10064

70

деформаций, μ, 1ε, 2ε- эмпирические константы, σ = 1, σε = 1.3 – турбулентные числа Прандтля.

Для моделирования аэродинамического течения осуществляется выбор размеров рабочего пространства в предположении минимального влияния внешних граничных условий области на результаты определения аэродинамических характеристик. В соответствии с [4,5] оптимально принять следующие параметры относительно максимального габарита исследуемого

здания: Нmax: А ≥ 5Нmax, B ≥ 5Нmax, C ≥ 15Нmax, D ≥ 6Нmax(рис. 3).

Построение расчетной области производилось в программе SpaceClaim на основе импортируемой расчетной модели, заданной в программно-вычислительном комплексе SCAD Office. Формирование расчетной сетки (рис. 4) осуществлено в сеточном препроцессоре ANSYS Meshing. Для корректного воспроизведения течения в настройках сеточного генератора задано сгущение элементов сетки к поверхности здания. Общее число контрольных объемов пространственной сетки в результате генерации составило 8х107.

Рис. 3. Схема к определению параметров расчетной области

а)

71

б)

Рис. 4.Расчетная сетка, сформированная в препроцессоре ANSYS Meshing: а - общий вид расчетной сетки; б - фрагмент расчетной сетки с зонами сгущения

уповерхностей здания

Впрепроцессоре ANSYS CFX заданы граничные условия втекания (опция NormalSpeed) и истечения воздуха (опция RelativePressure) из расчетной области. Поверхности здания присвоено граничное условие непротекания Wall, при котором на поверхности составляющая скорости по нормали равна нулю, а вязкое трение отсутствует. Во вкладке FluidModels осуществляется выбор модели турбулентного течения.

Врезультате итерационного расчета были получены данные о

распределении ветрового давления по поверхностям здания (рис. 1, 2 цв. вклейки) и визуализации его обтекания воздушными потоками (рис. 3, 4 цв. вклейки).

На рисунках 5, 6 цв. вклейки приведены схемы распределения ветрового давления по большепролетному покрытию, полученные в рамках предварительного расчета по нормативной методике свода правил [10], а также в рамках численного моделирования.

На основании полученных результатов могут быть сделаны следующие выводы:

–при моделировании ветровых потоков, направленных перпендикулярно торцевой стене на покрытие действует преимущественно отрицательное давление, что приводит к его дополнительному разгружению; по длине и ширине покрытия распределение ветрового давления неоднородно, выявлены зоны повышенного ветрового давления, образование которых связано с образованием завихрений в связи с плохой обтекаемостью по данному направлению, величина давления изменяется в диапазоне от -0.84 кПа до 0.15 кПа, выявлены отдельные зоны с давлением -1.33…-1.05 кПа;

–при моделировании ветровых потоков, направленных перпендикулярно боковой стене, на покрытие действует преимущественно отрицательное давление, что также приводит к его дополнительному разгружению; по длине покрытия распределение ветрового давления неоднородно, выявлена значительная зона постоянного по величине ветрового давления, величина которого составляет -0.28 кПа, в целом величина давления изменяется в диапазоне от -0.99 кПа до 0.08 кПа, выявлены отдельные зоны с давлением -

1.72…-1.24 кПа.

–абсолютные величины ветровых давлений при численном моделировании выше, чем в предварительном расчете, при этом средние значения ветрового давления и зоны их распределения схожи для отдельных участков покрытия.

72

Таким образом предлагаемые в своде правил [10] типовые схемы приложения ветровых воздействий могут быть использованы для первичного назначения сечений элементов конструкций при условии обязательного дальнейшего моделирования численным или экспериментальным способами и соответствующей корректировки расчета.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Реттер, Э. И. Архитектурно-строительная аэродинамика [Текст]: монография/ Э. И. Реттер. - М.: Стройиздат, 1984. – 294 с.

2.Савицкий, Г. А. Ветровая нагрузка на сооружения [Текст] / Г. А. Савицкий. – М.: Изд-во лит. по стр-ву, 1972. – 111 с.

3.Симиу, Э. Воздействия ветра на здания и сооружения / Э. Симмиу, Р. Сканлан. – М.: Стройиздат, 1984. – 360 с. – Перевод изд.: Wind Effectson

Structures / E. Simiu, R. Scanlan (1978)

4.Вальгер, С.А. Структура турбулентного отрывного течения в окрестности установленной на пластине призмы / С.А. Вальгер, Н.Н. Федорова, А.В. Федоров // Теплофизика и аэромеханика / Институт теплофизики СО РАН. – Новосибирcк, 2015. – Том 22. - №1. – С. 29-42.

5.Поддаева, О.И. Архитектурно-строительная аэродинамика : учебное пособие / О.И. Поддаева, А.С. Кубенин, П.С. Чурин / НИУ МГСУ. – М.: НИУ МГСУ, 2015. – 88 с.

6.Лебедев, П.В. Возможности численного моделирования в проблеме определения аэродинамических нагрузок на плохообтекаемое препятствие в турбулентном потоке / П.В. Лебедев // Материалы VIII международной школы-семинара «Модели и методы аэродинамики». – М.: МЦНМО, 2008. – С. 96-97.

7.Айрапетов, А.Б. Расчетные и экспериментальные исследования обтекания высотных зданий и сооружений атмосферным ветром в условиях городской застройки / А.Б. Айрапетов, В.В. Вышинский, А.В. Катунин // Труды МФТИ. – Москва, 2017. - том 9. - №2. – С.5-12.

8.Мущанов, В.Ф. Исследование аэродинамических коэффициентов провисающих мембранных покрытий инженерных сооружений / В.Ф. Мущанов, А.В. Зубенко, А..А. Дроздов // Металлические конструкции. – Макеевка, 2017. - №2. – Том 23. – С. 81-96.

9.СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* - М.: Минстрой России, 2011. – 80 с.

10.СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* - М.: Минстрой России, 2016. – 80 с.

73

11.Березин, М.А. Атлас аэродинамических характеристик строительных конструкций / М.А. Березин, В.В. Катюшин. – Новосибирск:

ООООлден-полиграфия, 2003. – 138 с.

12.Гувернюк, С.В. Компьютерное моделирование аэродинамических воздействий на элементы ограждений высотных зданий / С.В. Гувернюк, В.Г. Гагарин // Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика (АВОК) / АВОК-Пресс. – Москва, 2006. - №8. – С. 18-26.

13.Гагарин, В.Г. Аэродинамические характеристики зданий для расчета ветрового воздействия на ограждающие конструкции / Гагарин В.Г., Гувернюк С.В., Леденев П.В. // Жилищное строительство. – Москва, 2010. - № 1. - С. 7-10.

14.Хазов, П.А. Экспериментальное исследование распределения ветровой нагрузки на поверхность большепролетного здания / П.А. Хазов, А.В. Февральских, Б.Б. Лампси, Ю.Д. Щелокова, А.М. Анущенко // Приволжский научный журнал /Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. – Нижний Новгород, 2019. – № 2. – С. 9-16.

15.Хазов, П.А. Численное и экспериментальное исследование распределения ветровой нагрузки на криволинейное большепролетное покрытие / П.А. Хазов, А.М. Анущенко, Е.А. Онищук, Ю.Д. Щелокова // Приволжский научный журнал /Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. – Нижний Новгород, 2020. – № 1. – С. 16-21.

16.Темам Р. Уравнения Навье – Стокса. Теория и численный анализ / Р. Темам. – М.: Мир, 1981. – 2-е изд.– 408с.

74

Рис. 1. Визуализация распределения ветрового давления по поверхностям здания при направлении ветрового потока перпендикулярно торцевой стене

Рис. 2. Визуализация распределения ветрового давления по поверхностям здания при направлении ветрового потока перпендикулярно боковой стене

Рис. 3. Визуализация обтекания здания воздушными потоками при направлении ветрового потока перпендикулярно торцевой стене

76

б)

Рис. 5. Сравнение схем распределения величин ветрового давления для направления потока перпендикулярно торцевой стене: а – предварительно принятая схема по СП 20.13330.2016; б – схема распределения ветрового давления с указанием наиболее характерных значений, полученная по результатам численного моделирования

77

а)

б)

Рис. 6. Сравнение схем распределения величин ветрового давления для направления потока перпендикулярно боковой стене: а – предварительно принятая схема по СП 20.13330.2016; б – схема распределения ветрового давления с указанием наиболее характерных значений, полученная по результатам численного моделирования.

Вопросы для подготовки к экзамену

1.Общие сведения динамики конструкций и сооружений.

2.Виды динамических нагрузок.

3.Виды расчетных схем конструкций.

78

4.Определение собственных колебаний систем с одной степенью свободы.

5.Определение собственных колебаний систем с несколькими степенями свободы.

6.Определение форм собственных колебаний.

7.Особенности и причины возникновения крутильных колебаний строительных конструкций при землетрясении.

8.Причины возникновения землетрясения. Волновая теория землетрясения.

9.Механизм возникновения кручения здания.

10.Причины возникновения крутильных деформаций.

11.Основные принципы проектирования зданий в районах с повышенной сейсмичностью.

12.Теоретические аспекты определения частот собственных колебаний многоэтажных зданий.

13.Определение центра масс здания.

14.Определение центра жесткости здания.

15.Определение масс в уровне перекрытий.

16.Определение первой собственной частоты поступательных колебаний здания без учета упругого основания.

17.Определение первой собственной частоты поступательных колебаний здания с учетом податливости основания.

18.Расчет частот поступательных колебаний здания с учетом и без учета податливости основания.

19.Составление матрицы податливости.

20.Определение эквивалентной жесткости.

21.Определение собственной частоты изгибных колебаний.

22.Определение первой собственной частоты поступательных колебаний на примере однопролетного стержня на жесткой опоре и упругом основании, используя комплекс программ, входящих в

SCAD.

23.Определение первой собственной частоты крутильных колебаний здания.

24.Определение первой собственной частоты крутильных колебаний здания.

25.Определение первой собственной частоты крутильнопоступательных колебаний с учетом и без учета податливости основания.

Печатные и электронные издания

1. Амосов А.А.. Основы теории сейсмостойкости сооружений : учебное

79

пособие. / Амосов А.А., Синицын С.Б. ; Амосов А.А.; Синицын С.Б.. – Москва :АСВ,2010.–136c. https://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785930930832.html. URL:– ISBN ISBN 978-5-93093-083-2.

2.Бирюлев Владимир Владимирович. Проектирование металлических конструкций : спец. курс : учеб. пособие для вузов по спец. "Пром. и гражд. стр-во". / Бирюлев Владимир Владимирович, Кошин И. И., Крылов И. И., Сильвестров А. В. ; под ред. В. В. Бирюлева. – Ленинград : Стройиздат.

Ленингр. отд-ние, 1990. – 431 с. – ISBN ISBN 5-274-01065-2.

3.Городецкий А.С.. Компьютерные модели конструкций : учебник. / Городецкий А.С., Евзеров И.Д. ; Городецкий А.С.; Евзеров И.Д.. – Москва :

АСВ, 2009. – 360 c. – URL: URL: https://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785930936384.html. – ISBN ISBN 978- 5-93093-638-4.

4.Добромыслов А.Н.. Проектирование строительных конструкций на динамические воздействия : учебное пособие. / Добромыслов А.Н. ; Добромыслов А.Н.. – Москва : АСВ, 2020. – 282 c. – URL: URL: https://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785432303035.html. – ISBN ISBN 978- 5-4323-0303-5.

5.Добромыслов А.Н.. Примеры динамических расчетов железобетонных сооружений : учебно-методическое пособие. / Добромыслов А.Н. ; Добромыслов А.Н.. – Москва : АСВ, 2013. – 224 c. – URL: URL: https://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785930939750.html. – ISBN ISBN 978- 5-93093-975-0.

6.Добромыслов Андрей Николаевич. Проектирование строительных конструкций на динамические воздействия : учебное пособие. / Добромыслов Андрей Николаевич ; Москва : Издательство АСВ, 2019. – 282 с. – ISBN ISBN 978-5-43230303-5.

7.Ильяшев Алексей Сергеевич. Пособие по проектированию промышленных зданий : учеб. пособие для студентов вузов по спец. "Пром. и гражд. стр-во". / Ильяшев Алексей Сергеевич, Тимянский Юрий Самуилович, Хромец Юрий Николаевич ; под общ. ред. Ю. Н. Хромца. – Москва : Высш. шк., 1990. – 304

с. – ISBN ISBN 5-06-001041-4.

8.Перельмутер А.В.. Управление поведением несущих конструкций : учебное пособие. / Перельмутер А.В. ; Перельмутер А.В.. – Москва : АСВ,

2011. – 184 c. – URL: URL: https://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785930938043.html. – ISBN ISBN 978- 5-93093-804-3.

9.Перельмутер Анатолий Викторович. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа / Перельмутер Анатолий Викторович, Сливкер Владимир Исаевич ; Москва : ДМК, 2007. – 596 с. – ISBN ISBN 5-94074-352-

10.Синицын С. Б.. Теория сейсмостойкости : Курс лекций. / Синицын С. Б. ; Синицын С. Б.. – Москва : Московский государственный строительный