«Расчетное определение ветровых нагрузок на несущие и фасадные конструкции и пешеходной комфортности жилого здания многофункционального комплекса  (по адресу: г. Москва, ЮЗАО, ул. Наметкина,…) на основе трехмерного численного моделирования ветровой аэродинамики»

Выводы и рекомендации

По результатам выполненной НИР «Расчетное определение ветровых нагрузок на несущие и фасадные конструкции пешеходной комфортности жилого здания многофункционального комплекса (г. Москва, ЮЗАО, ул. Наметкина пересечение с ул. Херсонская, корпус 7) на основе трехмерного численного моделирования ветровой аэродинамики» можно сформулировать следующие выводы и рекомендации:

1. Для ряда зданий, схожих с рассматриваемым Жилым зданием, выполнено сравнение результатов трехмерных расчетов по разработанной CFD-методике с данными испытаний в аэродинамических трубах и натурными замерами – фиксируется практически приемлемый уровень соответствия.
2. На основе анализа и обобщения исходных данных разработаны и верифицированы расчетные трехмерные численные модели ветровой аэродинамики как Жилого здания «в чистом поле» (без учета застройки), так и Жилого здания в окружающей застройке (с учетом существующей застройки).
3. С использованием современных численных методов гидрогазодинамики, реализованных в программном комплексе ANSYS CFD (CFX), и разработанной методики определения пиковых значений и динамической составляющей давления на основе стационарных расчетов проведены многовариантные расчетные исследования аэродинамики Жилого здания «в чистом поле» и Жилого здания в окружающей застройке при 24-х направлениях ветра с шагом 15°.
4. В результате проведенных многовариантных расчетных исследований (при 24-х направлениях ветра) аэродинамики Жилого здания «в чистом поле» и Жилого здания в окружающей застройке выявлено, что для углов атаки ветра в диапазонах: 15°-30°, 60°-75°, 180°-195°, 315°, наблюдается занижение (до 48%) значения средней составляющей равнодействующей аэродинамической силы (FR) на несущие конструкции в результате влияния существующей окружающей застройки (моделировалась область диаметром 1.2 км). Для углов атаки ветра в диапазонах: 0°, 45°, 90°-165°, 210°-300°,330°-345°, средние суммарные ветровые нагрузки на несущие конструкции рассматриваемого Жилого здания для варианта полной застройки увеличиваются до 20%.

В результате проведенных многовариантных расчетных исследований (при 24-х направлениях ветра) аэродинамики Жилого здания «в чистом поле» и Жилого здания в окружающей застройке выявлено влияния окружающей застройки (моделировалась область диаметром 1.2 км.) на формирование ветрового потока около рассматриваемого сооружения, а следовательно и ветровых нагрузок на него, в т.ч. на фасадные конструкции. Наблюдается как завышение (до 24%), так и занижение (до 31%) пиковой расчетной минимальной (разрежение) ветровой нагрузки на фасадные конструкции; завышение (до 16%) занижение (до 26%) пиковой расчетной максимальная (прижим) ветровой нагрузки на фасадные конструкции.

5.Определены расчетные средние и пульсационные составляющие ветровых нагрузок (с учетом всех направлений ветра) на несущие конструкции Жилого здания.

Для Жилого здания «в чистом поле» максимальное расчетное значение средней составляющей равнодействующей аэродинамической силы (FR) на несущие конструкции реализуется при угле атаки ветра 90° (восточное направление) и составляет 513 тс. Также опасным углом атаки ветра является 240° (юго-западное-западное направление), для которого значение средней составляющей равнодействующей аэродинамической силы (FR) составляет 489 тс.

Для Жилого здания в окружающей застройке максимальное расчетное значение средней составляющей равнодействующей аэродинамической силы (FR) на несущие конструкции реализуется при угле атаки ветра 105° (юго-восточное-восточное направление) и составляет 626 тс. Также опасным углом атаки ветра является 255° (юго-западное-западное направление), для которого значение средней составляющей равнодействующей аэродинамической силы (FR) составляет 602 тс.

С точки зрения реализации максимальной равнодействующей аэродинамической силы (FR) наиболее характерными и опасными углами атаки ветра являются: для Жилого здания «в чистом поле“ – 90°, 240°; для Жилого здания в окружающей застройке – 105°, 255°.

Рекомендуется при проведении прочностных расчетов рассмотреть варианты ветрового нагружения, полученные для Жилого здания в застройке при углах атаки ветра 105° и 255°. Для выбранных характерных направлений ветра результаты аэродинамических расчетов представлены более подробно в табличном виде
(табл. 5.6-5.17): вычислены значения средней, динамической составляющих погонной аэродинамический силы и коэффициента“динамичности» для соответствующей компоненты (поверхность сбора аэродинамической нагрузки) в уровне перекрытия каждого этажа Жилого здания.

6.Определены расчетные «огибающие» максимальных и минимальных ветровых давлений (с учетом всех направлений ветра) на фасадные конструкции Жилого здания.

Для Жилого здания «в чистом поле“:

– Пиковая расчетная минимальная (разрежение) ветровая нагрузка на фасады Жилого здания составляет: -3.95 кПа (-395 кгс/м²) и реализуется при СВВ направлении ветра (угол 60°) на поверхности крыши. Максимальная нагрузка на фасады составляет -3.61 кПа (-361 кгс/м²) и реализуется в уровне 25-го этажа при угле атаки ветра 210°. Для большей части фасадных конструкций отрицательные ветровые давления составляют -0.99 кПа до -0.26 кПа.

– Пиковая расчетная максимальная (прижим) ветровая нагрузка на фасады Жилого здания
составляет: 1.31 кПа (131 кгс/м²) и реализуется при СВ направлении ветра (угол 45°) на поверхности крыши. Максимальная нагрузка на фасады составляет 1.2 кПа (120 кгс/м²) и реализуется в уровнях 31 и 32-го этажей при угле атаки ветра 60°. Для большей части фасадных конструкций положительные ветровые давления составляют от 0.35 кПа до 0.88 кПа.

Для ЖК в окружающей застройке:

–Пиковая расчетная минимальная (разрежение) ветровая нагрузка на фасады Жилого здания составляет:-3.54 кПа (-354 кгс/м²) и реализуется при ЮЗЗ направлении ветра (угол 240°) на поверхности фасадов 25-го этажа и -2.92кПа (-292 кгс/м²) при ЮЮВ направлении ветра (угол 165°) на поверхности фасадов 27-го этажа. Для большей части фасадных конструкций отрицательные ветровые давления составляют -0.9 кПа до -0.26 кПа, в угловых зонах достигая -1.88 кПа.

–Пиковая расчетная максимальная (прижим)ветровая нагрузка на фасады Жилого здания
составляет: 1.42 кПа (142 кгс/м²) и реализуется при ССЗ направлении ветра (угол 345°) на поверхности крыши. Для большей части фасадных конструкций положительные ветровые давления составляют от 0.36 кПа до 0.98 кПа, в угловых зонах достигая 1.33 кПа при направлении ветра 90° на 29-32 этажах.

Рекомендуется при проведении прочностных расчетов рассмотреть варианты ветрового нагружения, полученные для Жилого здания в застройке при углах атаки ветра 165° и 345°, при которых реализуется пиковая расчетная минимальная (разрежение) ветровая нагрузка на фасады Жилого здания. Для выбранных характерных направлений ветра результаты аэродинамических расчетов представлены более подробно в табличном виде (табл. 5.6-5.17): вычислены значения средней, динамической составляющих погонной аэродинамический силы и коэффициента“динамичности» для соответствующей компоненты (поверхность сбора аэродинамической нагрузки) в уровне перекрытия каждого этажа Жилого здания.

7. Полученные результаты расчетных ветровых нагрузок на фасадные конструкции и распределение скоростей около исследуемого объекта могут послужить исходными данными для проведения более детального и точного исследования распределения потоков вблизи фасадных конструкций с учетом разницы температуры и затекания в воздушное пространство между стеной и навесным фасадом, что может повлечь за собой в равной степени как увеличение, так и понижение расчетных ветровых нагрузок на фасады.

8. В результате проведенных многовариантных расчетных исследований (при 24-х направлениях ветра) аэродинамики Жилого здания в окружающей застройке определены расчетные коэффициенты усиления скоростей ветра. Наибольшее значение усиления ветра   (Vr_max=1.9) наблюдается в «коридорах» между рассматриваемым Жилым зданием и ближайшими зданиями окружающей застройки, расположенными с ЮЗ и ЮВ, и корпусом 2 МФК «Газойл Сити», а также в зонах, граничащих с углами Жилого здания.

На основе полученных результатов проведена оценка пешеходной комфортности по 3-м нормативно регламентированным критериям (по МДС [6]):

– превышение допустимого уровня (1000 часов в год) пешеходной комфортности по первому критерию (Vcr1=6 м/с) варьируется в диапазоне от 1.5 раза до 3.5 раза и наблюдаются в «коридорах» между рассматриваемым Жилым зданием и ближайшими зданиями окружающей застройки, расположенными с ЮЗ и ЮВ, и корпусом 2 МФК «Газойл Сити»;

– превышение допустимого уровня (50 часов в год) пешеходной комфортности по второму критерию (Vcr2=12 м/с) варьируется в диапазоне от 2 раза до 10 и наблюдаются в «коридорах» между рассматриваемым Жилым зданием и ближайшими зданиями окружающей застройки, расположенными с ЮЗ и ЮВ, и корпусом 2 МФК «Газойл Сити» с большим смещением к соседним зданиям;

– превышение допустимого уровня (5 часов в год) пешеходной комфортности по третьему критерию (Vcr3=20 м/с) носят локальный характер с превышением в 2 раза в непосредственной близости от рассматриваемого Жилого здания в «коридоре» между соседним зданием, расположенным с восточной стороны.

Ветрозащита и улучшение ветровой ситуации в пешеходных зонах около Жилого здания может быть обеспечена наличием заборов и зеленых насаждений, которые в настоящих расчетах не учитывались.