Impatto del vento su un grattacielo
Impatto del vento su un grattacielo
Anno
2026
Cliente
LA CAENNAISE
Posizione
Caen, Francia
Tipologia
Aria e vento
I nostri altri progetti :
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Impatto del vento su un grattacielo: Torre CASCADES a Caen
CFD: uno strumento per risolvere i problemi di dimensionamento del vento
Nell’ambito della costruzione di un nuovo grattacielo a Caen, EOLIOS ha realizzato uno studio CFD completo per analizzare gli effetti del vento in un ambiente urbano denso, in termini di velocità e pressioni. L’approccio combina l’analisi meteorologica dell’Eurocodice, i dati ASHRAE e le simulazioni numeriche multidirezionali per garantire la sicurezza e il comfort dei futuri utenti.
EOLIOS è leader nella simulazione CFD esterna di problemi legati al vento. I nostri studi si basano sul feedback di campagne di misurazione in condizioni reali e su un centinaio di siti simulati in tutto il mondo.
Studio dei carichi del vento: struttura e strumenti di simulazione
Contesto e obiettivo di uno studio numerico sui venti estremi
La torre CASCADES è un grattacielo situato a Caen (dipartimento di Calvados). Nell’ambito della sua costruzione, è stato fondamentale effettuare un’analisi dettagliata dell’influenza del vento sulla struttura e sull’ambiente circostante. I risultati di questo studio sono un passo fondamentale per garantire le prestazioni, la sicurezza e la durata della struttura in presenza di vento.
Gli obiettivi principali dell’incarico erano i seguenti:
- Identifica le condizioni di vento più sfavorevoli a cui il sito può essere soggetto.
- Caratterizzare gli effetti del sito generati dalla forma dell’edificio e dalle strutture vicine;
- Mappatura delle velocità dell’aria intorno alla torre per otto direzioni principali
- Determinare le pressioni esercitate su tutte le pareti della torre (facciate, finestre, mosaici, piloni)
- Identificare le aree a rischio e le pressioni massime raggiungibili
- Valutazione del comfort del vento sulle terrazze in condizioni di vento medio
Perché utilizzare la CFD per studiare l'impatto del vento su una torre?
La fluidodinamica computazionale (CFD) risolve numericamente le equazioni differenziali parziali che governano i flussi di fluidi. Applicata agli edifici, fornisce informazioni precise sulle velocità dell’aria, sulle pressioni e sui fenomeni aerodinamici che si verificano intorno e all’interno delle strutture, anche su strutture complesse e tenendo conto dell’ambiente.
Un modello 3D specificamente adattato alla risoluzione digitale è stato prodotto utilizzando le planimetrie fornite dal cliente e le immagini satellitari. La geometria include la torre CASCADES e tutti gli edifici circostanti che potrebbero generare maschere aerodinamiche significative. I dettagli geometrici con scarso impatto aerodinamico sono stati deliberatamente semplificati per concentrare la potenza di calcolo sulle aree di interesse.
Origini e caratterizzazione dei venti in loco
Profilo del vento utilizzato per le simulazioni
Il vento osservato a livello del suolo è fortemente influenzato dalla struttura verticale dello strato limite atmosferico, che si suddivide in tre distinti sotto-strati: il sotto-strato ruvido (pochi metri), lo strato limite superficiale (da 10 a 100 m), dove sono presenti forti gradienti di velocità, e lo strato esterno o sotto-strato inerziale (fino a ~1 km), che è poco influenzato dalla topografia. La velocità del vento aumenta con l’altitudine secondo un profilo logaritmico – un fenomeno noto come vertical shear – che è alla base di tutti i modelli CFD dei siti urbani.
Calcolo delle velocità estreme del vento su un periodo di 50 anni utilizzando lo standard EUROCODE
Le velocità estreme del vento su un periodo di ritorno di 50 anni sono state determinate in conformità con lo standard Eurocode NF EN 1991-1-4, il riferimento normativo per il calcolo delle azioni del vento sulle strutture. Questo approccio si basa sull’utilizzo di velocità del vento di riferimento definite su scala nazionale, corrette in base alle caratteristiche locali del sito: rugosità del terreno, topografia, altitudine e categoria del terreno circostante. I calcoli permettono di ottenere le velocità del vento di progetto associate a un evento meteorologico raro e statisticamente rappresentativo della durata della struttura. Queste velocità estreme costituiscono i dati di input per le simulazioni CFD e vengono utilizzate per progettare le facciate esposte, gli elementi del tetto e le attrezzature al fine di garantire la stabilità e la sicurezza della torre di fronte alle sollecitazioni aerodinamiche più severe.
Risultati degli studi numerici sui venti estremi: pressione e velocità
Velocità del vento, raffiche ed effetti del sito
L’analisi multidirezionale ha evidenziato diversi fenomeni aerodinamici significativi intorno alla torre:
- Accelerazione dei bordi:i bordi verticali della torre generano sovravelocità localizzate e vortici turbolenti in tutte le direzioni del vento.
- Effetto Venturi:a ovest, un corridoio formato dagli edifici a monte incanala il flusso, amplificando in modo significativo le velocità e generando la pressione massima osservata sui mosaici della facciata.
- Esposizione diretta:a est, l’assenza di edifici a monte espone direttamente la torre al vento incidente, provocando le pressioni più elevate sui pali.
- Zone di riparo: per alcuni orientamenti, la presenza di edifici circostanti genera zone di ricircolo che proteggono parzialmente la torre dalle sollecitazioni massime.
La parte inferiore della torre beneficia del riparo offerto dagli edifici circostanti; al contrario, i livelli superiori – che si estendono oltre il tessuto urbano – sono direttamente esposti al vento incidente, generando le massime sollecitazioni sulle facciate e sugli elementi del tetto.
Studio delle pressioni sui muri e sulle aree sensibili
Le simulazioni CFD sono state utilizzate per determinare i campi di pressione esercitati dal vento su tutte le superfici della torre per le diverse direzioni studiate. Per ogni elemento della facciata, sono state calcolate le pressioni minime e massime per identificare i carichi estremi che potrebbero verificarsi durante la fase operativa o in caso di forti eventi di vento. Questo approccio fornisce un quadro completo dei carichi aerodinamici applicati alla struttura e agli elementi annessi.
I risultati evidenziano la coesistenza di pressioni positive e negative a seconda dell’orientamento delle facciate e della dinamica locale del flusso. Le pressioni positive corrispondono alle aree di impatto diretto del vento sulla facciata: il flusso comprime le superfici e applica una forza diretta verso l’interno dell’edificio. Al contrario, le pressioni negative riflettono un fenomeno di aspirazione generato dalle separazioni del flusso e dalle zone di ricircolo; le forze sono quindi dirette verso l’esterno della struttura. Questa distinzione è particolarmente importante per il dimensionamento degli elementi di facciata e dei sistemi di fissaggio, poiché alcuni componenti sono più sensibili ai fenomeni di estrazione che alle forze di compressione.
È stato quindi effettuato uno zoom locale sulle aree considerate sensibili nel progetto per ottenere una lettura dettagliata delle sollecitazioni aerodinamiche. Sono state effettuate analisi specifiche su pali della luce, mosaici della facciata, finestre e ringhiere, per caratterizzare con precisione i livelli di pressione raggiunti e guidare la progettazione degli elementi esposti.
Confronto tra i risultati numerici e i valori stimati
Il confronto tra i risultati della CFD e i valori analitici della norma Eurocode (NF EN 1991-1-4) in un caso semplificato (assenza di edifici circostanti, vento contrario) conferma una buona coerenza tra i due approcci. Le pressioni ottenute dalla simulazione numerica sono contenute nell’intervallo di pressioni calcolate secondo la norma, mentre quest’ultima rimane più conservativa – il che convalida l’importanza del dimensionamento normativo per la resistenza ai carichi del vento sugli elementi della facciata.
Analisi CFD del vento in quota: sintesi dei risultati e contributi
Garantire il comfort degli occupanti in altezza
Il confronto tra i risultati della CFD e i valori analitici della norma Eurocode (NF EN 1991-1-4) in un caso semplificato (assenza di edifici circostanti, vento contrario) conferma una buona coerenza tra i due approcci. Le pressioni ottenute con la simulazione numerica sono contenute nell’intervallo di pressioni calcolate secondo la norma, mentre quest’ultima rimane più conservativa – il che convalida la rilevanza del dimensionamento normativo per la resistenza ai carichi del vento sugli elementi della facciata.
Lo studio del comfort viene effettuato per la velocità media annuale del vento, lo scenario più rappresentativo delle condizioni di utilizzo delle terrazze (estate, mezza stagione). I campi di velocità per ogni livello di terrazza permettono di identificare :
- Zone di comfort ottimale, protette da caratteristiche architettoniche
- Le zone di accelerazione locale devono essere prese in considerazione nella progettazione (parapetti, frangivento).
- Le terrazze esposte richiedono raccomandazioni specifiche
Interpretazione del comfort del vento secondo la scala Beaufort (grattacieli e terrazze)
L’analisi delle velocità del vento sulle varie terrazze è interpretata utilizzando la scala Beaufort, un riferimento internazionale per collegare le velocità del flusso agli effetti percepiti dagli utenti. Questa scala, che va da 0 a 12 livelli, fornisce una valutazione qualitativa e quantitativa dell’intensità del vento, da condizioni di calma totale a venti forti che possono limitare o addirittura vietare alcune attività all’aperto.
Nel contesto di un grattacielo, questa lettura è particolarmente importante perché consente di tradurre i risultati della CFD in criteri di comfort che possono essere utilizzati direttamente dai team di progettazione e architettura. Le aree identificate come inferiori alle soglie di disagio corrispondono generalmente a spazi facili da gestire per gli utenti, mentre i livelli più alti della scala (Beaufort 5 e oltre) riflettono condizioni di potenziale disagio che richiedono dispositivi di protezione o una riconfigurazione degli usi.
Ottimizzazione del comfort aeraulico e raccomandazioni di progettazione per le terrazze IGH
Oltre alla semplice identificazione delle zone di comfort, lo studio CFD fornisce indicazioni sui principi di progettazione e mitigazione volti a migliorare il comportamento aeraulico delle terrazze. L’analisi dei campi di velocità evidenzia le zone di accelerazione associate alle sporgenze del tetto, agli angoli della torre e alle discontinuità geometriche.
Per migliorare il comfort degli utenti, si possono prendere in considerazione diverse leve progettuali: l’installazione di ringhiere solide o semipermeabili, l’aggiunta di frangivento architettonici, la creazione di volumi tampone o l’ottimizzazione della disposizione degli arredi e dei percorsi. Queste misure riducono la velocità del vento a livello locale e limitano la turbolenza, migliorando in modo significativo il comfort di utilizzo delle terrazze in condizioni di vento medio annuale. Questo approccio integrato tra simulazione numerica e raccomandazioni architettoniche garantisce un equilibrio tra prestazioni aerodinamiche, sicurezza degli utenti e qualità degli usi esterni in altezza.
Analisi CFD del vento in quota: sintesi dei risultati e contributi
Utilizzo della CFD per comprendere gli effetti del vento su un grattacielo
Lo studio CFD condotto sulla torre CASCADES ha evidenziato i principali comportamenti aerodinamici del sito, in particolare le accelerazioni locali, gli effetti di canalizzazione, le zone di ricircolo e l’elevata esposizione in cima alla struttura. Questo approccio numerico fornisce un’analisi dettagliata, spazializzata e multidirezionale delle velocità e delle pressioni, molto più dettagliata di un approccio puramente analitico.
A differenza dei metodi dell’Eurocodice, che sono volutamente inviluppati e semplificati, la CFD tiene conto della geometria reale del progetto e del suo ambiente costruito, fornendo una migliore rappresentazione degli effetti del sito e delle concentrazioni di sollecitazioni locali. Si tratta quindi di uno strumento complementare essenziale, che fornisce una comprensione più realistica e operativa delle azioni del vento sui grattacieli.
Ridurre il fastidio del vento sugli edifici: i vantaggi della CFD e le applicazioni
Gli studi CFD di questo tipo fanno parte della pratica corrente applicata ai grattacieli e agli ambienti urbani complessi, dove vengono utilizzati per il dimensionamento delle facciate, l’ottimizzazione degli elementi esposti e l’analisi del comfort esterno. Sono particolarmente importanti quando gli approcci analitici raggiungono i loro limiti a causa della complessità geometrica e delle interazioni urbane, offrendo una rappresentazione tridimensionale più fedele dei flussi. Questi strumenti possono essere estesi ad altre questioni come il comfort termico esterno, la dispersione degli inquinanti e l’ottimizzazione energetica su scala urbana, confermando il loro ruolo crescente nella progettazione integrata di progetti architettonici e urbani.
Video riassuntivo dello studio
Sintesi dello studio
Nell’ambito della costruzione di un nuovo grattacielo a Caen, EOLIOS ha realizzato uno studio CFD completo per analizzare gli effetti del vento in un ambiente urbano denso, in termini di velocità e pressioni. L’approccio combina l’analisi meteorologica dell’Eurocodice, i dati ASHRAE e le simulazioni numeriche multidirezionali per garantire la sicurezza e il comfort dei futuri utenti.
Video riassuntivo della missione
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