Численное моделирование ветровых воздействий на жк «лазурные небеса» (г. казань

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЕТРОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ЖК «ЛАЗУРНЫЕ НЕБЕСА» (Г. КАЗАНЬ)

В статье рассмотрены результаты численного моделирования ветрового воздействия на жилой комплекс «Лазурные небеса», находящийся по адресу: г. Казань, пр. А. Камалеева, д. 1, в программном комплексе «ANSYS FLUENT». Проанализированы результаты продувки модели здания в аэродинамической трубе. Также рассмотрены результаты различных вариантов загружения расчетной схемы здания в ПК «Лира». Определена доля ветровых нагрузок в напряженно-деформированном состоянии несущего каркаса.

Высотное здание ЖК «Лазурные небеса», находящееся по адресу г. Казань, Пр. А. Камалеева, 1, высотой 130 м (9 м - стилобат, 121 м - консоль).

Отчет по испытаниям модели сооружения в аэродинамической трубе показал, что для здания наиболее опасны два направления («углы атаки») ветра: 6.5° и 96.5°.

Моделирование производилось на ПК Intel(R) Core(TM) i7-4770K CPU [AT]3,5 GHz; RAM total: 32 GB; HDD total: 930 GB.

ЗО-модель здания была создана в графическом препроцессоре Gambit 2.4.6 с разбиением на сетку с размером ячеек от 0,5 м (вокруг здания) и 2 м (для расчетной области). Размеры расчетной области подбирались так, чтобы ветровой поток, набегающий на здание и вихри, образующиеся за зданием, полностью помещались в расчетную область, не выходя за его пределы, и, таким образом, составили (в метрах): перед зданием - 650, по бокам - 390, позади здания - 2600 и высота - 650.

При выборе модели турбулентности рекомендуется соблюдать оптимальное соотношение «скорость - точность». Исходя из этого, модель SST (Shear Stress Turbulence) наиболее “универсальна” и эффективно функционирует для широкого класса сложных градиентных потоков и для поставленной задачи в качестве базовой принята именно она. Проведенное представительное тестирование на широком круге практических задач (включая сравнение с данными испытаний в аэродинамических трубах) показало достаточную точность получаемых результатов и устойчивость итерационного процесса даже при относительно грубых сетках.

После окончания расчета (70-80 часов), полученные значения Сх и Су средней составляющей статического давления были сравнены с данными по испытаниям в аэродинамической трубе.

Таблица 1

ЧМ - численное моделирование АДТ - аэродинамическая труба

Анализ показал, что расхождение результатов численного моделирования и испытаний в аэродинамической трубе составило не более 10% для максимальных значений, что, с учетом сложности модели здания, можно считать приемлемым результатом.

Рис. 1. Вид на стилобат здания в Gambit

Рис. 2. Распределение давления на наветренной стороне здания (картина для угла атаки 96.5")

Рис. 3. Распределение давления на наветренной стороне здания (картина для угла атаки 6.5")

Как видно из рисунков, давление на поверхности распределяется равномерно. Максимальное положительное давление наблюдается в срединной части наветренной стороны здания. Максимальное отрицательное давление («отсос») наблюдается на правой боковой поверхности здания. При этом картина распределения давления схожа для большинства высотных зданий.

Данные по численному моделированию и по «продувке» в трубе импортированы в прочностной пакет программ «Лира».

Таблица 1. Результаты затружения по СП, результатам ЧМ и АДТ

Внутренние усилия, полученные при загружении по СП больше внутренних усилий, полученных по экспериментальным данным (ЧМ и АДТ), в среднем, на 30%. Разница между усилиями, полученными загружением по ЧМ и АДТ, составила 5-7%.

Таким образом, результаты расчета показывают, что затружение по СП является завышенным, что говорит, о необходимости совершенствования нормативной документации с применением современных программных комплексов и внедрением экспериментальных данных.

Список литературы

СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия». - М., 2003.

Дубинский С.И. Расчеты высотных сооружений при ветровом воздействии // САПР и графика №10, 2005.

Гордеев В.Н., Пичугин С.Ф. // Нагрузки и воздействия на здания и сооружения. - М., ИАСВ, 2007. УДК 691

Количество показов: 877