بررسی فشار باد بر سقف‌های چادری با فرم قیفی به روش شبیه‌سازی عددی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

فرم قیفی، یکی از متداول‌ترین و بهینه‌ترین فرم‌های سازه‌های چادری است که عموما به عنوان پوشش سقف در فضاهای با دهانه‌های کوچک و متوسط به‌کار می‌رود. به دلیل سبکی سازه چادری، بار باد اصلی‌ترین بار طراحی این سازه‌ها است اما به دلیل شکل ویژه این سازه‌ها، استفاده از آیین‌نامه‌های بارگذاری برای تعیین بار باد امکان‌پذیر نیست. در این مقاله، تلاش شده است اثر باد بر سازه‌های چادری قیفی به روش شبیه‌سازی عددی مطالعه شود و پارامترهای موثر بر مقدار فشار باد تعیین و ارزیابی گردد. به این منظور 48 نمونه سازه چادری با فرم قیفی در محیط نرم‌افزار Fluent مدلسازی و تحلیل وزش باد در اطراف نمونه‌ها انجام شده است. با استفاده از نتایج تحلیل، اثر مشخصات هندسی نمونه‌ها، چون زاویه شیب کلی فرم، اندازه نسبی دایره بالای فرم قیفی و زاویه شروع قوس ایجادکننده فرم در پایین، بر توزیع فشار باد بررسی شده است. مشخص می‌شود که در میان پارامترهای هندسی موردنظر، زاویه شیب کلی فرم قیفی موثرترین عامل در تغییرات فشار باد بر سطح نمونه‌ها می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of Wind Pressure on Fabric Structures with Conical Form Using CFD

نویسندگان [English]

  • Bentolhoda Sazegaran
  • Hassan Haji Kazemi
چکیده [English]

Conical form is one of the standard and efficient fabric structure forms which is a suitable choice to cover small and intermediate spans. Since weight of fabric structures is not significant, wind pressure is the governing load in their design process. However, building codes do not suggest design wind loads for irregular shaped structures such as fabric structures. In this paper, effective parameters of wind pressure on conical fabric structures are investigated by using computational fluid dynamics. 48 cases of wind flow around conical formed fabric structures are modeled and analyzed in Fluent computer program. The effects of geometric characteristics of models, namely principal slope angel of form, proportional diameter of top circle of conical form, and lowest start angel of main curve, on wind pressure distribution is investigated. Among considered parameters, principal slope angel of conical form is recognized to be the most impressive parameter on wind pressure distribution.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fabric Structures
  • Conical Form
  • Wind
  • CFD
1-                  
[1]        Huntington, C.G. (2012). Tensile Fabric Structures (Design, Analysis, and Construction)”. American Society of Civil Engineers.
[2]        Guigliano, P. (2009). “Technical Guideline To Permanent Tensile Architectures”. Mehler Texnologies, First Edition.
[3] Ogawa,       T., Nakayama, M., Murayama, S., and Sasaki, Y. (1991). “Characteristics of wind pressures on basic structures with curved surfaces and their response in turbulent flow”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol. 38, pp. 427-438.
[4] Sykes, D. M. (1998). “Wind loading tests on models of two tension structures for EXPO'92, Seville”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol. 52, pp. 371-383.
[5] Haedrich,   Daniel (1999). “An Exploration of the Design of a Portable Tensile Membrane Structure in a High Wind Environment”, Dalhousie University, Master Thesis.
[6]        Sivaprasad, N. (2006). “Wind Design of Fabric Structures Determination of Gust Factors for Fabric Structures”, University of Southern California, Thesis.
[7]        Rank, E., Halfmann, D.S., Gluck, M., Breuer, M., Durst, F., Kaiser, U., Bergmann, D. and  Wagner, S. (2005). “Wind Loads on Lightweight Structures: Numerical Simulation and Wind Tunnel Tests”, GAMM-Mitteilungen, Vol. 28, No. 1, pp. 73-89.
[8]        Nagai, Y., Okada, A., Miyasato, N. and Saitoh, M. (2011). “Wind Tunnel Tests on the Horn-Shaped Membrane Roof”. Wind Tunnels
 
and Experimental Fluid Dynamics Research: InTech, p. 724.
[9]        Nagai, Y., Okada, A., Miyasato, Masao Saitoh, N., and Matsumoto, R., (2013) “Wind Tunnel Tests on Horn-Shaped Membrane Roof Under the Turbulent Boundary Layer”, in Wind Tunnel Designs and Their Diverse Engineering Applications, N. A. Ahmed, Ed.: InTech, p. 228.
 [10]     Snæbjörnsson, J.TH. (2002). “Full and Model Scale Study of Wind Effects on a Medium-Rise Building in a Build Up Area”. Norwegian University of Science and Technology, Doctoral Thesis.
[11]      Blazek, J. (2001). “Computational Fluid Dynamics: Principles and Applications”. Elsevier Science Ltd.
[12] Masatsuka, K. (2013). “I Do Like CFD”. Lulu.com, Vol. 1, 2nd edition.
[13] Matthews, L.A., Greaves, D.M. and Williams, C.J.K. (2006). “Numerical Simulation of Seprated Flow over Flexible Structural Membranes”.  European Conference on Computational Fluid Dynamics, Delft, Netherland.
[14] (2010). “National Building Code of Canada”. National Research Council of Canada, Institute for Research in Construction.
[15] Braun, A. L. and Awruch, A. M. (2009). “Aerodynamic and aeroelastic analyses on the CAARC standard tall building model using numerical simulation”. Computers and Structures, Vol. 87, pp. 564–581.
[16] Huang, Sh., Li, Q. S. and Xu, Sh. (2007). “Numerical evaluation of wind effects on a tall steel building by CFD”. Journal of Constructional Steel Research, Vol. 63, pp. 612–627.
[18] Roy, A. K., Verma, S. K., Lather, S. and Sood., M. (2014). “ABL airflow through CFD simulation on tall building of square plan shape”. 7th National Conference on Wind Engineering (NCWE 2014), pp. 174-183.
[19] Dagnew, A. K. and Bitsuamlak, G. T. (2010). “LES evaluation of wind pressures on a standard tall building with and without a neighboring building”. The Fifth International Symposium on Computational Wind Engineering (CWE2010).