), così come il precamber dinamico dovuto a vibrazioni strutturali simili a risonanza risultanti da turbolenza del vento (c d )
C[F5] Coefficiente di forza per un oggetto edificio o sezione oggetto edificio
q p (z e ) ... Pressione della velocità di picco all'altezza di riferimento z e
A ref... Superficie di riferimento per un oggetto edificio o sezione oggetto edificio
Se si presume che il componente strutturale considerato sia un corpo rigido e rigido sotto il flusso costante del vento, la determinazione della forza del vento sarà semplificata alla seguente legge:
F w = c f ⋅ q ⋅ A rif
Per un componente strutturale non sottile con una sezione trasversale arrotondata quadraticamente, il coefficiente di forza c f è determinato secondo [1] come segue:
c f = c f, 0 ⋅ Ψ r ⋅ Ψ λ
dove
c f, 0... Coefficiente di forza di base delle sezioni trasversali a spigoli vivi
Ψr Fattore di riduzione per considerare gli angoli arrotondati di una sezione trasversale quadratica
Ψλ Fattore di riduzione per considerare la snellezza effettiva λ dipendente dal rapporto di solidità φ
φ Rapporto di solidità per considerare la permeabilità delle superfici sopravento
Determinazione convenzionale del carico del vento
Secondo [1] , per queste proprietà dei componenti
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un coefficiente di forza c f = 0.97 risulta a titolo di esempio.
Questo valore si basa sul coefficiente di forza di base c f, 0 = 2.15 dipendente dal rapporto d'aspetto d/b = 280 mm/280 mm = 1,
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il fattore di riduzione Ψ r = 0,75 dipende dalle proporzioni del raggio r/b = 28 mm/280 mm = 0,1,
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e infine il fattore di riduzione Ψ λ = 0,6 dipendente dalla snellezza λ = 1 assumendo una superficie componente completamente chiusa φ = 1.
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La pressione della velocità q = 563 N/m² applicata alla superficie di riferimento A ref = 280 mm ⋅ 280 mm = 0.0784 m² risulta nella relazione:
q = 0,5 ⋅ ρ ⋅ v²
dove
ρ Densità dell'aria 1,25 kg/m³
eqv Velocità vento
Quindi, infine, una forza del vento F w = 0,97 ⋅ 563 N/m² ⋅ 0,0784 m² = 43 N agisce sul componente strutturale nella direzione del vento.
Determinazione numerica del carico del vento
Se è necessaria anche la distribuzione della pressione del vento sul componente oltre a questa forza del vento Fw , si può calcolare una corrispondente distribuzione della pressione sul componente, ad esempio mediante un'analisi CFD. In esso, il componente è immaginato di trovarsi in una galleria del vento numerica e la distribuzione della pressione sul componente è determinata in base alla distribuzione della pressione e della velocità risultante attorno al componente.
Il programma RWIND Simulation consente una simulazione numerica del flusso del vento attorno ad edifici o altri oggetti basata su una mesh 3D a volume finito. L'applicazione genera automaticamente questa mesh con dimensioni di elementi reciprocamente correlate adattate al modello. Più gli elementi del volume finito sono vicini alla superficie del modello, più fine sarà la mesh generata. Il programma utilizza il generatore di mesh OpenFOAM (SnappyHexMesh) per questo processo. Il solutore stazionario SimpleFOAM per flussi turbolenti incomprimibili viene utilizzato per calcolare il flusso del vento e la pressione del vento sulla superficie del modello.
Per l'esempio dato, un calcolo di RWIND Simulation produce una forza del vento simile F w = 41 N. Oltre a questo risultante, il programma mostra anche la distribuzione della pressione e della velocità del vento attorno al componente strutturale, così come la distribuzione della pressione sul componente strutturale.
