Компьютерное моделирование аэродинамических воздействий на элементы ограждений высотных зданий

Сокращение свободных территорий под строительство в Киеве и других крупных городах приводит к необходимости строить высотные здания. В Украине нет опыта проектирования и длительной эксплуатации таких зданий. Аэродинамический режим обтекания высотного здания характеризуется повышенными значениями давления ветра. Если для малоэтажных зданий ветровое давление принято считать равномерно действующим на все здание по высоте, то для высотного здания при расчете ветровых нагрузок и тепловых потерь необходимо учитывать рост скорости ветра по высоте.

Повышенная высота здания определяет процесс обтекания его ветром. Если здание попадает в зону повышеного давления от более высокого здания, то существует возможность появления подпора возле крыши, что производит к обратной тяге в системах природной вентиляции. Воздух перемещается над кровлей в верхней части здания в заветренную зону, на наветренной стороне воздух у поверхности фасада перемещается с уменьшением скорости вниз и в стороны к боковым фасадам в заветренную зону; по направлению к земле происходит рост скорости перемещения воздуха к боковым фасадам в заветренную вихревую зону. Давление верхних слоев воздуха на нижние слои при обтекании здания потоком ветра приводит к увеличению подвижности воздуха у поверхности земли.

1) Модель расчетного здания и прилегающие здания 2) экспликация микрорайона

 Аэродинамика высотного здания влияет, во-первых, на его конструктивную прочность, а во-вторых, на разность давлений на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций здания, что в свою очередь определяет направление и величину фильтрации воздуха через наружные ограждающие конструкции. Кроме этого, наружная поверхность здания, подверженная воздействию солнечной радиации, в летнее время достаточно сильно нагревается, что приводит к образованию восходящих потоков теплого воздуха в приповерхностном слое.

Аеродинамика воздушного потока, при обтекании узкого здания

Вдобавок высотные здания при точечной застройке резко изменяют воздушные потоки на прилегющие территории, что вызывает ряд негативных явлений. Появляются зоны повышеных скоростей ветра на уровне пешеходов, избыточных давлений на верхних этажах зданий, низкочастотных колебаний и пр. Высокие скорости ветра вокруг многоэтажного здания, особенно при низких температурах, в некоторых случаях являются опасными и неблагоприятно воздействуют на организ человека. На верхних этажах здания возникают некомфортные условия из-за теплопотерь, вызваных инфильтрацией воздуха через ограждающие конструкции.
 В районах со слабой сейсмичностью ветровые воздействия на высотные здания являются, по существу, основными, а в целом аэродинамическое воздействие наружного климата на высотное здание является экстремальным. Поэтому исследования аэродинамики занимают значительную часть в общем объеме проектных работ. Как правило, эти исследования должны включать в себя физическое моделирование в аэродинамической трубе и математическое моделирование с применением современной вычислительной техники, новейших компьютерных технологий и программных комплексов.

Основные трудности при проектировании высотных зданий состоят в том, что используемые до настоящего времени Строительные нормы и правила..
(СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Раздел 6. Ветровые нагрузки. Приложение 4. Схемы ветровых нагрузок и аэродинамические коэффициенты c) не содержат рекомендаций по назначению аэродинамических коэффициентов для сложных по форме и крупногабаритных сооружений, в том числе для высотных зданий. По этой причине в проекты закладываются ветровые нагрузки на элементы сооружений, зачастую заниженные в 3-4 раза, что может привести и иногда приводит к негативным последствиям.

       

        

Современные расчетнo-вычислительные программные комплексы, такие как ANSYS/CFX, COSMOS/FloWorks позволяют на базе самых современных вычислительных технологий и численных методов проводить прямое численное моделирование стационарного и нестационарного турбулентного отрывного обтекания ветровым потоком высотных зданий (как отдельно стоящих на земле, так и комплексы зданий) и определять аэродинамические коэффициенты и ветровые нагрузки на стены зданий.

Posted Under: