О воздействии ветра на высотные монолитные здания
В данной статье кратко рассмотрены особенности аэродинамики высотных зданий и сооружений, а также изложены взгляды специалистов института на некоторые аэродинамические проблемы в области высотного домостроения, которые необходимо решить в ближайшей перспективе.
К основным факторам, определяющим взаимодействие ветра со зданиями и сооружениями, можно отнести:
- выбор расчетной величины скорости (модуля скорости) набегающего воздушного потока;
- определение суммарных аэродинамических нагрузок, действующих на здание при различных направлениях ветра;
- определение распределенных (местных) нагрузок, действующих на поверхность здания при различных углах набегающего воздушного потока;
- оценка нестационарных нагрузок, действующих на здание, обдуваемое ветром (резонансные явления, галлопирование, дивергенция, флаттер, бафтинг);
- обтекание различных конструкций, расположенных на зданиях или сооружениях;
- обтекание вертолетных площадок, расположенных на крышах высотных зданий;
- экологические проблемы, возникающие при обтекании ветром здания (допустимые скорости ветра в районе пешеходных зон, расположенных вблизи здания; допустимые ускорения верхних этажей здания при его колебаниях под действием ветра; акустическое излучение, возникающее при обтекании ветром отдельных внешних фрагментов здания; расположение на поверхности здания вентиляционных отверстий забора и выброса воздуха).
Большинство из указанных факторов следует учитывать при проектировании сооружений любой этажности, однако для высотных зданий значение этих факторов может приобретать решающее значение как с точки зрения прочности самого здания, так и условий его эксплуатации.
1. Нормативное значение среднего ветрового давления на высоте (y) от поверхности земли предполагается определять по формуле:
wn(y) = w0·k1(y)·k2·k3,
где w0 — нормативное значение среднего ветрового давления на высоте y =10 м для данного ветрового района при 10 минутном интервале осреднения и времени наблюдения 5 лет;
k1(y) — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте;
k2 — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления в зависимости от времени осреднения при замерах средней скорости;
k3 — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления в зависимости от числа лет наблюдений.
Если выбрать величину k2 из условия осреднения t = 3 сек., что соответствует времени действия порывов ветра с наибольшей энергетикой, а коэффициент k3 из условия наблюдений 50 лет, то для II ветрового района на высоте 100 м можно получить расчетное значение wn = 182 кгс/м2 = 1,82 кПа, что соответствует скорости ветра 54 м/с. В американских стандартах скорость на высоте 100 мпринимается в расчетах равной 63 м/с.
2. Определение суммарных аэродинамических характеристик здания (две составляющие силы в горизонтальной плоскости и три составляющие момента) предлагается определять на макете здания при круговых продувках его в аэродинамической трубе в диапазоне углов набегающего воздушного потока 00 в 3600.
Такие продувки позволяют учесть все основные архитектурные особенности данного здания в расчетах суммарных аэродинамических сил и моментов.
3. Распределенные аэродинамические нагрузки, действующие на поверхность здания, также предлагается экспериментально замерять при круговых продувках макета здания в аэродинамической трубе. При этом на поверхности макета здания размещаются дренажные отверстия, с помощью которых в нескольких характерных сечениях по высоте определяются давления на поверхности здания при 00 в 3600.
Примеры определения суммарных и распределенных аэродинамических характеристик на макете высотного здания приведены в докладе.
4. Способы оценки нестационарных нагрузок, действующих на здание и его отдельные элементы при воздействии ветра, необходимо рассматривать применительно к резонансным явлениям, флаттеру и галлопированию.
5. Проблема безопасного взлета и посадки вертолетов на крышу здания должна рассматриваться с точки зрения обеспечения допустимых углов скосов воздушного потока при ветре как в районе посадочной площадки, так и на возможных глиссадах подлета к ней. Особенно это важно применительно к транспортным и специальным вертолетам с соосными винтами, наиболее удобными при полетах в стесненных условиях.
6. Комплекс экологических проблем, возникающих особенно остро при эксплуатации высотных зданий, включает такие направления, как определение скоростей ветра в пешеходных зонах, расчетные оценки ускорений верхних этажей зданий под действием ветра, генерация акустического излучения при обтекании отдельных фрагментов зданий и взаимное расположение заборных и вытяжных вентиляционных отверстий на поверхности здания с учетом конкретной «розы ветров» в месте расположения здания.
| Автор: С. М. Ганин, А. С. Гузеев, А. О. Лебедев, А. И. Короткин, А. В. Пустошный Дата: 11.12.2006 Журнал Стройпрофиль 8-06 Рубрика: монолитное домостроение. опалубочные системы Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |