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 в целом, так и лёгких фасадных 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 лёгких фасадных и витражных конструкций.

 

Численное (математическое) моделирование ветровых нагрузок и воздействий (CFD-моделирование, от англ. Computational Fluid Dynamics, CFD – вычислительная гидрогазодинамика) 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 одинаково 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:

• высокая ответственность согласно нормативным документам;

• нестандартная архитектурная форма;

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

• применение лёгких фасадных 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;

• высотные и большепролетные сооружения, где ветровые нагрузки и динамические ветровые воздействия могут носить определяющий характер.

​

Моделирование ветровых нагрузок в Spectrum R&D выполняется в соответствии с базовыми нормативными документами: СП 20.13330.2016 (СП 20.13330.2011) «Нагрузки и воздействия» (актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*); ГОСТ Р 56728-2015 «Методика определения ветровых нагрузок на ограждающие конструкции».

 

Результаты моделирования, как привило, включают:

• среднюю составляющую основной ветровой нагрузки;

• пульсационную составляющую основной ветровой нагрузки;

• положительные и отрицательные значения пиковой ветровой нагрузки;

• оценку резонансного вихревого возбуждения.

​​

В настоящее время вопросы численного моделирования ветровых нагрузок и воздействий детальнее разработаны в зарубежных нормах. Поэтому в технических аспектах, не регламентированных отечественными нормативными документами, учитываются нормы Еврокода 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 подробность ограничена использованием всего нескольких датчиков на фасад, в зависимости от масштаба модели). Уточнение распределения пиковой ветровой нагрузки позволяет более рационально проектировать лёгкие фасадные и витражные конструкции. Таким образом, современное CFD-моделирования привносит новые возможности в практику аэродинамических исследований зданий и сооружений.

​

Важным преимуществом CFD-моделирования является удобство использования результатов в практической проектной работе. В дополнение к общепринятым формам представления инженерных 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 модели.

​