NUMERICAL DESCRIPTION OF WIND LOADS USING THE EXAMPLE OF REULEAUX CONE BUILDING
Authors: Инжутов И.С. , Мельников П.П. , Багнюк А.С. , Клиндух Н.Ю. , Петухова И.Я. , Семенов М.Ю. , Пуртов В.В. 
Published: July 2024

Вопросы аэродинамики зданий всегда считались достаточно важными, а в настоящее время они являются решающими для проектирования многоэтажных высотных зданий и расчета воздушных потоков снаружи здания, оценки влияния здания на аэродинамический режим прилегающей территории, выбора ограждающих конструкций и т.п. Кроме того, внутри зданий могут возникать сильные воздушные потоки, что требует специальных расчетов и решений. Расчет обтекания ветровым потоком зданий нелинейных форм необходим для определения ветровых нагрузок на конструкции здания. Основной интерес представляют сильные кратковременные ветра (скорость потока 20–35 м/с), а также слабые ветра со скоростью потока на уровне 5 м/с. При проектировании, строительстве и эксплуатации высотных зданий и комплексов часто приходится сталкиваться с тем, что действующие строительные нормы и правила не содержат рекомендаций по назначению аэродинамических коэффициентов для оригинальных по форме и крупногабаритных сооружений. Ныне действующая методика определения ветровой нагрузки была разработана в начале 70-х годов в ЦНИИСК им. Кучеренко и реализована в СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия». При выпуске данного СНиП выражения, описывающие динамическую реакцию сооружений при действии ветра, были приведены к системе коэффициентов, что сильно упростило реальное взаимодействие здания с ветровым потоком. В новой редакции СП 20.13330.2016 методика расчета ветровых нагрузок существенных изменений не претерпела. Несмотря на включение в него ряда схем и положений из Еврокода, принципиальных отличий от «старого» СНиП документ не содержит. Необходимо отметить, что новые строительные нормы Украины переработаны коренным образом, что привело к заметному увеличению расчетных нагрузок. В настоящее время в практике проектирования используются методики, которые позволяют проводить оценку ветровых нагрузок на здания. В данной статье рассмотрены вопросы моделирования и решения задач, связанных с определением ветрового давления на здания нестандартной формы в программных комплексах Autodesk Revit + Autodesk Robot Structural Analysis на примере расчета здания в форме, образованной путем вращения треугольника Рело относительно оси симметрии. Выполнен сравнительный анализ двух способов решения задачи. Показаны изополя давлений и перемещений в элементах. Сделаны выводы о расхождениях в результатах решения задачи двумя способами.

The issues of building aerodynamics have always been considered quite important, and today they are crucial for designing multi-storey high-rise buildings and calculating air flows outside the building, assessing the impact of the building on the aerodynamic regime of the surrounding area, choosing enclosing structures, etc. Apart from that, strong air flows can occur inside buildings, which require special calculations and solutions. Calculation of wind flows around buildings of nonlinear forms is necessary for determining wind loads on the building structure. Strong short-term winds (flow rate of 20-35 m / s, as well as weak winds with a flow rate of 5 m/s) are in the focus of our research interest. When designing building and operating high-rise constructions, engineers and architects face the lack of guidelines and recommendations that would assign aerodynamic coefficients to nonstandard and large-sized buildings. The current method for determining wind loads was developed in the early 70s at the Central Research Institute of Building Structures and was documented in the building codes SNiP 2.01.07- 85* "Loads and impacts". When SNiP 2.01.07-85 "Loads and impacts" was released, the expressions describing the dynamic response of structures under the impact of wind were reduced to a system of coefficients, which greatly simplified the actual interaction of the building with the wind flow. In the new version of the Building Codes СП 20.13330.2016, the method for calculating wind loads has not undergone significant changes. Despite the inclusion of a number of schemes and provisions from the Eurocode, the document does not contain any fundamental differences from the earlier edition of the SNiP. It should be noted that the new building codes of Ukraine have been radically revised, which has led to a noticeable increase in design loads. The current design practices allow the assessment of wind loads on buildings. This research deals with modeling and solving problems related to determining wind pressure on buildings of non-standard shape in the Autodesk Revit + Autodesk Robot Structural Analysis software packages using the example of calculating a building in the shape formed by rotating the Reuleaux triangle relative to the axis of symmetry. The authors have carried out the comparative analysis of two approaches to deal with this problem. Isofields of pressures and displacements in elements have been shown. Conclusions are made about the discrepancies in the results of solving the problem in two ways.