Дубинский Сергей Иванович

Численное моделирование

ветровых воздействий

на высотные здания и комплексы

Специальность 05.13.18 –

математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2010

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московский государственный строительный университет.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Белостоцкий Александр Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Травуш Владимир Ильич

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник

Попов Николай Александрович

Ведущая организация: НИИ Механики МГУ,

Защита диссертации состоится «___» _____________ 2010 г. в ______ часов на заседании диссертационного совета Д 212.138.12 при ГОУ ВПО Московский государственный строительный университет по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе. д.26, ауд. ______.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного строительного университета.

Автореферат разослан «___»___________ 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Анохин Н.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Обоснование безопасности и комфортности проектируемых и уже эксплуатируемых высотных зданий современных архитектурных форм и оригинальных конструктивных решений и их комплексов в России (ММДЦ “Москва-Сити”, ЖК "Аквамарин" во Владивостоке и ряда других), для которых фактор ветрового воздействий является определяющим, сдерживается действующими нормативно-регламентированными методиками, которые не содержат рекомендаций по назначению аэродинамических коэффициентов для сложных по форме высотных зданий, не учитывают влияние интерференции, рельефа, изменения спектра набегающего потока в условиях плотной и изменяющейся застройки.

Нормами (СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия», МДС 20-1.2006 «Временные нормы по назначению нагрузок и воздействий ... на многофункциональные высотные здания и комплексы в Москве») предлагается использовать результаты испытаний крупномасштабных макетов в специализированных аэродинамических трубах, позволяющих воспроизвести атмосферный пограничный слой. Но такие испытания весьма трудоемки, причем для наиболее масштабных моделей их приходится выполнять за рубежом. Кроме того, методология экспериментального моделирования ветровых потоков и воздействий на высотные комплексы обладает собственными ограничениями и погрешностями.

В последние 10-15 лет бурно развивается вычислительная гидрогазодинамика (CFD), совершенствуются технологии расчетов ветровых воздействий на здания и сооружения при неуклонно возрастающей мощности компьютеров. Ведущие зарубежные исследовательские и проектные организации все чаще комбинируют испытания и "численные" эксперименты. В перспективе роль математического моделирования, как показал опыт в смежных отраслях (например, аэрокосмической) и задачах (строительная механика), будет только возрастать.

Разработка, программная реализация и применение верифицированной методики, основанной на численном решении трехмерных уравнений гидрогазодинамики, позволит отечественным специалистам определять ветровые воздействия на высотные комплексы с необходимыми достоверностью, полнотой и оперативностью.

Цели и задачи работы. Целью работы являлась разработка, программная реализация и верификация методики расчета ветровых воздействий на высотные здания и комплексы на основе численного решения задач гидрогазодинамики, позволяющей оперативное многовариантное решение большеразмерных практических задач строительного проектирования и мониторинга в форме вычислительного эксперимента.

Исходя из поставленной цели работы, решались следующие задачи:

Анализ результатов отечественных и зарубежных теоретических и экспериментальных исследований ветровых воздействий на высотные здания и их комплексы в условиях, прежде всего, их компактного расположения и интерференции, а также анализ применимости существующей нормативной

Анализ и тестирование существующих методологий численного моделирования задач гидрогазодинамики и выбор программных средств с точки зрения их применимости к решению поставленных задач;

Разработка комплексной методики расчета ветровых воздействий на высотные здания-комплексы, основанной на численном моделировании уравнений гидрогазодинамики и обеспечивающей решение с единых позиций регламентируемых нормами задач: расчета средней и пульсационной составляющих ветровых нагрузок на несущие конструкции, определения пиковых давлений на ограждающие конструкции, оценки уровня комфортности в пешеходных зонах комплексов.

Bыбор наилучших (по соотношению “ресурсы-точность”) методологий построения расчетных сеток, моделей турбулентности, характеристик вычислительных алгоритмов применительно к данному классу задач и выбранному базовому программному комплексу (ПК);

Разработка "инженерной" методики оценки пульсационной составляющей давления и пиковых нагрузок на фасадные конструкции по результатам стационарных расчетов;

Разработка процедур передачи ветровых нагрузок в программы расчетов динамики и прочности конструкций, зданий и сооружений;

Реализация вышеупомянутых методик в форме единого программного модуля – надстройки над базовым ПК;

Верификация разрабатываемой методики и реализующего программного обеспечения на основе сравнения результатов расчетов с результатами испытаний в аэродинамических трубах и с данными натурных замеров на представительном наборе примеров;

Применение разработанной методики и программного обеспечения для определения ветровых воздействий на реальные проектируемые и строящиеся высотные комплексы;