Design and wind tunnel tests of a stadium aeroelastic movable roof

Stadium roofing systems, in addition to being a typology of structures of great constructive and architectural complexity, are significantly affected by the dynamic actions caused by the wind. Hence, the need both during the design phase and after the construction to have data available to quantify the phenomenon, in order to highlight whether or not there are long-term dangers to the integrity of the structure. The design of these structures is difficult to classify within regulations due to the geometric and constructive particularities they are made, and therefore studies carried out on scale models in the wind tunnel are often used. The knowledge of the climatic and orographic conditions of the construction site of the structure is of particular importance in order to be able to make a reliable estimate of the behavior in operating conditions. In this thesis work, the activities related to the experiments carried out at the Wind Tunnel of the Politecnico di Milano on a model of the KAI TAK SPORT PARK stadium in Honk Kong are presented. The 1: 120 scale model is aeroelastic. The difficulty of reproducing the scale model has led to reproduce in similarity the dynamics of the only flexural vertical vibrating mode of the roof for the two operating configurations: closed roof and open roof. The stability of the roof has been evaluated by tests conducted in turbulent flow regime with two different turbulence intensities. The response of the structure to turbulent wind was evaluated considering different directions of origin using a large diameter rotating table on which the complete model was mounted; the generation of turbulence with characteristics similar to those of the real site was obtained by means of spires and resting blocks. The tests made possible to verify and quantify the response of the structure in terms of accelerations, displacements and forces transferred from each roof onto the underlying structure. No instability phenomena were detected.

I sistemi di copertura degli stadi, oltre ad essere una tipologia di strutture di grande complessità costruttiva ed architettonica, risentono in maniera sensibile delle azioni dinamiche dovute al vento. Da ciò la necessità sia durante la fase progettuale sia dopo la realizzazione, di disporre di dati che consentano di quantificare il fenomeno, in maniera da evidenziare se esistano o meno pericoli nel lungo termine per l’integrità della struttura. La progettazione di tali opere, è difficilmente inquadrabile all’interno di normative a causa delle particolarità geometriche e costruttive con cui vengono realizzate, e quindi spesso si ricorre a studi condotti su modelli in scala in galleria del vento. La conoscenza delle condizioni climatiche e orografiche del sito di realizzazione della struttura risulta di particolare importanza per poter effettuare una stima affidabile del comportamento in condizioni di operatività. In questo lavoro di tesi vengono presentate le attività relative alle sperimentazioni svolte presso la Galleria del Vento del Politecnico di Milano su un modello dello stadio KAI TAK SPORT PARK di Honk Kong. Il modello in scala 1:120 è aeroelastico. La difficoltà della riproduzione del modello in scala ha portato a riprodurre in similitudine la dinamica del solo modo di vibrare verticale flessionale della copertura per le due configurazioni di operatività: copertura chiusa e copertura aperta. La stabilità della copertura è stata valutata mediante prove condotte in regime di flusso turbolento con due diverse intensità di turbolenza. La risposta della struttura al vento turbolento è stata valutata considerando differenti direzioni di provenienza utilizzando un tavolo girevole di grande diametro sul quale è stato montato il modello completo; la generazione della turbolenza con caratteristiche analoghe a quelle del sito reale, è stata ottenuta mediante spires e blocchi poggiati. Le prove hanno consentito di verificare e quantificare la risposta della struttura in termini di accelerazioni spostamenti e forze trasferite da ciascuna copertura sulla struttura sottostante. Non sono stati rilevati fenomeni di instabilità.