ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕТРОВЫХ ПОТОКОВ ПО ПОВЕРХНОСТИ УНИКАЛЬНОГО ВЫСОТНОГО ЗДАНИЯ
Абраамян Н.Г.
Аннотация
высотный здание ветровой поток
В работе приводятся результаты исследования распределения ветрового потока по поверхности высотного здания методом эксперимента в аэродинамической трубе. Данное исследование посвящено сравнению значений аэродинамических коэффициентов высотного здания при наличии и отсутствии перед ним большепролетного здания.
Ключевые слова: высотное здание, ветровая нагрузка, аэродинамика, аэродинамическая труба, аэродинамические коэффициенты, поток воздуха.
Annotation
Abraamyan N.G. INVESTIGATION OF DISTRIBUTION OF WIND FLOWS OVER SURFACE OF UNIQUE HIGH-RISE BUILDING
The paper presents the results of a study of the distribution of wind flow over the surface of a high-rise building by an experiment in a wind tunnel. This study is devoted to comparing the values of aerodynamic coefficients of a high-rise building in the presence and absence of a large- span building in front of it.
Keywords: high-rise building, wind load, aerodynamics, wind tunnel, aerodynamic coefficients, air flow.
Основная часть
К уникальным высотным зданиям относятся конструкции высотой не менее 100 метров. Для объектов, высота которых многократно превосходит поперечные в плане размеры, ветровая нагрузка является основной. [1-4]
Не стоит забывать, что существующая в наше время застройка устроена таким образом, что помимо самого проектируемого здания, существенное влияние на аэродинамические характеристики способны оказывать и находящиеся рядом здания или сооружения.
В соответствии с требованиями [4] в случае, когда принципиальная геометрическая схема здания не совпадает ни с одной из представленных в приложении В, аэродинамические коэффициенты устанавливаются на основе результатов математического или физического моделирования. Физическое моделирование подразумевает проведение эксперимента с уменьшенной моделью здания в аэродинамической установке.
Эксперимент был проведён в лаборатории кафедры «Отопление и вентиляция» ННГАСУ. В качестве объектов исследования были взяты модели проектируемых зданий, 53-этажное высотное уникальное здание, высота которого вместе со шпилем от нулевой отметки составляет 263,5 м, а поперечные размеры здания в осях - 87,55 м х 42,30 м (рис. 1) и большепролетное здание, перекрываемое пространственными арками пролетом 227,65 м [1].
Для определения аэродинамических коэффициентов экспериментальными методами, были разработаны макеты, изготовленные 3D- принтере (рис. 1).
Рис. 1 Макеты исследуемых зданий, помещенные в аэродинамическую трубу
В рабочей зоне аэродинамической установки (рис. 2) создавался равномерный поток воздуха. Измерение статического давления на поверхности модели здания в характерных точках производилось микроманометром. Во время эксперимента каждая трубка системы дренажей соединялась с микроманометром с помощью гибкой резиновой трубки.
Рис. 2 Схема экспериментальной установки: 1 - исследуемая модель, 2 - ветровой поток, 3 - аэродинамическая труба, 4 - подиум-подставка под макет здания, 5 - направляющие ребра, 6 - гибкая трубка, 7 - микроманометр
По показаниям микроманометров были вычислены аэродинамические коэффициенты с е.
се = Рпов /Ро, (1)
где рпов - давление, измеренное в изучаемой точке поверхности,
р0 - динамическое давление, оказываемое ветровым потоком на вертикальную поверхность.
На основании измеренных результатов были определены значения аэродинамических коэффициентов для главного фасада высотного здания при направлении ветра, действующего под углом 45 к главному фасаду высотного и перпендикулярно переднему фасаду большепролетного (рис. 3).
Рис. 3 а) Схема расположения зданий относительно друг к другу, б), в) Распределение аэродинамических коэффициентов по поверхности высотного здания без большепролетного и с большепролетным зданием соответственно, г) Относительная разница между аэродинамическими коэффициентами
Из полученных результатов, можно сделать вывод, что значения аэродинамических коэффициентов при наличии перед высотным зданием препятствия в виде большепролетного сооружения в нижней части здания сильно уменьшаются по модулю, что видно по рисунку 4 г). При этом в точках, расположенных выше большепролетного здания, значения коэффициентов наоборот увеличиваются по модулю. Это обуславливается тем, что потоки воздуха, обходя преграду, начинают подниматься, создавая области увеличенного ветрового давления.
По анализу данных значений можно заключить, что в условиях застройки, при определении ветровых нагрузок на уникальные объекты, необходимо производить математическое или физическое моделирование, с учетом зданий и сооружений, находящихся в непосредственной близости к проектируемому.
Список литературы
1. Анущенко А.М. Исследование обтекания воздушными потоками большепролетной поверхности численным и экспериментальным методами / А.М. Анущенко, В.И. Ерофеев, П.А. Хазов, А.А. Сатанов, А.В. Февральских // Приволжский научный журнал. 2021. № 1(57).С. 9-18;
2. Савицкий, Г. А. Ветровая нагрузка на сооружения [Текст] / Г. А. Савицкий. М.: Изд- во лит. по стр-ву, 1972. 111 с.;
3. Сатанов А.А. Экспериментальное исследование распределения аэродинамических коэффициентов на высотное здание / А. А. Сатанов, М. Л. Поздеев, А. В. Симонов, А.П. Помазов, П.А. Хазов // Приволжский научный журнал. 2022. № 3(63). С. 43-51;
4. СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.0785* -М.: Минстрой России, 2016.80 с.