Расчетное определение ветровых нагрузок на несущие и фасадные конструкции остановочного пункта «Кутузово»  (Северный и Южный вестибюли) Малого кольца Московской железной дороги на основе трехмерного численного моделирования ветровой аэродинамики.

Выводы

По результатам выполненной НИР «Расчетное определение ветровых нагрузок на несущие и фасадные конструкции остановочного пункта „Кутузово“ (Северный и Южный вестибюли) Малого кольца Московской железной дороги на основе трехмерного численного моделирования ветровой аэродинамики», этап 1 «Расчетное определение ветровых нагрузок на несущие и фасадные конструкции остановочного пункта „Кутузово“ (Южный вестибюль) Малого кольца Московской железной дороги без учета окружающей застройки» можно сформулировать следующие выводы и рекомендации:

1.  Проведен анализ ветровых режимов района строительства, сложившейся застройки и конструктивно-архитектурных особенностей остановочного пункта «Кутузово» (Южный вестибюль) МК МЖД, особенности расчетов ветрового нагружения зданий и комплексов в отечественных и зарубежных нормативных документах.

2.  На основе анализа и обобщения исходных данных разработаны и верифицированы расчетные трехмерные численные модели ветровой аэродинамики Южного вестибюля «в чистом поле» (без учета 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 Южного вестибюля «в чистом поле» при 24-х направлениях ветра с шагом 15°.

4.  В результате проведенных многовариантных расчетных исследований (при 24-х направлениях ветра) аэродинамики Южного вестибюля «в чистом поле»определены расчетные средние и пульсационные составляющие ветровых нагрузок (с учетом всех направлений ветра) на несущие конструкции рассматриваемого здания.

Для Южного вестибюля «в чистом поле» максимальное расчетное значение средней составляющей равнодействующей аэродинамической силы (FR) на несущие конструкции реализуется при угле атаки ветра 195° (ЮЮЗ направление) и составляет 22,3 тс. Также опасным углом атаки ветра является 30° (ССВ направление), для которого значение средней составляющей равнодействующей аэродинамической силы (FR) составляет 19,1 тс.

С точки зрения реализации максимальной равнодействующей аэродинамической силы (FR) наиболее характерными и опасными углами атаки ветра для Южного вестибюля «в чистом поле» являются 30°, 195°.

Рекомендуется при проведении прочностных расчетов рассмотреть варианты ветрового нагружения, полученные для рассматриваемого здания при углах атаки ветра 30°, 195°, а также при направлениях ветра с СВВ (60°) и с ССЗ (330°), перпендикулярных сторонам здания. Для выбранных характерных направлений ветра результаты аэродинамических расчетов представлены более подробно в табличном виде (табл. 5.4-5.19): вычислены значения средней, динамической составляющих погонной аэродинамический силы, коэффициента»динамичности» и расчетные значения погонной аэродинамический силы для соответствующей компоненты (поверхность сбора аэродинамической нагрузки) в уровне перекрытия каждого этажа здания. На рис. 5.16-5.72 показаны полные картины распределения среднего, динамического, максимального и минимального давления и аэродинамического коэффициента давления Cp.

5. Определены расчетные «огибающие» максимальных и минимальных ветровых давлений (с учетом всех направлений ветра) на фасадные конструкции Южного вестибюля «в чистом поле».

Для Южного вестибюля «в чистом поле»:

– Пиковая расчетная минимальная (разрежение) ветровая нагрузка составляет -1.73 кПа 
(-173 кгс/м²) и реализуется при ЮВ направлении ветра (угол 135°) в узких угловых зонах на поверхности колонн между железнодорожными путями и на нижней поверхности плиты перекрытия 1-го этажа (отм. +0.000 м). Максимальная нагрузка на фасадные конструкции 1-го и 2-го этажей составляет -0.83 кПа (-83 кгс/м²) и реализуется в угловых зонах при ССЗ направлении ветра (углы 330°-345°). Для большей части фасадных конструкций отрицательные значения ветрового давления ( «отсос») составляют от -0.45 кПа до -0.1 кПа. На кровле значение пиковой расчетной минимальной ветровой нагрузки достигает -0.8 кПа.

– Пиковая расчетная максимальная (прижим) ветровая нагрузка на фасады рассматриваемого здания составляет 0.48 кПа (48 кгс/м²) и реализуется при СЗЗ направлении ветра (углы 300°-330°) в уровнях 1-го и 2-го этажей в небольших угловых зонах. Для большей части фасадных конструкций положительные значения ветрового давления составляют от 0.25 кПа до 0.36 кПа.

6.  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.

7. Разработанные параметризованные модели рекомендуется использовать при проведении расчетных исследований пешеходной комфортности на территории строительства остановочного пункта «Кутузово» (Северный и Южный вестибюли) Малого кольца Московской железной дороги.

Разработанные параметризованные модели здания, а также полученные результаты численного моделирования ветровой аэродинамики рекомендуется использовать для проведения аэродинамических расчетов с учетом рельефа местности и окружающей застройки, а также для корректировочных расчетов в случае изменения ситуационного плана.