WEB-ресурс научно-практических конференций

ОЦЕНКА ВЕТРОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ВЫСОТНЫЕ ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

Р.Н. Павловский*, С.Г. Кузнецов**

*Киевский национальный авиационный университет, ** Донбасская национальная академия строительства и архитектуры

Высотные здания и сооружения являются наиболее впечатляющими и хорошо известными архитектурными и инженерными конструкциями. Они часто являются знаменитыми символами, которые делают крупнейшие города мира легко узнаваемыми. Район с высотными зданиями является важной чертой города как международный бизнес центр, это искомый предмет европейских финансовых столиц, успешно реализованный в стратегиях застройки в Лондоне и Франкфурте.

Строительство высотных зданий является сложной задачей для архитекторов и инженеров. Одна проблема, возникающая при увеличении высоты зданий – это важность воздействия ветра. Аэродинамическая лаборатория Национального авиационного университета является одним из экспертов и консультантом для архитектурных и строительных компаний в проектировании чувствительных к воздействию ветра конструкций, в особенности высотных зданий. Это было достигнуто путем сочетания непосредственного опыта в создании специфических проектов и инвестиций в исследования.

При увеличении высоты здания ветровые нагрузки имеют тенденцию к контролю проектирования основных элементов конструкции, особенно в регионах с низким риском землетрясений. В дополнение к статическим ветровым нагрузкам, сильно увеличивающимся с высотой, значение динамических воздействий быстро вступает в действие и может часто доминировать в проектировании. Турбулентность в обтекающем ветре и производимая окружающими зданиями может вызвать резонирование высотных конструкций, которое увеличивает вызванные ветром нагрузки и может вести к дискомфорту жителей здания в силу испытываемых ускорений, особенно на высоких уровнях. Когда здания становятся выше и снижаются природные частоты, значение резонанса возрастает. Это вызвано низкой частотой (большие продолжительностью) турбулентных порывов, содержащих больше энергии. В то время как нормально возможно проектирование конструкций, сопротивляющихся высоким резонансным ветровым нагрузкам, ускорения, образующиеся из значительной вызванной ветром динамической реакции необходимо смягчить, если существует вероятность, что они вызовут нарушение комфорта. Условный метод сокращения ускорений – добавление амортизации (демпфирования) конструкции, чтобы рассеивать динамических нагрузки и сокращать движение. Это обычно достигается путем установки специально разработанных устрой ств дл я демпфирования на вершине здания (сооружения).

Рис. 1. Вид одной из моделей застройки изнутри аэродинамической трубы ТАД-2

Не только ветровые нагрузки имеют важное значение в проектировании высотных зданий, но и воздействия, которые здание оказывает на ветер на пешеходном уровне также важный вопрос в проектировании. Высокая скорость ветра верхнего уровня имеет тенденцию преломляться внизу здания и вокруг его основания, вызывая проблемы для пешеходов. Это может быть особенно важной проблемой, когда отдельное здание значительно возвышается над окружающими.

Исследования проводятся в аэродинамической лаборатории Национального авиационного университета. Аэродинамическая труба ТАД-2 прямоточного типа с восьмиугольной в сечении рабочей частью закрытого типа с размерами 4 м ? 2,5 м (ширина ? высота) и длиной 5,5 м . Рабочая часть имеет щелевые стенки со степенью проточности 18%. Максимальная скорость воздушного потока в рабочей части – до 42 м/с, общая мощность привода аэродинамической трубы – 660 кВт. Воздух в аэродинамической трубе приводится в движение – 12 вентиляторами.

В аэродинамической трубе моделируется атмосферный пограничный слой при различных закономерностях распределения скорости воздушного потока по высоте. Максимальное значение интенсивности турбулентности до 40%. Моделируемый пограничный слой в аэродинамической трубе толщиной d = 1,5 м . Модели зданий и сооружений закрепляются на поворотном столе диаметром 2м.

Масштабные испытания моделей в аэродинамической трубе с пограничным слоем наиболее надежный способ проверить различные воздействия, которые ветер оказывает на застройку с высотным зданием. Испытания модели обычно осуществляются в маленьких масштабах (в диапазоне 1 : 50 до 1 : 1000) чтобы получить надежное моделирование турбулентности и адекватную репрезентацию окружающих зданий. Проектные ветровые нагрузки обычно определяются измерением колебание ветровых нагрузок у основания, используя высокочастотный передатчик давления или одновременное измерение колебаний поверхностного давления на всей поверхности здания, используя многоточечное сканирование. Наиболее подходящая техника зависит в основном от геометрической формы здания.

Другой способ, динамическая реакция обычно определяется путем анализа изменений во времени статических ветровых нагрузок в соединении со структурными качествами здания, чтобы получить оценки наибольших проектных нагрузок в динамической реакции здания.

Аэродинамическая лаборатория Национального авиационного университета создала сложную технику измерения и анализа, для определения проектной информации для конструкций высотных зданий из общей силы и поверхностного давления. Она применялась в проектах для безопасного и эффективного проектирования конструкций здания.

Строительство высотных зданий будет продолжаться и станет характерной чертой, т.к. большинство городов развиваются и расширяются, чтобы идти в ногу с глобальными потребностями бизнеса. В связи с увеличением высоты зданий воздействие ветра на здания будет актуальной проблемой. Путем инвестиций в исследован ия аэ родинамическая лаборатория Национального авиационного университета будет продолжать создание технологий измерения и анализа для того, чтобы обеспечить архитекторов и инженеров наиболее подходящей информацией для эффективного и безопасного проектирования их высотных зданий.

Литература:

1. Павловский Р.Н., Виноградский П.Н., Кузнецов С.Г. Работа вентиляционных систем пятиэтажного здания под влиянием высотного здания // Збірник наукових праць Луганського національного аграрного університету. Серія: Технічні науки. - Луганськ: Вид-во ЛНАУ, 2005 - № 45(68) – С. 107–115.