Tuulikuorman ennustaminen virtauslaskennan avulla

Rakennusten tuulikuormituksen laskeminen on olennainen osa rakennusten suunnittelua. Tyypillisesti tuulikuorma lasketaan tietyn standardin, esim. Eurokoodin mukaisesti, jossa erityyppisille rakennuksille on annettu omat muotokertoimet. Monesti standardin antama tuulikuorma on suunniteltu umpinaisille rakenteille, tai jossa aukkojen koko on hyvin pieni. Kun rakenteessa on suurempia aukkoja, on niiden tuulikuorman ennustaminen standardin antaman analyyttisin menetelmin hankalampaa. Tällöin virtauslaskentaa voidaan käyttää hyväksi tuulikuorman ennustamiseksi. Mallinnuksen tuloksia voidaan käyttää puolestaan hyväksi rakennuksen suunnittelussa. Näin voidaan mm. rakennuskustannuksissa säästää, kun rakennuksia ei tarvitse ylimitoittaa vaan huomioida ainoastaan niihin kohdistuva todellinen kuorma.

Ohessa on esitetty avonaiseen rakenteeseen kohdistuva painejakauma sivutuulella 30 m/s. Kun tuuli kohdistuu rakennelmaan viistosti, rakennelman seinämiin kohdistuu erittäin epätasainen painejakauma niin ulko- kuin sisäseinämille. Seinämään aiheutuneesta kokonaispaineesta saadaan selville ilmavirran aiheuttama kokonaiskuorma, joka vaihtelee merkittävästikin paikallisesti.

Painejakauma rakennelman ulko- ja sisäseinillä

Rakennelman virtausjakauma rakennelman sisällä kohdistuu erityisesti toiseen seinämään, kun vastakkaisella seinämällä sen suuruus on paljon pienempi. Tämä aiheuttaa hyvin erilaisen kuorman seinämille, tuulensuunnasta riippuen. Riippuen rakennelman aukkojen sijainnista, virtaus poistuu suoraan vastakkaisesta aukosta, tai se voi jäädä pyörimään rakennelman sisään, kuten oheisessa tapauksessa. Oheisessa kuvassa havaitaan alakattoon kohdistuneet voimat, joka vaihtelee suuresti. Oheisessa tapauksessa rakennukseen kohdistuvien kokonaisvoimien suuruudet ovat 29-82 kN, riippuen tarkasteltavasta suunnasta. Suurimmat resultanttivoimat aiheutuvat rakenteen kattoon, kun taas pienimmät oviaukkojen suuntaisiin seinämiin.

Virtauksen jakautuminen rakennelman sisällä ja sen ympärillä, sekä katon sisäpintaan kohdistuva painejakauma.

Yhdistämällä virtauslaskennan tulokset lujuuslaskentaan, voidaan rakenteeseen suunnittelua huomattavasti tehostaa. Tällöin voidaan saada huomattavia kustannussäästöjä, kun käytettävien materiaalien määrää ei tarvitse ylimitoittaa. Virtausmallinnuksen avulla rakenteeseen kohdistuva kuormitus voidaan selvittää minkä tahansa muotoisille kappaleille, ja rakennekokonaisuuksille nopeasti ja helposti. Lue lisää ja tutustu virtauslaskentaan (CFD) täältä