Norma wiatrowa EN 1991-1-4 określa w tym przypadku koncepcję obliczeń z wartościami aerodynamicznymi i współczynnikami redukcji. Te specyfikacje ostatecznie dają wynikową siłę wiatru na element konstrukcyjny. Rozkład ciśnienia wiatru wokół elementu konstrukcyjnego nie jest określony. Siła wiatru opiera się zatem na następującej zależności:
F w = c s c d ⋅ c f ⋅ q p (z e ) ⋅ A ref
Gdzie
CsC[CRASHREASON.DESCRIPTION] Dwuczęściowy współczynnik strukturalny do uwzględnienia faktu, że szczytowe ciśnienia wiatru nie występują jednocześnie na całej powierzchni (c s ), a także w dynamicznej komorze wstępnej z powodu drgań strukturalnych podobnych do rezonansu wynikających z turbulencji wiatru (c d )
CF Współczynnik siły dla obiektu budowlanego lub przekroju obiektu budowlanego
q p (z e ) ... Szczytowe ciśnienie prędkości na wysokości odniesienia z e
Ref... Powierzchnia odniesienia dla obiektu budowlanego lub przekroju obiektu budowlanego
Jeżeli przyjmuje się, że rozpatrywany element konstrukcyjny jest sztywnym, niepodatnym ciałem przy stałym przepływie wiatru, wyznaczenie siły wiatru upraszcza się do następującego prawa:
F w = c f ⋅ q ⋅ A ref
W przypadku niesmukłego elementu konstrukcyjnego o kwadratowo zaokrąglonym przekroju współczynnik siły c f określa się zgodnie z [1] w następujący sposób:
c f = c f, 0 ⋅ Ψ r ⋅ Ψ λ
Gdzie
c f, 0... Podstawowy współczynnik siły przekrojów o ostrych krawędziach
Ψr Współczynnik redukcji uwzględniający zaokrąglone rogi kwadratowego przekroju
Ψλ Współczynnik redukcji uwzględniający efektywną smukłość λ w zależności od współczynnika bryły φ
φ Współczynnik zwięzłości dla uwzględnienia przepuszczalności nawietrznych powierzchni
Konwencjonalne wyznaczanie obciążenia wiatrem
Według [1] dla tych właściwości elementów
przykładowo współczynnik siły c f = 0,97.
Wartość ta opiera się na podstawowym współczynniku siły c f, 0 = 2,15 w zależności od współczynnika kształtu d/b = 280 mm/280 mm = 1,
współczynnik redukcji Ψ r = 0,75 w zależności od współczynnika kształtu r/b = 28 mm/280 mm = 0,1,
i na koniec współczynnik redukcji Ψ λ = 0,6 w zależności od smukłości λ = 1 przy założeniu całkowicie zamkniętej powierzchni elementu φ = 1.
Ciśnienie prędkości q = 563 N/m² przyłożone do powierzchni odniesienia A ref = 280 mm ⋅ 280 mm = 0,0784 m² daje zależność:
q = 0,5 ⋅ ρ ⋅ v²
Gdzie
ρ to Gęstość powietrza 1,25 kg/m³
eqv Prędkość wiatru
W ten sposób siła wiatru F w = 0,97 ⋅ 563 N/m2 ⋅ 0,0784 m² = 43 N działa na element konstrukcyjny w kierunku wiatru.
Numeryczne wyznaczanie obciążenia wiatrem
Jeżeli oprócz tej siły wiatru F w konieczny jest również rozkład ciśnienia wiatru na komponent, można obliczyć odpowiedni rozkład ciśnienia na komponent, na przykład za pomocą analizy CFD. W nim wyobraża się, że element znajduje się w numerycznym tunelu aerodynamicznym, a rozkład ciśnienia na elemencie jest określany w zależności od wynikowego rozkładu ciśnienia i prędkości wokół elementu.
Program RWIND Simulation umożliwia taką numeryczną symulację przepływów wiatru wokół budynków lub innych obiektów w oparciu o siatkę 3D o skończonej objętości. Aplikacja automatycznie generuje tę siatkę z wzajemnie skorelowanymi rozmiarami elementów dopasowanymi do modelu. Im bliżej powierzchni modelu znajdują się elementy o skończonej objętości, tym drobniejsza siatka jest generowana. W tym procesie program wykorzystuje generator siatki OpenFOAM (SnappyHexMesh). Stacjonarny solver SimpleFOAM dla nieściśliwych przepływów turbulentnych służy do obliczania przepływu i ciśnienia wiatru na powierzchni modelu.
W podanym przykładzie obliczenie RWIND Simulation daje podobną siłę wiatru F w = 41 N. Oprócz tej wypadkowej program wyświetla również rozkład ciśnienia i prędkości wiatru wokół elementu konstrukcyjnego, a także rozkład ciśnienia na elemencie konstrukcyjnym.
