CC BY
2УДК 692 Николаева В.В., Николаева А.Г.
Николаева В.В.
магистрант 2 курса Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова (г. Чебоксары, Россия)
Николаева А.Г.
старший преподаватель Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова (г. Чебоксары, Россия)
ВЛИЯНИЕ ВЕТРОВЫХ НАГРУЗОК НА ВЫСОТНЫЕ ЗДАНИЯ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ
Аннотация: высотные здания подвержены влиянию ветровой нагрузки, которая может оказывать значительное воздействие на их конструкцию и безопасность. Ветровая нагрузка является серьезным фактором, который нужно учитывать при проектировании высотных зданий. Правильное укрепление конструкции и использование специальных технологий позволяют создавать более устойчивые и безопасные здания, способные выдерживать воздействие сильных ветров.
Ключевые слова: строительство, ветровая нагрузка, высотные здания, воздушный поток, давление ветра.
При проектировании высотных зданий решается комплекс задач, среди которых архитектурные, природно-климатические, геологические и др. Природно-климатические задачи включают в себя восприятие ветровых нагрузок на здание.
При ветровом воздействии в основании зданий появляются сильные вихревые потоки. За счет увеличения скорости ветра, конструкции высотных зданий получают высокую аэродинамическую нагрузку и раньше времени приходят в нерабочее состояние, поэтому требуется дополнительное усиление.
Исследование конструкций, противостоящих ветровой нагрузки.
Верхняя часть здания от ветра раскачивается, при этом с наветренной стороны конструкции испытывают растяжение, а с подветренной - сжатие [1]. При этом нарушается вертикальность внешнего остекления, и стекла могут трескаться. Строгая вертикальность требуется и для нормальной работы лифтов, систем водоснабжения. Иначе, если не будет это соблюдено, то вода в раковинах и ваннах верхних этажей начинает плескаться, что создает неприятные ощущения у жильцов высотного здания.
Также ветер, проникая в небольшие щели и отверстия, оказывает негативное звуковое влияние.
При проектировании небоскребов производится аэродинамическое и математическое испытание модели здания, которое учитывает характер и направление ветра, определяются места воздействия наибольшего возникновения шума и вибрации [3].
При проектировании небоскреба можно снизить воздействие вихревых потоков на здание благодаря форме небоскреба, которая заставит ветер снизить нагрузку.
В современном мире используют следующие виды форм зданий:
- здания с круглым, овальным планом,
- здания с треугольным планом со скругленными углами,
- конусные и иглообразные фасады, которые уменьшаются от основания к вершине в плане высотки и другие объемно-пространственные решения.
Примером такого строительства является на сегодняшний день высотное здание «Лахта Центр» в Санкт-Петербурге [4]. Конусообразное здание имеет в плане форму пятиконечной звезды, с этажами в виде пяти квадратных
«лепестков», соединенных между собой и с круглым центральным ядром высотой 462 м (рисунок 1).
Рисунок 1. «Лахта Центр» в г. Санкт-Петербург.
На изменение природных условий влияет месторасположение здания, его окружение. Таким образом, вокруг группы высотных домов создается зона рециркуляции, где вихревые потоки, которые возникли около одного здания, гасятся или усиливаются у других.
Следующей возможностью противостояния высоток ветру является устройство аутригерных поясов [5].
Аутригеры - это мощные металлические конструкции, с помощью которых нагрузка при воздействии ветра равномерно распределяется между ядром и колоннами каркаса, другими несущими конструкциями (рисунок 3).
ядро
Рисунок 2. Аутригерные конструкции.
Часто этажи с аутригерами делают техническими, располагая в них инженерное оборудование или место пребывания людей во время пожара.
Аутригеры могут быть не только одноэтажными и многоэтажными, но и горизонтальными и диагональными, металлическими и железобетонными, сплошными и стержневыми системами, со связями и без них.
Конструкция аутригера для каждого здания проектируется индивидуально. Они повышают изгибную жесткость здания, противостояние прогрессирующему обрушению в случае потери прочности отдельной конструкцией, устойчивость к ветровым нагрузкам.
Следующей конструкцией противостояния ветру является пассивный демпфер - это маятник, который при сильных порывах ветра и раскачивании верхней части небоскреба начинает тоже воспринимать колебания, но другой частотой, гасящей колебания здания. Обычно в зданиях может быть один или несколько демпферов (рисунок 3).
Рисунок 3. Демпферная конструкция.
Следующей конструкцией противостояния ветру является ограждающая конструкция. В современном мире используют прозрачные фасадные системы из высокопрочного стекла на каркасе, которые выполняют ограждающую, теплоизолирующую и солнцезащитную функцию. Заключение.
В итоге можно составить группу следующих параметров и конструкций высотных зданий, правильно проектируя которые можно значительно снизить ветровую нагрузку:
выбор оптимальной формы небоскреба, ориентация здания в соответствии с «розой ветров», одиночное или групповое расположение высотки, учитывающее снижение ветровой нагрузки, устройство аутригеров,
установка пассивных маятниковых демпферов, эффективное внешнее ограждение.
Таким образом, ветровая нагрузка имеет серьезное влияние на высотные здания, и проектировщики и строители должны учитывать этот фактор при
создании подобных сооружений. Управление ветровой нагрузкой является важной частью проектирования и строительства высотных зданий, и его правильное выполнение помогает обеспечить стабильность, безопасность и долговечность таких сооружений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Сверчкова Н.А. Влияние ветровой нагрузки на высотные здания // Будущее науки - 2017. - 2017. - С. 290-293;
2. СП 20.13330.2013 «Нагрузки и воздействия»;
3. Журин Е.А. Ветровые нагрузки на высотные здания // Проектирование и строительство. - С. 130-132;
4. Асроров А.У. Конструктивные особенности «Лахта-Центр» в Санкт-Петербурге // Наука и просвещение. - С. 191-193;
5. Хомяков И.П. Ветровые воздействия на высотные здания // Аллея науки - 2018. - С. 599-604
Nikolaeva V. V., Nikolaeva A. G.
Nikolaeva V.V.
Chuvashia State University (Cheboksary, Russia)
Nikolaeva A.G.
Chuvash State University (Cheboksary, Russia)
IMPACT OF WIND LOADS ON HIGH-RISE BUILDINGS OF COMPLEX SHAPE
Abstract: high-rise buildings are exposed to wind loads, which can have a significant impact on their design and safety. Wind load is a serious factor that must be taken into account when designing high-rise buildings. Proper reinforcement of the structure and the use of special technologies make it possible to create more stable and safe buildings that can withstand strong winds.
Keywords: construction, wind load, high-rise buildings, air flow, wind pressure.
