Название: Аналитические и численные методы решения задач аэродинамики наземных сооружений - (Т.А. Коротаева)

Жанр: Экономика

Просмотров: 1311


1.1. ветровое давление, аэродинамические коэффициенты

 

При изучении аэродинамики зданий обычно под высотным зданием понимается такое, высота которого превышает ширину подветренного фасада в три и более раз. На рис. 1 приведены данные о распределении аэродинамических коэффициентов на фасаде квадратного в плане высотного здания при различных направлениях ветра [1].

Рассмотрение значений аэродинамических коэффициентов на фасаде квадратного в плане высотного здания при различных направлениях ветра показывает, что, если направление ветра перпендикулярно фасаду здания (рис. 1, а), аэродинамические коэффициенты на этом фасаде положительны и их значения уменьшаются по направлению к  боковым фасадам здания и по направлению к верхней части рассматриваемого фасада. На увеличение значения  аэродинамических коэффициентов у верхней части фасада высотного здания влияет также повышение скорости ветра

 

 

Рис 1. Значения аэродинамических коэффициентов на фасаде

квадратного в плане высотного здания при различных

направлениях ветра

 

с изменением высоты. Если направление ветра отклоняется

от нормали к фасаду, область максимального давления смещается к наветренному углу здания (рис. 1, б, в). При отклонении направления ветра от нормали на угол 45° давления становятся отрицательными у дальнего (по отношению к направлению ветра) угла фасада (рис. 1, г). Если угол отклонения направления ветра от нормали лежит в пределах 60…75°, давления отрицательны по всему фасаду (рис. 1, д, е). Максимальные отрицательные давления наблюдаются в областях, расположенных на боковых (по отношению к направлению ветра) фасадах у наветренных углов (рис. 1, ж), причем на боковых фасадах распределение давлений существенно меняется в зависимости от относительных размеров данных фасадов (отношения высоты и ширины). Для подветренных фасадов (направление ветра составляет с нормалью угол больше 100°) значения давлений в различных областях меняются не столь существенно (рис. 1, з, н).

Следует отметить, что, если направление ветра составляет с фасадом здания угол порядка 45°, у наветренных кромок покрытия возникают сильные завихрения (рис. 2). Высокие скорости воздушного потока в этих завихрениях обусловливают достаточно сильное разрежение (отрицательное давление) у краев покрытия, что, например, в случае сильных ветров может быть опасно для инженерного оборудования, расположенного в этой зоне.

Рис 2. Схемы воздушных течений, возникающих

вследствие ветрового потока, направленного под углом 45°

к фасаду здания

 

Если форма здания отличается от прямоугольной, характер распределения аэродинамических коэффициентов на его фасадах может существенно отличаться от приведенных выше. До последнего времени силы лобового сопротивления, используемые в расчете сооружений, во всех случаях определяли только на основе данных климатологии и аэродинамики без учета динамических характеристик самого сооружения, т. е. коэффициента демпфирования, распределения его массы и жесткости. Однако установлено, что собственные частоты колебаний современных высотных сооружений, которые по сравнению с возведенными ранее сооружениями являются более гибкими, легкими и характеризуются меньшим демпфированием, могут находиться в том же интервале, что и средние частоты повторения интенсивных порывов ветра. Следовательно, при расчетах необходимо учитывать значительные резонансные колебания, к которым может привести воздействие ветра. Если точка приложения результирующей ветровой нагрузки не совпадает с центром жесткости сооружения, то возникают аэродинамические моменты. В этом случае сооружение подвергается действию крутящих моментов. При определенных условиях они могут оказать значительное влияние на его напряженно-деформируемое состояние.