CC BY
209
УДК 519.682.3
ПРОГРАММА ОЦЕНКИ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ КОМФОРТНОСТИ В ПЕШЕХОДНЫХ ЗОНАХ
А
© А.В. Дорошенко1
Московский государственный строительный университет,
129337, Россия, г. Москва, Ярославское ш., 26.
Представлена программа оценки аэродинамической комфортности в пешеходных зонах по российским и международным методикам и нормам с учетом и без учета пульсационной составляющей ветра. Проанализированы методики и нормы, по которым проводится оценка аэродинамической пешеходной комфортности в разработанной программе. Описана структура разработанной программы. Приведен пример применения разработанной программы для проектируемого торгового комплекса.
Ил. 3. Табл. 4. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: программирование; строительная аэродинамика; пешеходная комфортность; пульсацион-ная составляющая; роза ветров.
PEDESTRIAN AREA AERODYNAMIC COMFORT EVALUATION PROGRAM A.V. Doroshenko
Moscow State University of Civil Engineering,
26 Yaroslavskoe Shosse, Moscow, 129337.
The article presents a program evaluating aerodynamic comfort in pedestrian areas by Russian and international methods and standards with and without regard to the fluctuating component of wind. The evaluation methods and standards for pedestrian wind comfort used in the developed program are analyzed. The structure of the developed program is described. An application example of the developed program for the planned shopping center is presented.
3 figures. 4 tables. 5 sources.
Key words: programming; building aerodynamics; pedestrian comfort; fluctuating component; wind rose.
В настоящее время при планировании строительства особое внимание уделяется оценке аэродинамической комфортности в пешеходных зонах. В России такая практика появилась сравнительно недавно, тогда как на международном уровне этим вопросом занимаются с 1960-х годов [1]. В России нормативных документов, имеющих юридическую силу, для оценки скоростей ветра в пешеходных зонах не существует. Однако в МДС 20-1.2006 «Временные рекомендации по назначению нагрузок и воздействий, действующих на многофункциональные высотные здания и комплексы в Москве» описаны критерии пешеходной комфортности, действовавшие до 2011 года. Однако и сегодня для оценки аэродинамической комфортности в пешеходных зонах обычно используются критерии, описанные в этом документе.
При сравнительном анализе российских критериев и критериев других стран выявлены расхождения в понятиях благоприятные и неблагоприятные условия для пешеходов. Например, в Нидерландах действуют нормы NEN 8100, суть которых отражена в табл. 1.
В Америке используются нормы, основанные на исследованиях Т.В. Лоусона (табл. 2). В табл. 2 в колонках пороговых значений скорости ветра и превышения указаны номера по шкале Бофорта (табл. 3).
В Японии используются нормы, разработанные А.Ф.Е Вайсом и А.Д. Пендварденом, согласно которым скорости ветра до 5 м/с соответствует первый уровень пешеходной комфортности, до 10 м/с - второй, до 20 м/с - третий [3].
1Дорошенко Анна Валерьевна, ведущий инженер Центра управления научной и инновационной деятельностью, ассистент кафедры Информатики и прикладной математики, тел.: 89263232229, e-mail: pochta.avd@gmail.com
Doroshenko Anna, Leading Engineer of the Center for Research and Innovation Management, Assistant Professor of the Department of Information Science and Applied Mathematics, tel.: 89263232229, e-mail: pochta.avd@gmail.com
100
ВЕСТНИК ИрГТУ №5 (76) 2013
Таблица 1
Нормы NEN 8100 для оценки пешеходной комфортности
Вероятность превышения скорости ветра V=5м/с в % часов в год Класс Вид деятельности
быстрая ходьба прогулка сидение на открытом воздухе
<2,5 A хорошо хорошо хорошо
2,5-5,0 B хорошо хорошо удовл.
5,0-10 C хорошо удовл. плохо
10-20 D удовл. плохо плохо
>20 E плохо плохо плохо
Таблица 2
Нормы для оценки пешеходной комфортности, разработанные Т.В. Лоусоном
Предписания использования Пороговые значения и превышения скорости ветра
Описание Класс неприемлемый допустимый
Дороги и парковки A 6%>В5 2%>В5
Быстрая ходьба B 2%>B5 2%>В4
Прогулка C 4%>В4 6%>В3
Стояние D 6%>В3 6%>В2
Дверные проемы E 6%>В3 4%>В2
Сидение F 1%>В3 4%>В2
Таблица 3 Шкала Бофорта_________________
Балл по шкале Бофорта Описание ветра Скорость ветра, м/с
0 штиль <0,4
1 тихий ветер 0,4-1,5
2 легкий ветер 1,6-3,3
3 слабый ветер 3,4-5,4
4 умеренный ветер 5,5-7,9
5 свежий ветер 8,0-10,7
6 сильный ветер 10,8-13,8
7 близко к шторму 13,9-17,1
8 шторм 17,2-20,7
9 сильный шторм 20,8-24,4
В связи с этим была разработана программа для оценки аэродинамической пешеходной комфортности по российским и международным методикам и нормам с учётом и без учёта пульсационной составляющей ветра.
В разработанной программе используется пять норм и методик оценки аэродинамической пешеходной комфортности. Согласно МДС 20-1.2006 в России условие комфортности пешеходных зон имеет вид
Тс(^сг) <ТИт при всех У<^сп
где V - скорость ветра в порыве на уровне 1,5 м; Тс - продолжительность появления скоростей ветра V, больше некоторого критического значения Vcr;
Тт - предельное значение Тс [2].
Значения Vсг и Тт для трёх установленных уровней комфортности приведены в табл. 4.
Помимо оценки пешеходной комфортности в про-
грамму включена методика определения распределения относительных скоростей ветра, которая позволяет получить полную картину усиления ветра в каждой рассматриваемой точке.
Большое влияние на комфортность пешеходов оказывает пульсационная составляющая ветра, поэтому в программу заложен не только расчет всех критериев для средней скорости ветра, но и расчет с учетом пульсационной составляющей [4, 5].
Таблица 4
Критическая скорость ветра и предельная продолжительность её появления
Уровень V*, Т//т<
комфортности м/с ч/год
I 6 1000
II 12 50
III 20 5
Для реализации программы была выбрана платформа Microsoft.NetFramework и язык программирования C#, использование которых позволяет произвести расчет критериев пешеходной комфортности по пяти нормам и оценку распределения относительных скоростей.
Для разработки алгоритмов расчёта критериев пешеходной комфортности и структурированного хранения данных реализовано несколько классов (разновидность типа данных в объектно-ориентированном программировании) для хранения переменных, для сообщений программы, для хранения входной и выходной информации, для алгоритмов, реализующих критерии пешеходной комфортности, для формирования выходных данных.
В качестве входных данных программы задаются:
- сведения о пульсационной составляющей ветра
(если будет учитываться);
- роза ветров (по умолчании задана для города Москвы);
- коэффициент к (по умолчанию к = 1,5) (при выборе расчёта с учётом пульсационной составляющей);
- скорость ветра, не замеренная на метеостанции, для рассматриваемого населенного пункта, Уп (по умолчанию Уп = 18,9 м/с);
- директория с файлами наблюдений.
В программе имеется возможность анализировать информацию для любого количества направлений ветра (по умолчанию 16); задавать розу ветров самостоятельно в табличной форме для рассматриваемого города (по умолчанию роза ветров задана для города Москвы).
После сопоставления файлов с данными скоростей ветра для каждого направления ветра и розой ветров производятся:
1) подготовка структур входных и выходных данных;
2) загрузка данных;
3) подготовка данных к расчету;
4) выполнение расчёта алгоритмов для определения основных критериев пешеходной комфортности;
5) сохранение выходных данных в файл.
В результате работы программного модуля формируется файл для анализа результатов и их графического представления, который можно загрузить в специализированные программные комплексы, например, ANSYS CFX, ANSYS FLUENT и др.
В качестве примера применения разработанной программы для численного моделирования скоростей ветра в пешеходных зонах можно привести проект аутлет-молла, возведение которого планируется в пределах приаэродромной территории международного аэропорта «Пулково» (г. Санкт-Петербург). Торговый комплекс площадью 30-40 м3 будет включать 160 магазинов (рис. 1).
Рис. 1. Общий вид комплекса по завершении строительства
С помощью разработанной программы были получены картины распределения скоростей ветра на плоскости пешеходов для всех шести алгоритмов (пять норм и методик, представленных выше, а также методика определения распределения относительных скоростей ветра). При расчёте учитывалась роза ветров Санкт-Петербурга по 24-м направлениям ветра и пульсационная составляющая при 1<=1,5. На рис. 2, 3
приведены некоторые результаты работы программы.
Рис. 2. Распределение скоростей ветра по шкале Бофорта
Рис. 3. Результаты расчёта по методике А.Ф.Е Вайса и А.Д. Пендвардена
Анализ полученных результатов расчёта показывает, что территория проектируемого торгового комплекса в целом по всем нормам является комфортной для пешеходов. Ветрозащита обеспечивается наличием заборов и внутренних ворот (торговая улица и внешняя складская зона отделены воротами). Зелёные насаждения в расчётах не учитывались. Их наличие может улучшить ветровую ситуацию в зонах входов в комплекс.
Таким образом, разработанная программа позволяет проводить оценку аэродинамической пешеходной комфортности по различным методикам и нормам с возможностью использования любой розы ветров и учётом пульсационной составляющей ветра как на стадии проектирования строительства, так и в уже существующей застройке. Программа зарегистрирована в Роспатенте (Свидетельство о государственной регистрации № 2013611022 от 27.03.2013 г.).
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской федерации, грант № СП-5024.2013.1.
Библиографический список
1. Симиу Э., Сканлан Р. Воздействие ветра на здания и сооружения. М.: Стройиздат, 1984. 360 с.
2. МДС 20-1.2006. Временные нормы по назначению нагрузок и воздействий, действующих на многофункциональные высотные здания и комплексы в Москве; утв. Приказом ФГУП «НИЦ «Строительство» от 26.07.2006 г. № 113. М.: ЦНИИПСК им. Н.П. Мельникова, 2006. 30 с.
3. Penwarden A.D., Grigg P.F., Raymaent R. Measurements of wind drag on people standing in a wind tunnel // Building and
environment. 1978. N 13. P.75-84.
4. Серебренникова А.В., Дубинский С.И. Численное моделирование аэродинамической Комфортности пешеходных зон // Вестник МГСУ. 2009. № 1 (спецвыпуск). С. 485-488.
5. Дорошенко С.А., Дорошенко А.В., Орехов Г.В. Определение ветровой нагрузки на трехмерные конструкции с помощью моделирования в аэродинамической трубе // Вестник МГСУ. 2012. № 7. С. 69-74.
