ВОЗДЕЙСТВИЕ ВЕТРОВОЙ НАГРУЗКИ НА ВЫСОТНЫЕ ЗДАНИЯ И МЕРЫ, УМЕНЬШАЮЩИЕ ЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Немаловажным фактором выступает обтекаемость всего объема здания или сооружения. Наиболее лучшими характеристиками обладают небоскребы с двумя и более осями симметрии в плане. В таких зданиях количество типоразмеров несущих конструкций будет минимальным, а также уменьшается чувствительность к изменению воздействия нагрузок, которые действуют горизонтально. Сооружения, имеющие более сложную форму, целенаправленно конструируют из простых по форме сечений в составные блоки [5, с. 1]. Поэтому выбранная на стадии проектирования модель строения влияет на расход строительных материалов и на теплопотери здания.

В таких зданиях число типоразмеров несущих конструкций становится минимальным, а также понижается чувствительность к изменению. Грамотно направленное строительство по отношению к подавляющему ветру и правильно выбранная обтекаемая форма снижают скорость ветра около здания на 50-70%.

Список использованной литературы:

1. Варибрус Д.С., Абакумов Р.Г. Целесообразность строительства небоскребов и особенности их строительства // Инновационная наука. 2016. № 11-3. С. 138-140.

2. Хомяков И.П. Ветровые воздействия на высотные здания // Аллея науки. 2018. Т. 1. № 5 (21). С. 599-604.

3. Скрипченкова С.Ю. Воздействие ветровых нагрузок на высотные здания // Астраханский вестник экологического образования. 2017. № 2 (40). С. 103-108.

4. Пичугин С.Ф., Махинько А.В. К вопросу формулирования обобщённой модели ветрового воздействия на высотные сооружения // Металлические конструкции. 2013. Т. 19. № 2. С. 111-120.

5. Шеин А.И., Кузнецов А.Н., Чуманов А.В. Моделирование ветровых воздействий на высотные сооружения // Моделирование и механика конструкций. 2016. № 4. С. 1.

© Варибрус Д.С., Кононова И.Е., Лемешко А.С., 2020

УДК69

Варибрус Д.С.

аспирант 3 курса БГТУ им. В.Г. Шухова,

г. Белгород, РФ Наконечная А.С. студент 4 курса БГТУ им. В.Г. Шухова,

г. Белгород, РФ Суликова В.А. студент 4 курса БГТУ им. В.Г. Шухова,

г. Белгород, РФ

ВОЗДЕЙСТВИЕ ВЕТРОВОЙ НАГРУЗКИ НА ВЫСОТНЫЕ ЗДАНИЯ И МЕРЫ, УМЕНЬШАЮЩИЕ ЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

Аннотация

Введение. Проектирование высотных зданий - это как правило решение комплекса градостроительных, природно-климатических, геологических, архитектурно-планировочных, конструктивных задач. Должны быть решены и инженерные вопросы такие как вентиляция, отопление, водоснабжение, канализация, электрика и системы их управления, также вопросы комплексной безопасности проживания, управления и мониторинга конструкций.

Цель. Изучить воздействие ветровой нагрузки на высотные здания и сооружения.

Ключевые слова Строительство, высотные здания, ветровая нагрузка

Для высотных зданий и сооружений наиболее значимым является расчет на воздействие ветровой нагрузки, так как от его результатов будет зависеть форма ограждающей конструкции, материал каркаса здания, а также применение дополнительных механизмов для уменьшения ветровых потоков. В связи с геометрической и физической нелинейностью, а также большим размером конечно-элементной модели динамический расчет конструкции представляется достаточно сложным. Однако его обязательно следует проводить, поскольку существуют системы, устойчивость которых нельзя определить статическими расчетами (образование завихрений, возникновение шумов и т.п.).

Если бы ветровые нагрузки были статичными, то проектирование здания не представляло каких-то чрезмерных трудностей для профессионального конструктора - при увеличении скорости ветровая нагрузка растет вполне предсказуемо[1, с.78-93]. Однако, в реальных условиях воздух не обтекает здание гладко - возникают завихрения, которые приводят к появлению мощной переменной боковой силы, и при некотором значении скорости ветра ее значение скачкообразно растут. Эту нагрузку невозможно оценить, используя лишь нормативную литературу, она может быть определена только при испытаниях в аэродинамической трубе или по результатам математического моделирования.

Первое осуществляется при испытании в специальных аэродинамических трубах моделей в масштабе от 1:150 до 1:500. Это позволяет определять планировочные недостатки (чрезмерные нагрузки, места возникновения вибраций и шумов). Полученные результаты переносятся на реальный объект с корректирующими коэффициентами точности. При математическом же моделировании учитываются скорость, направление и характер ветра, а также рельеф местности, плотность окружающей застройки, наличие поблизости леса и объемно-пространственная структура самого здания. Нагрузки, вызванные воздушными потоками повышенной скорости вокруг здания (турбулентные, круговые восходящие, всасывающие), создают колебания, сравнимые с 4- и даже 5-балльным землетрясением [2, с.78-93].

Самым очевидным способом снижения ветровой нагрузки на здание является изменение его формы на более сложную, близкую к аэродинамической, например, как крыло самолета, капля, овальная или круглая.

В квадратном, угловатом здании ветер с силой сталкивается с плоской поверхностью, устремляется вниз, сбивая с ног пешеходов, а также ударяется об углы здания, создавая дополнительную турбулентность и, как следствие, переменчивые нагрузки на конструкции в круглом здании эти потоки мягко огибают его [3, с. 203-206].

Существует четыре основных способа улучшения аэродинамики квадратной башни на рис.1 представлены варианты, которые позволяют улучшить аэродинамику такой башни.

11111

исходный сужение отверстая поперечное скрутлеине углов

Рисунок 1 - Четыре способа улучшения аэродинамики квадратной башни: конусообразность, «вырезы»,

изменение сечения, скругление углов.

Рисунок 2 - Слева - обтекание воздухом квадратной башни. Справа - квадратная башня с закруглениями.

В зданиях имеющих закругленные края ветровые нагрузки уменьшаются почти в два раза по сравнению с сооружением, имеющим острые углы, такое изменение мы можем наблюдать из графика на рисунке 3.

ас**

- острый JTOU

I — мьрч КМНыЛ >1»1

4M

«ннямпмшш

ярсия (с)

Рисунок 3 - График нагрузок от ветра для двух зданий. Красная линия - квадратное здание с острыми

гранями, синяя - со скругленными.

Еще одним способом снижения воздействия сильных ветров на высотные здания является увеличение их «пористости» или ветровой проницаемости - выполнение проемов, позволяющих воздуху организованно пройти сквозь здание [4, с. 190].

В особо сложных случаях, когда другими мероприятиями добиться должного комфорта и безопасности здания не удается, инженеры прибегают к использованию массивных демпферов [5, с. 3436].

Их смысл довольно прост - в верхней части здания размещают огромный, практически свободно подвешенный груз, который раскачивается в противоположную сторону от колебаний здания. Если вершина небоскреба под действием ветра или землетрясения отклоняется влево, массивный маятник, отклоняется в обратную сторону, увлекая за собой башню [6, с. 104-106].

Вывод: Ветровые нагрузки на здания и сооружения, являются важным фактором, который стоит учитывать на всех стадиях проектирования и строительства сооружений. Список использованной литературы:

1. 1.СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* (с Изменениями N 1, 2)

2. Гутников В. А., Лифанов И. К., Сетуха А. В. О моделировании аэродинамики зданий и сооружений методом замкнутых вихревых рамок. / Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2006. № 4. С. 78-93.

3. ASHRAE Handbook. Fundamentals. SI Edition (1997), С. 203-206

4. Daniels K. The Technology of Ecological Building. Birkhauser, (1997), С. 190

5. Battle McCarthy Consulting Engineers. 1999. Wind Towers - Detail in Building Academy Editions. New York: John Wiley and Sons Ltd. С. 34-36

6. Симиу Э., Сканлан Р. Воздействие ветра на здания и сооружения. М., (1984), С. 104-106

© Варибрус Д.С., Наконечная А.С., Суликова В.А., 2020