Çeşitli çatı tiplerinde rüzgar yüklerinin deneysel ve nümerik olarak incelenmesi

Abstract

Beşik Tipi Çatı, Rüzgar Basıncı, CFD, Rüzgar Tüneli, Basınç Dağılımı, Türbülans Modeli Değişik tip çatılar üzerindeki rüzgar etkisi, çatı dizaynında en etkili parametrelerdendir. Rüzgar yükü, rüzgarın esme hızı, doğrultusu, yapının geometrisi ve yerden yüksekliğine göre değişir. Rüzgarın fiziksel özeUiMerinin değişken olması sebebiyle, analitik çözümler yapmak oldukça zordur. Bu yüzden deneysel çalışmalar veya son yıllarda bilgisayar yazılım ve donanımmdaki gelişmelere paralel olarak nümerik simülasyonlar yapılmaktadır. Bu çalışmada a=10° a=20° ve a=30° eğimli beşik tipi çatıya sahip alçak yapıların d/h=1.8 (d, yapının uzunluğu; h, yapının yüksekliği) ve s/h=1.8 (s, yapının eni; h, yapının yüksekliği) farklı yönlerdeki rüzgar yüklerinin etkileri deneysel ve hesaplamalı akışkanlar mekaniği (CFD) yöntemleri kullanılarak hesaplamıştır. Burada özellikle beşik tipi çatılarda çatı eğiminin ve rüzgar yönünün yersel ve ortalama basmç katsayısı üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Deneysel çalışmalar 32x32 cm kesitli ve plexiglas'dan yapılmış test bölgesine sahip, ses alü-düşük hızlı, açık çevrimli, kapalı deney odalı ve emiş tip olan hava tünelinde gerçeUeştirilmiştir. Tünelde, yapay olarak oluşturulan rüzgarla orantılı olarak küçültülmüş çatı modelleri üzerinde oluşan basmç katsayısı dağılımlarının değişik doğrultularda ve rüzgar hızlarında nasıl bir değişim gösterdiği incelenmiştir. Deneysel çalışmalarda türbülans ve hız ölçümleri Kızgın Tel Anemometre Tekniği kullanılarak yapılmıştır. Basınçlar ise hava basmç sensörleri ile ölçülmüştür. Nümerik hesaplamalar ANSYS-Flotran yazılımında gerçeldeştirilmiştir. Sonuçta, nümerik hesaplanan değerlerle deneysel ölçülen değerler karşılaştırılmış ve uyumlu sonuçlar bulunmuş olup çatı eğiminin ve rüzgar yönünün yersel ve ortalama basmç katsayıları üzerinde etkili olduğu görülmüştür.

EXPERIMENTAL AND NUMERICAL INVESTIGATION OF WIND LOADS ON ROOFS FOR VARIOUS GEOMETRIES SUMMARY Keywords: Gable Roofs, Wind Pressure, CFD, Wind Tunnel, Pressure Distribution, Turbulance model The effect of wind on the roof design is one of the important parameters. Wind load changes due to the velocity and the direction of wind, the geometrical construction and the height of the roof and building. Due to the varying physical properties of wind effects, it is very diffucult to construct and solve a mathematical model for air movement around the roof; therefore, experimental and numerical works have been preferred, in last years In this study, It has been concentrated to investigate and then to predict low-rise buildings with gable roofs which have 10°, 20°, 30° roof slope and d/h=1.8 (d is the length of the low- rise buildings with gable roofs and h is the height of low-rise buildings with gable roofs), s/h=1.8 (s is the width of the low-rise buildings with gable roofs and h is the height of low- rise buildings with gable roofs) experimentally and numerically. In addition, experimental works were made for velocity measurements and turbulence intensity measurements. Experimental works have been carried out in subsonic suction type wind tunnel having 32x32 cm2 test section area. Furthermore, pressure distributions on the various types of gabled roofs have been predicted numerically with a commercial CFD package ANSYS 5.5 -Flotran Module. In experimental measurements turbulance and velocity measurements were made using Hot Wire Anemometry Technique (HWA). Pressure measurements were made using differential pressure sensors. As a result, it is observed that roof slope and wind direction effect local pressure coefficient and mean pressure coefficient and studied numerical CFD predictions showed very good agreement in general with our experimental data, but some very small deviations have also been observed. XVlll