Норма для расчета ветровых нагрузок EN 1991‑1‑4 определяет для данного случая концепцию расчета с аэродинамическими значениями и понижающими коэффициентами. 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 |
двухкомпонентный конструктивный коэффициент, учитывающий тот факт, что пиковые давления ветра не действуют одновременно на всю поверхность конструкции (cs), а также учитывающий динамический подъем из-за резонансоподобных колебаний конструкции, возникающих в результате турбулентности (cd) |
|
cf |
- коэффициент силы для строительного объекта или сечения |
|
qp(ze) |
пиковое скоростное давление на базовой высоте 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 |
Основной коэффициент силы сечений с острыми краями |
|
Ψr |
- это понижающий коэффициент для учета закругленных углов квадратичного сечения |
|
Ψλ |
- понижающий коэффициент для учета эффективной гибкости λ в зависимости от коэффициента заполнения φ |
|
φ |
- это коэффициент заполнения для учета проницаемости наветренных поверхностей |
Herkömmliche Ermittlung der Windbelastung
Exemplarisch ergibt sich nach [1] für diese Bauteileigenschaften
коэффициент силы cf = 0,97.
Это значение основано на величине базового коэффициента силы cf,0 = 2,15 в зависимости от соотношения сторон d/b = 280 мм/280 мм = 1,
величине поправочного коэффициента Ψr = 0,75, зависящего от отношения радиуса закругления к длине сторон r/b = 28 мм/280 мм = 0,1,
и, наконец, на величине поправочного коэффициента Ψλ = 0,6, зависящего от вытянутости λ = 1, при условии, что поверхность элемента полностью закрыта φ = 1.
Скоростное давление q = 563 Н/м², действующее на расчетную поверхность Aref = 280 мм ⋅ 280 мм = 0,0784 м², рассчитывается по уравнению:
Таким образом, сила ветра Fw = 0,97 ⋅ 563 Н/м² ⋅ 0,0784 м² = 43 Н действует на конструктивный элемент в направлении ветра.
Numerische Ermittlung der Windbelastung
Если в дополнение к полученной силе ветра Fw необходимо определить распределение давления ветра на элемент, то можно рассчитать соответствующее распределение давления, например, с помощью анализа 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. Чем ближе элементы конечного объема к поверхности модели, тем тоньше создаётся сетка. Das Programm verwendet für diesen Prozess den OpenFOAM-Netzgenerator (SnappyHexMesh). Für die Berechnung der Windströmung und des Winddrucks auf der Modelloberfläche wird der stationäre SimpleFOAM-Löser für inkompressible turbulente Strömungen verwendet.
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.
