Современная архитектура охватывает множество различных стилей и направлений. Одной из наиболее распространённых характеристик современной архитектуры является отказ от прямых и резких линий в пользу более изогнутых и плавных, а также наличие открытых жилых пространств.
При проектировании и строительстве сооружений необходимо учитывать все воздействующие на них факторы окружающей среды. Одним из таких немаловажных факторов является ветровая нагрузка на фасад здания – учёт значения давления, оказываемого направленным переменным воздушным потоком, позволяет избежать разрушений при строительстве объекта и последующей его эксплуатации. Ветровая нагрузка комплексно зависит от нескольких факторов, таких как характеристики встречного ветра (скорость ветра, интенсивность турбулентности и т.д.), особенности рельефа местности, непосредственное окружение, форма здания и его ориентация.
Традиционно подобные нагрузки получают из строительных правил и норм или с помощью испытаний в аэротрубах. Используя строительные нормы и правила, ветровые нагрузки на фасад здания нестандартной формы определить, как правило, невозможно. Для получения более точной информации о ветровых нагрузках также проводятся испытания в аэродинамической трубе. Однако подобные испытания являются сложными в реализации, требуют значительного времени и финансовых затрат. Кроме того, такие испытания, не всегда позволяют учесть влияние рельефа местности на скорость движения воздуха вблизи здания. В районах, обладающих сложным рельефом, ветер может отклоняться, усиливаться или ослабевать – пренебрегать этим фактором нельзя, так как это скажется на точности определения нагрузок на здание в реальных условиях эксплуатации.
Численное моделирование позволяет разрешить трудности, возникающие при вычислении ветровой нагрузки как аналитическим методом, так и при испытаниях в аэродинамической трубе.
Специалистами АО «ЦИФРА» проведён расчёт ветровой нагрузки на фасад здания нестандартной архитектуры с использованием программного комплекса Ansys Fluent.
Для проведения расчёта создана трёхмерная модель, включающая в себя:
- объект исследования (здание нестандартной архитектуры);
- близлежащая постройка;
- подробный рельеф местности, созданный с помощью топографического плана.
Расчётная CAD-модель
По завершению работы с геометрической моделью определена геометрия воздушного пространства вокруг объектов и для него построена сеточная модель.
Вид сеточной модели
Для получения более детальной картины течения на всех строениях и рельефе производилось локальное сгущение расчётной сетки вблизи стенок.
Разрез сеточной модели
По итогам расчёта определены средние и пульсационные нагрузки на фасад здания.
Распределение средней составляющей ветровой нагрузки (без учёта пульсационной) по поверхности здания с подветренной стороны
Распределение турбулентной интенсивности по поверхности здания
Наиболее нагруженная часть фасада находится в зоне первого этажа. Максимальная зарегистрированная ветровая нагрузка с учётом как средней составляющей, так и пульсационной составила 1,1 кПа.
Обтекание здания потоком
В результате расчёта определена ветровая нагрузка на фасад здания, расположенного в области со сложным рельефом, а также учтены окружающие постройки. В ходе исследования определено максимальное значение ветровой нагрузки, приходящееся на фасад здания, а также распределение ветровых нагрузок по фасаду. Подобное исследование позволило создать максимально безопасную конструкцию и минимизировать стоимость материалов, укрепив только наиболее нагруженные участки.
