CFD-studie van de windbelasting op twee hoogbouwtorens in de wijk Les Olympiades, in het 13e arrondissement van Parijs, in het kader van een renovatieproject.
In het kader van een renovatieproject kreeg EOLIOS de opdracht de windbelasting op twee als hoogbouw geclassificeerde gebouwen te analyseren in de wijk Les Olympiades, in het 13e arrondissement van Parijs. De studie vindt plaats in een dicht bebouwde stedelijke omgeving, met zowel constructieve als operationele vraagstukken die met de grote hoogte van de gebouwen samenhangen.
Het hoofddoel van de opdracht was de locatie-effecten te karakteriseren met een numerieke aerodynamische studie. Met de CFD-simulatie is de verdeling van snelheden en drukken rond de gebouwen beoordeeld voor acht windrichtingen.
De analyse richtte zich op drie kritische punten: het bepalen van de zones met recirculatie, snelheidspieken of beschutting; de invloed van de locatie-effecten op het gebruik van de onderhoudshoogwerkers; en het bepalen van de geveldrukken, met CFD en met de Eurocode.
De kern. Renovatie (EIFFAGE) van twee hoge woontorens in de wijk Les Olympiades, Parijs 13e, de Tours Tokyo en Osaka. CFD-studie voor 8 richtingen wind: locatie-effecten (venturi tussen de torens, downwash, hoekeffecten), vlagen versterkt tot +77 % op 80 m, veiligheid van de hoogwerkers (grens van 12,5 m/s uit NEN-EN 280 → ongeveer 250 uur per jaar niet beschikbaar) en geveldrukken gevalideerd tegen de Eurocode.
De windanalyse in bebouwd gebied rust op een goed begrip van de verticale opbouw van de atmosfeer en van de invloed van topografie en verstedelijking. De atmosferische grenslaag bestaat uit drie sublagen: de ruwe sublaag (nabij het maaiveld, wanordelijke turbulentie), de oppervlaktelaag (10 tot 100 m, sterke snelheidsgradiënt), en de buitenste laag (hoger, die de geostrofische wind weerspiegelt). De snelheid verloopt daar volgens een logaritmisch profiel — de verticale windafschuiving.
De ruwheid van het maaiveld en het stedelijk weefsel verandert de windprofielen sterk. Een dichte omgeving (gebouwen kort op elkaar, groen) remt de wind bij het maaiveld af en versterkt de verticale gradiënt; een open terrein (vlakte, zee) laat de wind zich vrijer ontwikkelen. Deze effecten zijn in de CFD-modellering opgenomen via een ruwheidscoëfficiënt, afgeleid uit de terreinkenmerken volgens de aanbevelingen van de Eurocode.
De aanwezigheid van hoge gebouwen en een complex stedelijk weefsel veroorzaakt talrijke verstoringen van de wind. Deze effecten moeten worden bepaald om de veiligheid en het comfort van de gebruikers te waarborgen, in het bijzonder bij werken op hoogte.
De aanwezigheid van hoge gebouwen en een complex stedelijk weefsel veroorzaakt talrijke verstoringen: venturi-effect (versnelling tussen twee dicht bij elkaar staande gebouwen), kanaliseringseffect (concentratie in straten die op de heersende wind zijn gericht), en hoekeffect (turbulentie en vlagen bij scherpe hoeken). Deze verschijnselen kunnen hoge snelheden veroorzaken, met hinder of gevaar als gevolg.
De hoge gebouwen veroorzaken uitgesproken downwash: de stroming die de hoge gevel raakt, wordt naar het maaiveld omgeleid en verhoogt de snelheden aan de voet van het gebouw. Die situatie is vaak problematisch rond entrees, terrassen en voetgangerszones. CFD kwantificeert deze effecten om de snelheidspieken te voorzien en passende beschermingen te ontwerpen. Op de afbeelding zijn de hoekeffecten duidelijk te zien.
Bij een hoog gebouw wordt de wind die de hoge gevel raakt, naar het maaiveld omgeleid, waardoor de snelheden aan de voet van het gebouw sterk toenemen, typisch rond entrees en voetgangersruimtes.
Hoogbouw staat bloot aan aanzienlijke aerodynamische belastingen die nauwkeurig moeten worden beoordeeld om de robuustheid van de gebouwomhulling te waarborgen. De wind oefent stuwdrukken uit op de blootgestelde wanden en onderdruk op de tegenoverliggende zijden, geconcentreerd bij de verticale randen (stuwing en loslating) en op de oppervlakken die aan de heersende wind blootstaan.
De gevelonderdelen (vliesgevels, beglazing, bevestigingen) moeten deze plaatselijke drukken weerstaan zonder te sterke vervorming. CFD lokaliseert de zwaarst belaste zones en maakt het mogelijk het effect van ontwerpvarianten te testen vóór de uitvoering.
Om de geldigheid van de simulaties en de afstemming op de normatieve praktijk te waarborgen, verwerkt de CFD-modellering de eisen van de norm NEN-EN 1991-1-4 (Eurocode wind) en de resultaten van een uitgebreid meteorologisch onderzoek. De simulaties berusten op:
De basiswindsnelheid, bepaald naar de ligging en de topografie van de locatie.
De ruwheids- en orografiecoëfficiënten, afgestemd op de terreincategorie: zij geven de invloed van het maaiveld en het reliëf op het verticale snelheidsprofiel van de wind weer.
Een verticale snelheidsprofiel Vm(z), logaritmisch, opgesteld uit deze parameters en afgestemd op de kenmerken van de locatie.
Dit kader maakt het mogelijk representatieve windsnelheden op verschillende hoogten te simuleren en ze te toetsen aan de vastgestelde veiligheidsgrenzen.
Het snelheidsprofiel aan de inlaat van het domein — uniforme basissnelheid en ruwheidsparameters eigen aan het terrein — is berekend volgens de Eurocode. Het gebruikte model simuleert acht hoofdrichtingen: vanuit dit referentieprofiel worden de locatie-effecten voor elke richting geanalyseerd, waarbij plaatselijke versnellingen, recirculatiezones en afbuigingseffecten zichtbaar worden.
Volgens de norm NEN-EN 280 mogen hoogwerkers niet worden gebruikt boven 12,5 m/s. In een complexe stedelijke omgeving kunnen de locatie-effecten deze snelheid plaatselijk versterken, vandaar de noodzaak van een fijnmazige beoordeling met simulatie.
De norm NEN-EN 280 verbiedt het gebruik van hoogwerkers bij wind boven 12,5 m/s. CFD geeft de gemiddelde snelheid per richting; omgezet naar vlaagsnelheid, met de turbulentie-intensiteit en de stuwdruk, wordt die met deze grens vergeleken om de uren van niet-beschikbaarheid te schatten.
Dank zij CFD worden de zones met snelheidspieken die de stabiliteit van de hoogwerker kunnen aantasten, bepaald. De beschutte zones of zones met weinig turbulentie worden eveneens gelokaliseerd om veilige werkvensters te bepalen. De resultaten worden gecombineerd met de weergegevens om aanbevelingen te formuleren die direct op de bouwplaats bruikbaar zijn.
De locatie omvat twee woontorens: de Tour Tokyo (rechthoekige geometrie, 29 verdiepingen, vlakke gevel, hellende balkons) en de Tour Osaka (35 verdiepingen, gevel met afwisselend dichte delen en beglazing, taps toelopende balkons). Zij staan parallel en gelijk gericht; hun hoogte en positie creëren een complexe stromingssituatie, gunstig voor kanalisering, plaatselijke versnellingen en wervels.
Om de variatie in windrichting weer te geven zijn acht scenario's geanalyseerd, die de volledige windroos beslaan:
Voor elke richting geeft de simulatie de dynamiek van de luchtstromen weer, evenals de snelheid en de richting van de stroming rond beide torens, waarbij plaatselijke versnellingen, recirculatiezones en afbuigingseffecten zichtbaar worden.
De modellering van de 8 richtingen bracht specifieke verschijnselen aan het licht: bij noordenwind geniet de zuidelijke toren een recirculatie die door de noordelijke toren wordt opgewekt (demping van de snelheden); omgekeerd is bij zuidwestenwind de noordelijke toren beschermd door de zuidelijke; bij oosten- en zuidoostenwind, een venturi-effect is een uitgesproken effect tussen beide torens te zien. In alle configuraties wekken de blootgestelde randen wervels met hoge plaatselijke snelheden op, maar creëren zij ook zones met relatieve rust langs de wanden.
De gemiddelde snelheden zijn omgezet in stootwindsnelheden op verschillende hoogten (turbulentie-intensiteit en stuwdruk), wat een versterkingsfactor per richting geeft. Bij noordwestenwind: +26 % op 20 m, +48 % op 50 m, +77 % op 80 m. Door dit met de weergegevens te combineren kon de niet-beschikbaarheid van de hoogwerkers door overschrijding van de grens van 12,5 m/s worden geschat: ongeveer 250 uur per jaar — een essentieel gegeven om de renovatiewerkzaamheden te plannen.
Onthoud dit. In een dicht bebouwde stedelijke omgeving kan de plaatselijke vlaag de gemiddelde snelheid op 80 m met 77 % overschrijden. Deze versterking, en niet de ruwe meteorologische wind, bepaalt de veiligheid van de hoogwerkers: CFD geeft haar richting per richting weer.
De simulaties bepaalden de drukken op de gevels per richting. De zwaarste richting is oostenwind, met maximale drukken op de westgevel en het dak van een van de torens, en de zwaarst belaste zones op de hoge randen van de blootgestelde zijden. De vergelijking met de analytische Eurocode-benadering toont een goede mate van overeenstemming, waarmee CFD wordt bevestigd als aanvullend dimensioneringsinstrument — met name voor de kleine bevestigingen die aan de zwaarste belastingen blootstaan.
Expertise: de winddruk op gebouwen — Eurocode 1De CFD-studie van de Tours Olympiades bracht aanzienlijke locatie-effecten aan het licht, samenhangend met de dichte stedelijke opzet en de wisselwerking van de wind met de omliggende bouwvolumes. Met de numerieke simulatie konden de zones met snelheidspieken, recirculatie en beschutting nauwkeurig in kaart worden gebracht per windrichting, en konden daaruit resultaten worden afgeleid die direct bruikbaar zijn voor de dimensionering op wind.
De resultaten maakten het met name mogelijk de kritische hoogten en de zwaarste richtingen voor het gebruik van de onderhoudshoogwerkers te bepalen, door de plaatselijke vlaagsnelheden met de weergegevens te combineren. Deze aanpak schatte nauwkeurig het aantal uren per jaar waarin de windomstandigheden de veiligheidsgrenzen overschrijden — waardevol inzicht om de onderhoudswerkzaamheden op hoogte te plannen.
Deze studie illustreert de meerwaarde van stromingsmodellering in de ontwerp- én de renovatiefase: een fijnmazig begrip van de wisselwerking tussen wind en bebouwde omgeving, om de werkzaamheden veilig te stellen, de technische keuzes te optimaliseren en de weerbaarheid van hoge gebouwen te versterken tegenover de klimaatbelastingen.
Expertise: de winddruk op gebouwen — Eurocode 1Werkt u aan een hoogbouwproject of op een dichtbebouwde locatie? Doe een beroep op onze CFD-expertise om uw keuzes veilig te stellen en uw werkzaamheden al in de studiefase te optimaliseren.
Locatie-effecten, veiligheid van de hoogwerkers en geveldrukken op twee Parijse hoogbouwtorens.
Het is de manier waarop de vorm en de positie van gebouwen de wind plaatselijk veranderen: versnellingen (venturi, kanalisering), hoekeffecten en downwash. Deze effecten kunnen de snelheden verdubbelen ten opzichte van de vrije wind. Zie ons dossier wat zijn de windeffecten in de stad.
De wind draait: afhankelijk van de richting beschermt de ene toren de andere, of ontstaat juist een venturi-effect tussen beide. Door de 8 richtingen van de windroos te bestrijken kan voor elk vraagstuk het zwaarste scenario worden bepaald.
De stroming die de hoge gevel van een hoogbouwtoren raakt, wordt naar het maaiveld omgeleid en verhoogt de snelheden aan de voet van het gebouw sterk, vaak hinderlijk rond entrees, terrassen en voetgangerszones.
De norm NEN-EN 280 stelt een grens van 12,5 m/s. Doordat de locatie-effecten de wind plaatselijk versterken, komt de geschatte niet-beschikbaarheid op ongeveer 250 uur per jaar, een essentieel gegeven om de werkzaamheden te plannen.
Ja: het windprofiel aan de inlaat is berekend volgens de Eurocode NEN-EN 1991-1-4 en de geveldrukken stemmen overeen met de analytische benadering. CFD blijft daarnaast een alternatief voor windtunnelproeven.
Verken onze expertise, projecten en technische dossiers om verder te komen dan deze vragenlijst.
CFD-studie van de windeffecten op de Tours Olympiades (hoogbouw) in Parijs: bepaling van de zones met snelheidspieken, recirculatie en beschutting voor 8 richtingen, venturi-effecten tussen de torens, versterking van de vlagen, veiligheid van de onderhoudshoogwerkers en geveldrukken gevalideerd met de Eurocode.
WindhinderWindhinder voor voetgangers — La Défense
Zonne-energieWindbelasting — zonnepark
DakterrasDakterras luxehotel — Casablanca
ZonneparkBeheersing van winderosie — zonnepark
WindhinderThermisch comfort — school
DakterrasWindhinder — dakterras
HoogbouwWindbelasting — hoogbouw — Caen
LuchtkwaliteitLuchtkwaliteit — RER-station Issy
VeiligheidWindgevaar — winkelcentrum
SportWindhinder — trainingscentrum PSG
WindpotentieelWindonderzoek — La Défense
HoogbouwTour Liberté — La Défense
LuchtkwaliteitFijnstofafvang — metro
WindpotentieelBalenciaga — windpotentieel
CFD-expertise, opgeleverde projecten en technische dossiers: het hele vakgebied lucht & wind op één plek.
Het eenvoudigst is om er samen over te praten. Onze ingenieurs antwoorden met een eerste technische analyse.