A norma de vento EN 1991-1-4 especifica para este caso um conceito de cálculo com valores aerodinâmicos e fatores de redução. Diese Angaben ergeben final eine resultierende Windkraft auf das Bauteil. Eine Winddruckverteilung um das Bauteil wird hier nicht angegeben. Die Windkraft basiert demnach auf folgendem Zusammenhang:
cscd |
O fator estrutural de duas partes para considerar o facto de que as pressões máximas de vento não ocorrem simultaneamente em toda a superfície (cs), bem como uma contra flecha dinâmica devido a vibrações estruturais do tipo ressonância resultantes da turbulência do vento (cd) |
cf |
Coeficiente de força para um objeto de construção ou secção de objeto de construção |
qp(ze) |
é a pressão da velocidade de pico na altura de referência ze |
Aref |
Bezugsfläche für einen Baukörper oder Baukörperabschnitt |
Nimmt man das betrachtete Bauteil als starren unnachgiebigen Körper unter einer konstanten Windströmung an, so vereinfacht sich die Ermittlung der Windkraft auf folgende Gesetzmäßigkeit:
Für ein nicht-schlankes Bauteil mit einem quadratisch abgerundeten Querschnitt ermittelt sich nach [1] der Kraftbeiwert cf über folgenden Zusammenhang:
cf,0 |
Coeficiente da força de base para secções com bordas afiadas |
Ψr |
Fator de redução para considerar os cantos arredondados de uma secção quadrada |
Ψλ |
Fator de redução para considerar a esbelteza efetiva λ dependente do coeficiente de elasticidade φ, |
φ |
é o rácio de sólidos para considerar a permeabilidade de superfícies de barlavento |
Herkömmliche Ermittlung der Windbelastung
Exemplarisch ergibt sich nach [1] für diese Bauteileigenschaften
um coeficiente de força cf = 0,97 resulta como forma de exemplo.
Este valor baseia-se no coeficiente de força de base cf,0 = 2,15, dependente da relação de aspeto d/b = 280 mm/280 mm = 1,
o fator de redução Ψr = 0,75 depende da relação de aspeto do raio r/b = 28 mm/280 mm = 0,1,
e finalmente o fator de redução Ψλ = 0,6 dependente da esbelteza λ = 1 assumindo uma superfície de componente totalmente fechada φ = 1.
A pressão de velocidade q = 563 N/m² aplicada à superfície de referência Aref = 280 mm ⋅ 280 mm = 0,0784 m² resulta na relação:
Assim, finalmente, uma força de vento Fw = 0,97 ± 563 N/m² ± 0,0784 m² = 43 N atua sobre o componente estrutural na direção do vento.
Numerische Ermittlung der Windbelastung
Se a distribuição da pressão do vento sobre o componente também é necessária para além desta força de vento Fw, pode ser calculada uma distribuição de pressão correspondente no componente, por exemplo através de uma análise CFD. Hier stellt man gedanklich das Bauteil in einen numerischen Windkanal und ermittelt abhängig von der resultierenden Druck- und Geschwindigkeitsverteilung um das Bauteil die Druckverteilung auf dem Bauteil.
Das Programm RWIND Simulation erlaubt solch eine numerische Simulation von Windströmungen um Gebäude oder sonstige Objekte auf Basis eines 3D-Finite-Volumen-Netzes. Dieses Netz wird von der Anwendung automatisch mit zum Modell hin angepassten zueinander korrelierenden Elementgrößen erzeugt. Quanto mais próximos os elementos de volume finito estiverem da superfície do modelo, mais fina é a geração da malha. O programa utiliza o gerador de malha OpenFOAM (SnappyHexMesh) para este processo. O solucionador estacionário SimpleFOAM para fluxos turbulentos incompressíveis é utilizado para calcular o fluxo de vento e a pressão do vento na superfície do modelo.
Für das gegebene Beispiel ergibt eine RWIND-Simulation-Berechnung eine ähnliche Windkraft Fw = 41 N. Neben dieser Resultierenden gibt das Programm auch die Druck- und Windgeschwindigkeitsverteilung um das Bauteil sowie die Druckverteilung auf dem Bauteil mit aus.