Москва. Многофункциональный жилой комплекс ЗАО
Определение расчетных ветровых нагрузок на несущие и фасадные конструкции и параметров пешеходной комфортности многофункционального жилого комплекса (г. Москва, ул. Братьев Ф…ко) на основе численного решения трехмерных задач аэродинамики
Выводы
При анализе напряженно-деформированного состояния и прочности верхнего узла ферм покрытия на заданное заказчиком сочетание нагрузок (перемещений торцев) проводился расчет в трехмерной физически и геометрически нелинейной конечноэлементной постановке по программному комплексу ANSYS с учетом пластического деформирования отдельных конструктивных элементов.
Пластические деформации начинают возникать при 75% нагрузки на внутренней стороне в верхней центральной зоне узла.
Максимальное значение пластической деформации при полной нагрузке составило 0.63% для загружения 1 и 1,03% для загружения 31, что значительно меньше предельных деформаций для строительных сталей (для большинства марок составляют 15-20%). Зона пластичности при этом нигде не развивается на всю толщину. Пластика образуется на внутренней стороне в центральной части узла и на внешних сторонах в примыкающих трубах.
В соответствии с расчетом несущая способность конструкции узла покрытия обеспечивается. Для дополнительной оценки запаса выполнен расчет вплоть до исчерпания несущей способности путем пропорционального увеличения заданных перемещений сверх расчетных значений. Разрушающие пластические деформации в отдельных зонах возникают более чем при 200%-й нагрузке от расчетной, и даже при этой величине не распространяются на всю толщину труб.
Выводы
По результатам выполненной НИР «Определение расчетных ветровых нагрузок на несущие и фасадные конструкции и параметров пешеходной комфортности многофункционального жилого комплекса (г. Москва, ул. Ф…ко) на основе численного решения трехмерных задач аэродинамики», можно сформулировать следующие выводы и рекомендации:
1. На основе анализа и обобщения исходных данных разработаны и верифицированы расчетные трехмерные численные модели ветровой аэродинамики МЖК в окружающей застройке (с учетом существующей застройки).
2. 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 и МЖК в окружающей застройке при 24-х направлениях ветра с шагом 15°.
3. Определены расчетные средние и пульсационные составляющие ветровых нагрузок (с учетом всех направлений ветра) на несущие конструкции зданий жилого комплекса.
Выявлено, что максимальное расчетное значение средней составляющей равнодействующей аэродинамической силы (FR) на несущие конструкции объектов МЖК реализуется:
1) для Корпуса 1 – при угле атаки ветра 165° (юго-юго-восточное направление) и составляет 57.8 тс. Также опасными углами атаки ветра являются 195° (юго-юго-западное направление) и 345° (северо-северо-западное направление), для которых значения средней составляющей равнодействующей аэродинамической силы (FR) составляют 51.3 тс и 54.7 тс соответственно.
2) для Корпуса 2 – при угле атаки ветра 180° (южное направление) и составляет 61.2 тс. Также опасным углом атаки ветра является 345° (северо-северо-западное направление), для которого значение средней составляющей равнодействующей аэродинамической силы (FR) составляет 55 тс.
3) для Корпуса 3 – при угле атаки ветра 345° (северно-северо-западное направление) и составляет 47.7 тс. Также опасными углами атаки ветра являются 30° (северо-северо- восточное направление) и 195° (юго-юго-западное направление), для которых значения средней составляющей равнодействующей аэродинамической силы (FR) составляют 40.8 тс и 45.6 тс соответственно.
4) для Корпуса 4 – при угле атаки ветра 210° (юго-юго-западное направление) и составляет 39.5 тс. Также опасным углом атаки ветра является 300° (северо-западно-западное направление), для которого значение средней составляющей равнодействующей аэродинамической силы (FR) составляет 39.2 тс.
5) для Корпуса 5 – при угле атаки ветра 90° (восточное направление) и составляет 52.9 тс. Также опасными углами атаки ветра являются 135° (юго-восточное направление) и 300° (северо-северо-западное направление), для которых значения средней составляющей равнодействующей аэродинамической силы (FR) составляют 50.8 тс и 49.4 тс соответственно.
6) для Корпуса 6 – при угле атаки ветра 135° (юго-восточное направление) и составляет 121.6 тс. Также опасными углами атаки ветра являются 75° (юго-восточно-восточное направление) и 345° (северо-северо-западное направление), для которых значения средней составляющей равнодействующей аэродинамической силы (FR) составляют 89.4 тс и 79 тс соответственно.
7) для Корпуса 7 – при угле атаки ветра 165° (юго-юго-восточное направление) и составляет 93.7 тс. Также опасными углами атаки ветра являются 300° (северо-западно-западное направление) и 315° (северо-западное направление), для которых значения средней составляющей равнодействующей аэродинамической силы (FR) составляют 89 тс и 71 тс соответственно.
8) для Корпуса 8 – при угле атаки ветра 180° (южное направление) и составляет 120.3 тс. Также опасными углами атаки ветра являются 135° (юго-восточное направление) и 285° (северо-западно-западное направление), для которых значения средней составляющей равнодействующей аэродинамической силы (FR) составляют 87.1 тс и 110.5 тс соответственно.
4. Определены пиковые ветровые давления на фасадные конструкции зданий МЖК:
1) для Корпуса 1:
– пиковая расчетная минимальная (разрежение) ветровая нагрузка на фасады составляет:
-2.3 кПа (-230 кгс/м2) и реализуется при СЗ направлении ветра (угол 315°) в уровне 11-го этажа. Для большей части фасадных конструкций отрицательные ветровые давления составляют от -1.52 кПа до
-0.13 кПа.
– пиковая расчетная максимальная (прижим) ветровая нагрузка на фасады составляет: 0.79 кПа (79 кгс/м2) и реализуется при ЮЮВ направлении ветра (угол 150°) в уровне 10-го этажа. Для большей части фасадных конструкций положительные ветровые давления составляют от 0 кПа до 0.63 кПа.
2) для Корпуса 2:
– пиковые расчетные минимальные (разрежение) ветровые нагрузки на фасады составляют:
-2.51 кПа (-251 кгс/м2) и реализуется при Ю направлении ветра (угол 180°) в уровне крыши и -2.47 кПа (-247 кгс/м2) и реализуется при СЗ направлении ветра (угол 315°) в уровне 10-го этажа. Для большей части фасадных конструкций отрицательные ветровые давления составляют от -1.6 кПа до -0.14 кПа.
– пиковые расчетные максимальные (прижим) ветровые нагрузки на фасады составляют: 0.78 кПа (780 кгс/м2) и реализуется при В направлении ветра (угол 90°) в уровне 11-го этажа и 0.87 кПа (870 кгс/м2) и реализуется при ЮЮВ направлении ветра (угол 165°) в уровне 7-го этажа. Для большей части фасадных конструкций положительные ветровые давления составляют от 0 кПа до 0.7 кПа.
3) для Корпуса 3:
– пиковая расчетная минимальная (разрежение) ветровая нагрузка на фасады составляет:
-2.23 кПа (-223 кгс/м2) и реализуется при СЗ направлении ветра (угол 315°) в уровне 11-го этажа. Для большей части фасадных конструкций отрицательные ветровые давления составляют от -1.24 кПа до
-0.15 кПа.
– пиковая расчетная максимальная (прижим) ветровая нагрузка на фасады составляет: 0.92 кПа (92 кгс/м2) и реализуется при ЮЮЗ направлении ветра (угол 195°) в уровне 1-го этажа. Для большей части фасадных конструкций положительные ветровые давления составляют от 0 кПа до 0.73 кПа.
4) для Корпуса 4:
– пиковая расчетная минимальная (разрежение) ветровая нагрузка на фасады составляет:
-2.4 кПа (-240 кгс/м2) и реализуется при СВ направлении ветра (угол 45°) в уровне 9-го этажа. Для большей части фасадных конструкций отрицательные ветровые давления составляют от -1.5 кПа до
-0.15 кПа.
– пиковая расчетная максимальная (прижим) ветровая нагрузка на фасады составляет: 0.82 кПа (82 кгс/м2) и реализуется при СВ направлении ветра (угол 45°) в уровне 11-го этажа. Для большей части фасадных конструкций положительные ветровые давления составляют от 0 кПа до 0.74 кПа.
5) для Корпуса 5:
– пиковая расчетная минимальная (разрежение) ветровая нагрузка на фасады составляет:
-2.32 кПа (-232 кгс/м2) и реализуется при ССЗ направлении ветра (угол 345°) в уровне 11-го этажа. Для большей части фасадных конструкций отрицательные ветровые давления составляют от -1.68 кПа до
-0.19 кПа.
– пиковая расчетная максимальная (прижим) ветровая нагрузка на фасады составляет: 0.86 кПа (86 кгс/м2) и реализуется при ЮВ направлении ветра (угол 135°) в уровне 11-го этажа. Для большей части фасадных конструкций положительные ветровые давления составляют от 0.04 кПа до 0.72 кПа.
6) для Корпуса 6:
– пиковая расчетная минимальная (разрежение) ветровая нагрузка на фасады составляет:
-1.45 кПа (-145 кгс/м2) и реализуется при СВ направлении ветра (угол 90°) в уровне крыши. Для большей части фасадных конструкций отрицательные ветровые давления составляют от -1.18 кПа до
-0.07 кПа.
– пиковая расчетная максимальная (прижим) ветровая нагрузка на фасады составляет: 0.75 кПа (750 кгс/м2) и реализуется при ССЗ направлении ветра (угол 345°) в уровне 6-го этажа. Для большей части фасадных конструкций положительные ветровые давления составляют от -0.02 кПа до 0.672 кПа.
7) для Корпуса 7:
– пиковые расчетные минимальные (разрежение) ветровые нагрузки на фасады составляют:
-1.34 кПа (-134 кгс/м2) и реализуется при С направлении ветра (угол 0°) в уровне крыши и -1.08 кПа
(-108 кгс/м2) и реализуется при СЗ направлении ветра (угол 345°) в уровне крыши. Для большей части фасадных конструкций отрицательные ветровые давления составляют от -0.88 кПа до -0.06 кПа.
– пиковая расчетная максимальная (прижим) ветровая нагрузка на фасады Корпуса 7 составляет: 0.7 кПа (70 кгс/м2) и реализуется при ЮЗ направлении ветра (угол 225°) в уровне крыши. Для большей части фасадных конструкций положительные ветровые давления составляют от -0.01 кПа до 0.56 кПа.
8) для Корпуса 8:
– пиковая расчетная минимальная (разрежение) ветровая нагрузка на фасады составляет:
-1.18 кПа (-118 кгс/м2) и реализуется при ЮЮВ направлении ветра (угол 165°) в уровне 6-го этажа. Для большей части фасадных конструкций отрицательные ветровые давления составляют от -1.45 кПа до -0.13 кПа.
– пиковая расчетная максимальная (прижим) ветровая нагрузка на фасады составляет: 0.68 кПа (68 кгс/м2) и реализуется при ЮЗ направлении ветра (угол 225°) в уровне 9-го этажа. Для большей части фасадных конструкций положительные ветровые давления составляют от 0.05 кПа до 0.6 кПа.
5. Определены расчетные коэффициенты усиления скоростей ветра. Наибольшее значение усиления ветра (Vr_max=1.9) наблюдается в «коридорах» между рассматриваемыми жилыми зданиями и в угловых зонах, а также с ближайшими зданиями окружающей застройки, расположенными с СВ от зданий МЖК.
На основе полученных результатов проведена оценка пешеходной комфортности по 3-м нормативно регламентированным критериям (по МДС [6]):
– выполнение допустимого уровня (1000 часов в год) пешеходной комфортности по первому критерию (Vcr1=6 м/с) показано голубым цветом (рис. 5.237). Остальные цветовые зоны соответствуют зонам превышения допустимого уровня пешеходной комфортности по первому критерию (бирюзовый цвет – в 1.5 раза, зеленый цвет – в 2 раза, желтый цвет – в 2.5 раза, оранжевый цвет – в 3.5 раза) и наблюдаются во внутренней дворовой зоне между рассматриваемым зданиями МЖК и на возвышенностях;
– выполнение допустимого уровня (50 часов в год) пешеходной комфортности по второму критерию (Vcr2=12 м/с) показано голубым цветом (рис. 5.238). Остальные цветовые зоны соответствуют зонам превышения допустимого уровня пешеходной комфортности по второму критерию (бирюзовый цвет – в 2 раза, зеленый цвет – в 3 раза, оранжевый цвет – в 4 раза) и носят локальный характер во внутренней дворовой зоне между рассматриваемым зданиями МЖК и на возвышенностях;
– выполнение допустимого уровня (5 часов в год) пешеходной комфортности по третьему критерию (Vcr3=20 м/с) показано голубым цветом (рис. 5.239). Остальные цветовые зоны соответствуют зонам превышения допустимого уровня пешеходной комфортности по третьему критерию и носят локальный характер с превышением в 2 раза в непосредственной близости и угловых зонах Корпусов 1-5 и на возвышенностях.
Ветрозащита и улучшение ветровой ситуации в пешеходных зонах около здания жилого комплекса может быть обеспечена наличием заборов и зеленых насаждений, которые в настоящих расчетах не учитывались (в запас).
6. Разработанные параметризованные модели многофункционального жилого комплекса и окружающей застройки, а также полученные результаты численного моделирования ветровой аэродинамики рекомендуется использовать для проведения корректировочных расчетов в случае изменения ситуационного плана, а именно при строительстве в окрестности объекта многоэтажных зданий/комплексов и/или сносе прилегающей малоэтажной застройки.
