Методы и комплекс программ для расчета ветровой нагрузки на здания и сооружения

• Автор: Филатов, Евгений Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 141 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. СУЩЕСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ РАСЧЕТА ВЕТРОВОЙ НАГРУЗКИ НА ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

1.1. Расчет ветровой нагрузки с помощью аэродинамических формул

1.2. Натурный эксперимент для расчета ветровой нагрузки

1.3. Использование численных методов для расчета ветровой нагрузки

1.4. Постановка задачи

Глава 2. РАСЧЕТ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО УСИЛИЯ

2.1. Расчет в системе давление скорость двумерный случай

2.2. Расчет в системе давление скорость трехмерный случай

2.3. Расчет в системе вихрь функция тока двумерный случай

2.4. Модель турбулентности А. Н. Секундова

2.5. Расчет пограничного слоя
2.6. Расчет нагрузки
2.7. Сравнение методов
2.8. Результаты
Глава 3. МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА
3.1. Метод сгущающихся сеток
3.2. Асинхронное игггегрирование по времени
3.3. Сравнение методов
3.4. Сравнение с натурным экспериментом и с расчетом по аэродинамическим формулам
3.5. Результаты
Глава 4. РАСАРАЛЛЕЛИВАНИЕ
4.1. Двумерное распараллеливание
4.2. Трехмерное распараллеливание
4.3. Результаты
Глава 5. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ
5.1. Одиночное здание
5.2. Поперечная застройка
5.3. Расчет двух зданий
5.4. Расчет аэродинамической нагрузки дымовых труб
5.5. Расчет аэродинамической нагрузки градирен
5.6. Расчет аэродинамической нагрузки атомных электростанций
5.7. Результаты
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ВВЕДЕНИЕ


Ветровая нагрузка на сооружение рассматривается, как совокупность нагрузки давления е воздуха на здание, сил трения ну воздуха о здание и нафузки давления ту,, приложенного к внутренним поверхностям зданий с проницаемыми ограждениями, с открывающимися или постоянно открытыми проемами. В данной работе здание будет считаться непроницаемым, так что составляющая вефовой нафузки учитываться не будет. Что касается силы грсния иу, то, как покажут расчеты, для поставленной задачи она будет намного меньше силы давления. Далее, ветровая нафузка определяется, как сумма средней и пульсационной составляющих. В данной работе находится только средняя составляющая ветровой нагрузки. V скорость ветра на высоте г. Скорость ветра увеличивается с увеличением высоты. Скорость ветра на поверхности земли в связи с трением воздуха о землю, обращается в 0. Для вычисления коэффициента, учитывающего изменение скорости ветра или ветрового давления но высоте в СНиП предлагается воспользоваться приведенной там таблицей, а промежуточные значения находить с помощью линейной интерполяции. В работе приводится другой способ нахождения скорости ветра в зависимости от высоты. У0 средняя скорость ветра на высоте м а показатель степени. Показатель а предлагается принимать равным 0, для местности с очень небольшими препятствиями степь, тундра, берет и низкие острова внутренних озер, 0, для местности, равномерно покрытой препятствиями высотой м жилые окраины городов, лесные массивы, 0, для местности с большими препятствиями центры больших городов. Также в излагается еще один метод, предложенный Давенпортом, для определения изменения средней скорости ветра по высоте. Для определения профиля средней скорости Давенпорт предложил использовать карту скоростей градиентного ветра. Градиентная скороегь это скорость на высотах, где трение воздуха о поверхность земли не влияет па скорость ветра, и движение воздуха происходит лишь под влиянием градиента давления. Такая карта была построена с учетом шероховатости подстилающей поверхности в районе метеостанции с использованием соответствующего профиля средней скорости ветра. Автор рекомендует три вертикальных профиля с показателями степени а 0,, 0,, 0, и с радиентной высотой равной соот ветственно 0, 0 и
1. По этим законам определяются скорости ветра до отметки , выше скорость принимается постоянной. Аэродинамический коэффициент это степень преобразования кинетической энергии ветра в потенциальную статическое давление см. Величина аэродинамического коэффициента зависит от формы здания, окружающей застройки и направления ветра. Значения этих коэффициентов находятся обычно в результате изучения аэродинамики зданий на моделях. В СНиП дана обширная таблица, в которой приведены аэродинамические коэффициенты для зданий и сооружений различной формы при разном направлении ветра. В табл. Решим с помощью аэродинамических формул две задачи на расчет ветровой нагрузки трехмерную и двумерную. Условие трехмерной задачи следующее. Дано одиночное здание, которое представляет собой прямоугольный параллелепипед размером АхВН xx л, где Н высота. Скорость ветра параллельна стороне А. Профиль скоростей удовлетворяет формуле 1. Я, v 6 мс, а 0,. Платность воздуха р равна 1,3 кгм . Требуется найти ветровую нагрузку, действующую на здание. Данная задача удовлетворяет условию п. Коэффициент к, учитывающий соотношение размеров здания, находится из табл. Хс, которое находится из табл. В данном случае Я 1,2,
Лс 0,6, к 0,6. В данном случае следует воспользоваться табл. Аэродинамический коэффициент сх находится, как произведение коэффициента к на аэродинамический коэффициент для бесконечного здания. Зная аэродинамический коэффициент, найдем ветровую нагрузку на здание. Поскольку на разной высоте давление Р. Н и 2 . В . Таким образом, ветровая нагрузка на здание ,1 Я. В двумерной задаче условие следующее. Дано одиночное здание, которое представляет собой прямоугольник размером АВ м. Скорость ветра параллельна стороне А и равна v 6 мс. Требуется найти ветровую нагрузку, действующую на здание, точнее
нужно наити силу, действующую на здание, на единицу высоты . Итак, Л оо, 1, сх 2,1. Искомая нагрузка равна
Вся ,2. Таким образом, сила на единицу высоты равна ,2 Нм. Таблица 1. Отдельно стоящие плоские сплошные конструкции.