Блог

Расчёт ветровой нагрузки на фасад здания нестандартной архитектуры с учётом особенностей рельефа местности

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.

Связанные новости
В марте 2022 года эксперт по судостроению АО «ЦИФРА» Алексей Петров принял участие в натурных испытаниях буксировки судна во льдах по Северному морскому пути. Буксировка выполнялась универсальным атомным ледоколом «Сибирь» проекта 22220, введенным в эксплуатацию в декабре 2021 года.
Отличная новость: мы открываем весенний набор в программу стажировки молодых инженеров. Стать участниками стажировки смогут студенты технических специальностей, обучающиеся в вузах Санкт-Петербурга: СПбПУ Петра Великого, БГТУ «Военмех» им. Д. Ф. Устинова, СПбГУ, СПбГМТУ, Университет ИТМО. На стажировку принимаются студенты старших курсов: от четвертого и выше. Дата окончания приема заявок — 20 мая 2022 года.
Связанные публикации в блоге
Открытие летних веранд ресторанов способствует увеличению количества посадочных мест и привлекательности со стороны клиентов в летний период. В условиях ограничительных мер в связи с эпидемией коронавируса это также возможность продолжать работу, избегая вынужденных простоев. На большей части территории России летний сезон, к сожалению, короткий и не всегда достаточно тёплый, в связи с этим экономический эффект от организации открытых веранд оказывается недостаточно велик, а сами веранды зачастую не пользуются большой популярностью из-за погодных условий. Использование различных типов обогревателей для создания комфортных условий для посетителей и продления сезона работы открытых веранд – достаточно распространённый способ решения этих проблем.
Архитекторы, инженеры и другие специалисты строительной отрасли сталкиваются с растущим на них давлением, по вопросам соответствия стандартамэнергоэффективности и понижения уровня выбросов углекислого газа при сохранении затрат. Значительное ускорение процесса проектирования зданий при наименьших затратах наилучшим образом достигается за счёт использования новых технологий. Появившийся класс инструментов на базе численного моделирования, моделирование зданий и моделирование физических процессов достигли новых высот скорости и точности, совершенствуя процесс проектирования зданий и другие рабочие процессы с помощью новых возможностей. Численное моделирование открывает мир моделирования для фирм любого размера, работающих над проектами любого масштаба.
Связанные вебинары
На данном вебинаре вы сможете получить новые знания и опыт в области численного решения задач нелинейного деформирования железобетонных конструкций с использованием программных комплексов конечно-элементного анализа Ansys Mechanical и Ansys/LS-DYNA.

Закажите расчет

Команде профессионалов
Изменить файл
Поля, отмеченные звездочкой (*) обязательны для заполнения.