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2019-11-04

Carga de vento em componentes estruturais retangulares arredondados

As cargas de vento em componentes estruturais retangulares arredondados constituem uma questão complexa. As forças equivalentes da carga de vento dependem da força da carga de vento circulante e da geometria do componente.

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:

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:

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.


Autor

O Eng. Niemeier é responsável pelo desenvolvimento dos programas RSTAB, RFEM, RWIND Simulation e pela área das estruturas de membrana. Além disso, também tem a seu cargo a garantia de qualidade e o apoio ao cliente.

Ligações
Referências
  1. Eurocódigo 1: Ações em estruturas - Parte 1-4: Ações gerais, Cargas de vento; BS EN 1991-1-4:2010-12
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