Delist.ru

Численное моделирование ветровых воздействий на высотные здания и комплексы (29.06.2010)

Автор: Дубинский Сергей Иванович

Из тестовых задач, подготовленных авторитетным Институтом Архитектуры Японии (AIJ), для примера рассмотрим модель высотного здания в малоэтажной плотной застройке (рис.1).

Рис.1. Высотное здание в малоэтажной застройке. Расчетные линии тока и поля коэффициентов Cp. На графиках – коэффициенты усиления скоростей ветра (относительно набегающего потока) вдоль линии в пешеходной зоне. Расчеты SST (сплошная линия) и "k-?" (штрих-пунктир), эксперименты

В базе данных AIJ приводятся результаты натурных замеров поля скоростей ветра в пешеходных зонах микрорайона Синдзюку (Токио)

за 1977-78 гг., данные двух различных испытаний в аэродинамических трубах и результаты расчетов, выполненных несколькими коллективами японских ученых. Показано (рис. 2), что результаты расчетов диссертанта по разработанной методике находятся в диапазоне разброса "эталонных"

Исследована ветровая аэродинамика МФК “Сити-Палас” в составе ММДЦ “Москва-Сити” (рис.3). Средняя и пульсационная составляющие ветровых воздействий при наиболее характерных направлениях ветра сравниваются с результатами испытаний в аэродинамической трубе ВМТ (Великобритания).

С учетом сложности задачи и неполноты информации о геометрии испытанной модели, получено практически приемлемое соответствие эксперименту для уровней средних давлений в характерных сечениях фасада (см. рис.3) и для максимальных пульсационных нагрузок на здание в целом.

Отмечено, что при некоторых направлениях ветра из-за экранирования наряду с уменьшением средних значений нагрузок может резко возрасти пульсационная составляющая. При недостаточном количестве датчиков в эксперименте могут быть пропущены локальные пиковые давления.

Приведены результаты численного моделирования аэродинамики высочайшего в Европе комплекса “Федерация” (ММДЦ “Москва-Сити”) совместно с несколькими близкорасположенными зданиями в сопоставлении с данными испытаний, проводившихся фирмой RWDI (Канада).

Рис.2. Коэффициенты усиления скорости ветра в окрестности группы высотных зданий (Токио) при южном ветре. Модель (около 11 млн. ячеек). На графиках – данные эксперимента (WT), натурные замеры ("field meas") с учетом разброса, расчеты японских ученых различными ПК (CFD_A, B, C), расчеты диссертанта (CFD_1 – предварительный, CFD_2 – уточненный).

Рис.3. МФК “Сити-Палас” в составе ММДЦ “Москва-Сити” (слева внизу). Восточный ветер. Эпюры средних давлений (Па) по контуру 17-го этажа

(DES – пунктир, RANS SST – сплошная, эксперимент ВМТ – квадраты).

Таблица 1

"Матрица верификации" разработанной методики

Описание задачи аэродинамики "Эталоны" Методика,

модель турб. Модели, тыс. ячеек Контролируемые параметры Время

счета, час Расхождение, %

Призма квадратная, двумерная Экспер. Lyn DES 20 Средние Сх, Сy, Ср, St, Vx, Vy 10 5-20%

Интерференция двух квадратных призм, (двумерная задача) Экспер. С.Г.Кузнецов DES 50 Средние и пульсации

Сх, Сy 20 5-15%

Призма прямоугольная 5:1,

(двумерная задача) Экспер. Schewe DES, SAS 40

900 Средние Сх, Сy, Cp, St, Vx, Vy, 20

250 5-10%

(для Сy 10-50% )

Цилиндр двумерный

(Re=3900) Расчеты Liaw

Экспер. Norberg DES 40 Средние Сх, Сy, Cp,

St, Vx, Vy, 20 5-10%

(для Ср 5-20%)

Призма 2:1:1 Экспер. Tamura SST 220 Vпешех, TKE

СP 0.5 3-5% (для V)

10-30% (для TKE)

Куб Натур. замеры Silsoe

Экспер. Castro DES 120 Cp 40...80 10-30%

Высотное здание

в малоэтажной застройке Экспер. AIJ SST 200

450 Vпешех зон

(средние и пиковые) 1

2 5-15%, в диапазоне разброса замеров

Район Синдзюку, г. Токио Натур. замеры

загрузка...