профессор кафедры автомобильных дорог, оснований и фундаментов, доктор технических наук, профессор,
367026, г. Махачкала, пр. И. Шамиля, 70
Dr. Sci. (Technical), Prof., Department of Automobile Roads, Basements and Foundations,
70 I. Shamil Ave, Makhachkala 367026
профессор кафедры технической механики, кандидат технических наук, доцент, академия строительства и архитектуры,
344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, д. 1
Cand. Sci. (Technical), Assoc.Prof., Department of Technical Mechanics, Academy of Building and Architecture,
Gagarina square, Rostov-on-Don 344000
студент, Академия строительства и архитектуры,
344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, д. 1
Student, Academy of Building and Architecture,
Gagarina square, Rostov-on-Don 344000
доцент кафедры технической механики, кандидат технических наук, академия строительства и архитектуры,
344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, д. 1
Cand. Sci. (Technical), Assoc. Prof., Department of Technical Mechanics, Academy of Building and Architecture,
Gagarina square, Rostov-on-Don 344000
Цель. В статье рассматривается возможность моделирования ветрового потока при расчете зданий сложной геометрической формы с целью определения параметров и зон комфортности.
Метод. Проведены исследования влияния ветрового воздействия на здание цилиндрической формы с использованием программного комплекса Ansys 15.0.
Результат. Для расчета ветрового потока и определения зон комфортности разработана конечно-элементная модель здания музея современного искусства сложной геометрической формы. Расчетная область выбрана таким образом, чтобы ее границы не оказывали влияние на результаты счета. Максимальная скорость ветра принята 44 м/c на высоте 10 м от уровня земли, как максимальная в районе г. Новороссийска. Геометрия земной поверхности вокруг модели считалась плоской. Поверхность здания предполагалась гладкой, поверхность окружающей местности принята шероховатой с параметром шероховатости 0,1 м. При численном моделировании варьировались параметры ориентирования здания относительно розы ветров. Разработаны три варианта расчетных моделей с варьированием расположения здания и его геометрических характеристик. Первый вариант - модель здания вытянута вдоль оси X, второй вариант - модель здания ориентирована вдоль оси Yострым углом контура, третий вариант - модель здания располагается вдоль оси Y и ориентирована тупым углом внешнего контура здания. Результаты расчета здания цилиндрической формы на ветровое воздействие соответствуют СП 20.13330.2011. Применяя численное моделирование ветрового потока, определены параметры и зоны комфортности здания сложной геометрической формы. Выявлено несоответствие нормативных характеристик объекта при расчете на ветровую нагрузку с результатами исследований.
Вывод. Даны рекомендации по выбору наиболее оптимального расположения здания музея с учетом параметров комфортности и наибольшего давления ветра: геометрическая форма наружного контура влияет на расположение зон пониженной комфортности; резкое изменение границ наружного контура приводит к возникновению повышенного давления и скорости ветра и, как следствие, изменение направления вихревых потоков; при моделировании ветрового воздействия для зданий сложной геометрической формы необходимо применять метод конечных элементов; при проектировании зданий и сооружений следует избегать резкого изменения контура объекта.
Objectives. The possibility of modeling wind flow during the design of buildings with complex geometric shapes in order to determine comfort parameters and zones is considered.
Methods. The investigation of the impact of wind on a cylindrical building was carried out using Ansys 15.0 software.
Results. A finite element model of a modern art museum building having a complex geometric shape is developed for the calculation of the wind flow and the definition of comfort zones. The computational region is chosen such that its borders do not affect the calculation results. The maximum wind speed is assumed to be 44 m/s at an altitude of 10 m from the ground level, this being the maximum in the region of Novorossiysk. The topography of the earth's surface around the model was considered flat. The surface of the building was assumed to be smooth while the surface of the surrounding terrain was assumed to be rough with a roughness parameter of 0,1 m. The parameters of the building orientation relative to the wind rise were varied during the numerical modeling. Three variants of computational models with varying building location and its geometric characteristics are developed. In the first variant, the building model is stretched along the X-axis; in the second variant, the acute angle of the building model's contour is oriented along the Y-axis; in the third variant, the building model is located and oriented along the Y-axis with its obtuse angle of the external contour of the building. The calculation results of a cylindrical building for wind impact correspond to SP 20.13330.2011. The comfort parameters and zones of a building having complex geometric shape are defined by means of numerical modeling of the wind flow. The discrepancy between the object's normative characteristics and the research results is revealed during the calculation of the wind load.
Conclusion. The recommendations are given for choosing the optimal location of the museum building, taking into account the comfort parameters and the greatest wind pressure; the geometric shape of the outer contour affects the location of the zones of reduced comfort; a sharp change in the boundaries of the outer contour leads to the appearance of increased pressure and wind speed and, as a consequence, a change in the direction of the vortex flows; it is necessary to apply the finite element method when modeling the wind impact for buildings of complex geometric shapes; sudden changes in the object's contour should be avoided when designing buildings and structures.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.