Ветровые нагрузки и воздействия – это один из основных видов нагрузок и воздействий на здания и сооружения. Их корректный и всесторонний учёт определяет надёжность как несущей системы здания, так и навесных фасадных систем (НФС) и витражных конструкций, получивших большое распространение в современном строительстве.

 

Архитектурная форма зданий становится более сложной (переменная этажность, сложная конфигурация плана, объемная пластика фасадов). Здания всё чаще строятся в пределах аэродинамического влияния друг друга (новые комплексы зданий или новые здания в стеснённых условиях городской застройки). Это повышает требования к обоснованности назначения ветровых нагрузок. Все реже для современных зданий сохраняется возможность определить ветровые нагрузки аналитически по справочным схемам и табличным аэродинамическим коэффициентам. Все важнее становится не только определение ветровой нагрузки на здание в целом, но и определение действительного характера её распределения по фасаду, правильный учёт которого важен при проектировании навесных фасадных систем и витражных конструкций.

 

Численное (математическое) моделирование ветровых нагрузок и воздействий (CFD-моделирование, от англ. Computational Fluid Dynamics, CFD – вычислительная механика жидкости и газа) основано на воспроизведении процесса формирования ветровых нагрузок при движении ветрового потока. Параметры ветрового потока изменяются вначале при обтекании рельефа местности и окружающей застройки, а далее при обтекании самого здания с учётом его конфигурации. Происходит интерференция воздушных потоков, сформированных разными частями одного здания или соседними зданиями. Таким образом, численное моделирование ветровых нагрузок представляет собой универсальный подход, позволяющей достоверно определять ветровые нагрузки при любой форме здания, при любой конфигурации окружающей застройки, при любом рельефе местности.

 

Необходимость моделирования ветровых нагрузок обычно связана со следующими характеристиками проектов:

• повышенная ответственность согласно нормативным документам;

• нестандартная архитектурная форма;

• строительство здания в составе комплекса зданий или стеснённость окружающей застройки (аэродинамическое взаимодействие зданий);

• применение навесных фасадных систем и витражных конструкций, силовые элементы которых работают локально и надёжность их работы зависит от правильного учёта распределения пиковой ветровой нагрузки по фасаду;

• применение экономичных несущих систем покрытия, чей собственный вес сопоставим с ветровым отсосом;

• строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений, где ветровые нагрузки и динамические ветровые воздействия могут носить определяющий характер.

​

Моделирование ветровых нагрузок выполняется в соответствии с базовыми нормативно-техническими документами:

• СП 20.13330.2016 "Нагрузки и воздействия" (включен в приказ Росстандарта от №831 от 17.04.2019);

• СП 20.13330.2011 "Нагрузки и воздействия" (включен в постановление Правительства РФ №1521 от 26.12.2014 с изменениями на 2019 год);

• ГОСТ Р 56728-2015 "Методика определения ветровых нагрузок на ограждающие конструкции".

​

По результатам математического моделирования выполнятся инженерный аэродинамический анализ с разработкой рекомендаций по назначению ветровых нагрузок и воздействий. Окончательным результатом работы, как правило, являются индивидуальные аэродинамические схемы для проектируемого объекта.

​​

В настоящее время вопросы численного моделирования ветровых нагрузок и воздействий детальнее разработаны в зарубежных нормах. Поэтому в технических аспектах, не регламентированных отечественными нормативными документами, учитывается Еврокод EN 1991-1-4:2005 (British Standard. Eurocode 1: Actions on structures – Part 1-4: General actions – Wind actions).

​

Практическая ценность численного моделирования (CFD-моделирования) ветровых нагрузок и воздействий заключается в повышении доступности аэродинамических исследований для реального проектирования: как по срокам и стоимости работ, так и по полноте определения параметров ветровых нагрузок и воздействий.

​

Одно из основных преимуществ CFD-моделирования заключается в возможности подробно определить, как распределяется по фасаду пиковая ветровая нагрузка (тогда как в традиционных исследованиях на масштабных моделях в аэродинамических трубах детализация ограничена количеством приёмников давления в зависимости от масштаба модели). Наличие данных о реальном распределении пиковой ветровой нагрузки позволяет более рационально проектировать навесные фасадные системы и витражные конструкции. Таким образом, современное CFD-моделирования привносит новые возможности в практику проектирвоания и проведения аэродинамических исследований зданий и сооружений.

​

Важным преимуществом CFD-моделирования является удобство использования результатов в практической проектной работе. В дополнение к общепринятым формам представления результатов в графическом и табличном виде, появляется возможность 3D-визуализации результатов с возможностью панорамирования, вращения и масштабирования. Это позволяет конструктору получить полное представление о аэродинамической работе здания, уточнить распределение ветровой нагрузки на любой интересующий фрагмент ветрового фронта.

​

Основной акцент при выполнении расчётных исследований ветровых нагрузок в Spectrum R&D делается  на инженерном аэродинамическом анализе результатов моделирования с подготовкой чётких рекомендаций по назначению ветровых нагрузок.

​