Численное моделирование ветровых воздействий на высотные здания и комплексы

• Автор: Дубинский, Сергей Иванович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 198 с. : ил.

Оглавление
Введение.

7ддАосременное состояние анализа ветровых воздействий на

высотные здания и комплексы.

1.1 Высотные здания и комплексы.

1.2 Анализ существующей отечественной нормативной базы

1.3 Обзор зарубежных нормативных документов.

1.4 Принципы и определения аэромеханики.

1.5 Ветровая метеорология.

1.6 Системы мониторинга динамики зданий при ветровом воздействии

1.7 Вычислительная аэрогидромехапика и ветровые воздействия.

1.8 Сравнение гидрогазодинамических программных комплексов
Глава 2. Разработка методики численного моделирования ветровых
воздействий на высотные здания н комплексы
2.1 Математическая формулировка задачи гидрогазодинамики
2.2 Модели турбулентности.
2.3 Требования к расчетным моделям
2.4 Граничные и начальные условия.
2.5 Пространственновременная дискретизация задачи
2.6. Численное решение стационарных задач.
2.7. Численное решение нестационарных задач.
2.8. Многопроцессорные технологии расчетов
2.9 Расчет средней составляющей ветровой нагрузки.
2. Расчет пульсационной составляющей ветровой нагрузки
2. Пиковые величины давлений на фасадные конструкции
2. Оценки пешеходной комфортности.
2. Итоговая схема расчетов ветровых воздействий.
Москва, 2
Диссертация Дубинского С.И.
Глава 3. Программная реализация методики.
3.1 Назначение и структура разработанного программного модуля МШЬОАОСРХ.
3.2 Возможности и структура базовых ПК ЛУ8 и СРХ
3.3 Этапы расчетов АЫ8У8 СРХ.
3.4.0сновные процедуры модуля У1ЖЬОАОСРХ
3.5. Пример использования X
3.6. Экспорт ветровых нагрузок в прочностные пакеты
Глава 4. Верификация разработанной методики.
4.1 Критерии выбора верификационных задач.
4.2 Двумерное обтекание квадратной призмы.
4.3 Интерференция двух квадратных призм.
4.4 Обтекание цилиндра в двумерной постановке.
4.5 Обтекание параллелепипеда 211.
4.6 Обтекание куба
4.7 Ветровые потоки в пешеходных зонах около высотного здания.
4.8 Ветровые потоки района Синдзюку г. Токио
4.9 МФК СитиПалас ММДЦ МоскваСити.
4. Комплекс Федерация ММДЦ МоскваСити
4. Матрица верификации, анализ и обобщение
Глава 5. Практическое применение разработанной методики.
5.1 ЖК Аквамарин г.Владивосток. Комплексный расчет
5.2 ЖК Зодиак г. Москва. Нагрузки на фасадные конструкции.
5.3 МФК ГазойлСити г. Москва. Нагрузки на несущие конструкции
5.4 ММДЦ МоскваСити. Многопроцессорные комплексные расчеты
5.5 Комплекс зданий МГСУ. Предложения по системе мониторинга
5.6 Практика обучения студентов и аспирантов МГСУ.
Основные результаты и выводы
Литература


Как показали оценки японских специалистов [5], для зданий выше 0м ветер (соответствующий VI ветровому району РФ) опаснее для общей прочности, чем девятибалльное землетрясение, а в московском регионе ветровые нагрузки на здания выше м могут превосходить проектное 5-баллыюе воздействие [, ]. Первое упоминание в отечественной литературе об анализе ветровых нагрузок - при расчете “Ангела” на шпиле Петропавловского собора Санкт-Петербурга. После нескольких разрушений в г. Д.И. Журавский спроектировал металлический шпиль вместо деревянного. Ветровая нагрузка является основной для шпиля собора - «стропила шпица должны . При расчете устойчивости стропиль шпица принято для наибольшаго давленія, которое можетъ производить ветры 1 пудъ на 1 квадратный футъ поверхности, что близко подходить к давленію, производимому ураганомъ, т. Диссертация Дубинского С. Санкт-Петербурга ТСН []. Развитие отечественной нормативной базы расчетов на ветровые нагрузки связано с именами таких ученых, как Э. И. Реттер [-], А. Г. Соколов [,], Г. А. Савицкий [], И. М. Беспрозванная [], Ф. Л. Серебровский [], A. C. Бернштейн, М. Ф. Барштейн [6,7], Б. Г. Коренев [, ], М. И. Казакевич [], A. A. Петров [,], H. A. Попов [], В. И. Травуш [8J, С. В. Николаев [, ], A. B. Перельмутер [] и др. Вопросами экспериментальной оценки ветровых на1рузок на здания и комплексы занимались H. A. Попов [, -], М. А. Березин [], А. Б. Айрапетов [1], С. В. Гувернюк [,], В. Г.Гагарин [,], Б. В. Остроумов [], Ю. А. Табунщиков [], С. Г. Кузнецов [, , ], С. М. Горлин [] и др. Отметим, что ныне действующая методика разработана в начале -х годов в ЦНИИСК им. Кучеренко с использованием работ Давенпорта (-) [4,5 и др. СНиП II-6- []. В году выпущено «Руководство по расчету зданий и сооружений на действие ветра», подготовленное М. Ф.Барштейном [6]. В году издан справочник «Динамический расчет зданий и сооружений» под общей редакцией Б. Г.Коренева []. Э.Симиу и Р. Сканлана «Воздействие ветра на здания и сооружения»[]. При выпуске СНиП 2- «Нагрузки и воздействия» [] выражения, описывающие динамическую реакцию сооружений при действии ветра, были заметно упрощены. В году Н. А.Попов разработал «Рекомендации по уточненному динамическому расчету зданий и сооружений на действие пульсационной составляющей ветровой нагрузки" []. В новой редакции СНиП 2-* "Нагрузки и воздействия" [] методика расчета ветровых нагрузок существенных изменений не претерпела. Разработанный проект СП [] в действие пока не введен. Применение СТО [] другими организациями не предусматривается. Диссертация Дуби некого С И. Помимо приближенности применяемых динамических подходов, нужно отметить, что ни СНиП [], ни МДС “Временные нормы по назначению нагрузок и воздействий, действующих на многофункциональные высотные здания и комплексы в Москве” [] не рассматривают варианты расположения высотного здания в застройке и интерференцию зданий. Нагружение срывными потоками от соседних зданий и рельеф местности не учитываются. Требуют уточнения сами ноля аэродинамических нагрузок, определяемые но СНиП. Аэродинамический коэффициент на наветренной поверхности отдельно стоящего высотного здания определяется как постоянная по высоте величина, не зависящая от гибкости здания. Спектр давлений, предложенный Давенпортом, хорошо описывает нагружение только наветренной стороны здания. Изменение спектра турбулентности по высоте, наблюдаемое практически при всех натурных замерах, не учитывается. Особенности нагружения крыш и покрытий с парапетами и козырьками не определяются. Требуется уточнение положения и размеров зон с повышенными местными давлениями ветра. Сложившиеся подходы были пригодны для зданий малой и средней высоты и при разреженной застройке. Для высотных сооружений (а, тем более, их сравнительно компактных комплексов в относительно плотной застройке) необходимы более точные методики. В приземном слое на высотах выше 0 м были обнаружены так называемые мезоструйные течения (слой воздуха толщиной 0-0 м, который может располагаться на различной высоте от поверхности Земли и имеет повышенную скорость) []. Особую важность приобретает оценка максимальных и минимальных ветровых давлений на ограждающие поверхности с учетом их статистического разброса.