Резидент Технопарка Высоких Технологий Свердловской области – компания «Нова-Инжиниринг» построил модель жилого района Красноярска, чтобы с помощью численных методов определить моментные нагрузки на стометровое высотное здание в жилом квартале Красноярска при различных ветровых нагрузках (направление, скорость ветра). Также, на основе данных по распределению давлений у подножия здания, будет выполнен расчет зон пешеходной комфортности и некоторые другие строительные расчеты (расчет розы ветров, движения воздушых потоков, тепературный режим района в разное время года и экологическая безопасность!). Работы выполняются совместно с Центром математического моделирования АО ВНИИЖТ РЖД. Напоминаем, компания «Нова-Инжиниринг» в содружестве с что ИЦ «Технопарка высоких технологий» выполняет компьютерные расчеты в различных областях физики и производства: прочность, газодинамика, электромагнетизм, виброакустика, литье, сварка, штамповка – проектирование, расчеты, моделирование, оптимизация. приглашаем к сотрудничеству!

Видео. Результат моделирования в виде визуализированного поля давления потока воздуха, обтекающего здание

Комментарии:

Ветровые нагрузки – это один из основных видов нагрузок и воздействий на здания и сооружения, корректный и всесторонний учёт которых определяет надёжность безопасность как несущей системы здания в целом, так и лёгких фасадных и витражных конструкций, получивших большое распространение в современном строительстве.

Рис.1. Визуализация результатов динамического моделирования обтекания здания потоком воздуха

Усложнение архитектурной формы зданий, компоновка архитектурных объёмов в плане и по высоте, практика строительства комплексов близкорасположенных зданий или новых зданий в стеснённых условиях городской застройки (в пределах аэродинамического влияния других зданий) – все это повышает требования к обоснованности назначения ветровых нагрузок. Все реже для современных зданий сохраняется возможность определить ветровые нагрузки аналитически по справочным схемам и табличным аэродинамическим коэффициентам. Все важнее становится не только определение ветровой нагрузки на здание в целом, но и определение действительного характера её распределения по фасаду, правильный учёт которого важен при проектировании лёгких фасадных и витражных конструкций.

Рис. 2. Смоделированный район застройки.

Математическое моделирование ветровых нагрузок и воздействий (CFD-моделирование, от англ. Computer Fluid Dynamics, CFD – вычислительная гидрогазодинамика) основано на воспроизведении процесса формирования ветровых нагрузок при движении ветрового потока. Параметры ветрового потока изменяются вначале при обтекании рельефа местности и окружающей застройки, а далее при обтекании самого здания с учётом его конфигурации, происходит интерференция воздушных потоков, сформированных разными частями одного здания или близкорасположенными зданиями. Таким образом, математическое моделирование ветровых нагрузок представляет собой универсальный подход, позволяющей одинаково достоверно определять ветровые нагрузки при любой форме здания и его архитектурных элементов, при любой конфигурации окружающей застройки, при любом рельефе местности.

Необходимость в моделировании ветровых нагрузок обычно связана со следующими характеристиками проектов:

• высокая ответственность согласно нормативным документам;
• нестандартная архитектурная форма;
• строительство здания в комплексе или стеснённость окружающей застройки (аэродинамическое взаимодействие близкорасположенных зданий);
• применение лёгких фасадных и витражных конструкций, силовые элементы которых работают локально и на надёжность их работы влияют особенности распределения ветровой нагрузки по фасаду;

применение экономичных несущих систем покрытия, чей собственный вес сопоставим с ветровым отсосом;

• высотные и большепролетные сооружения, где ветровые нагрузки и динамические ветровые воздействия могут носить определяющий характер.

Рис. 3. Пример расчета ветровой нагрузки и обтекания башни.

Моделирование ветровых нагрузок выполняется в соответствии с СП 20.13330.2016 (20.13330.2011) «Нагрузки и воздействия». Результаты моделирования, как привило, включают:

• среднюю составляющую основной ветровой нагрузки;
• пульсационную составляющую основной ветровой нагрузки;
• положительные и отрицательные значения пиковой ветровой нагрузки;
• оценку резонансного вихревого возбуждения.

Практическая ценность математического моделирования (CFD-моделирования) ветровых нагрузок и воздействий, по сравнению с традиционными способами исследований в аэродинамических трубах, заключается в всестороннем повышении доступности возможностей аэродинамических исследований для реального проектирования. Благодаря тесной интеграции вопросов компьютерного моделирования в проектную работу и BIM-технологии, расширяются возможности практического использования результатов аэродинамического моделирования, в частности, на основе сопоставления вариантов или аэродинамической оптимизации архитектурных форм.

Рис. 4. Пример расчета обтекания зданий в большом микрорайоне.