Важный аспект структурного проектирования сверхвысоких зданий и строений

Воздушная нагрузка и эффекты становятся все более важными факторами при структурном проектировании сверхвысоких зданий.

Хотя проблема была исследована учеными свыше 30 лет назад, результаты исследования относительно ветряной нагрузки и эффектов, а также методы вычисления эквивалентных статических ветряных нагрузок до сих пор нельзя назвать удовлетворительными. Результаты соответствующего исследования опубликованы в издании Science China Technological Sciences.

Профессор Минг из Гонконгского университета с коллегами выполнили ряд ветряных туннельных испытаний на модели типичных высоких зданий и структур для анализа ветряных сил, используя технологию сканирования ветряного давления и технологию высокочастотного силового баланса.

Всего была использована 121 основная модель зданий и дюжина моделей действительно высоких структур. 25 моделей зданий для тестов на давление ветра и 96 моделей для прямых измерений силы ветра были отобраны с использованием технологии высокочастотного силового баланса. У моделей была различная форма в поперечном сечении, а именно квадрат, прямоугольник, треугольник, форма Y, многоугольник, форма L, квадрат с усеченными углами, форма лестницы, форма башен-близнецов и, наконец, форма с непрерывно стягивающимся поперечным сечением.

Формулы ветряных аэродинамических сил были выведены для практического применения из множества экспериментальных результатов, полученных в ходе тестов аэродинамической трубы. Как пример, была выведена объединенная формула безразмерной плотности энергетического спектра ветряных сил, действующих на прямоугольные здания и квадратные здания с усеченными углами. Эта формула обладает лучшими особенностями, чем предыдущие.

Для исследования аэродинамических свойств амортизации зданий использовались аэроэластичные модели. Основа для поддержки аэроэластичных моделей высоких зданий была специально разработана для данных тестов. Частоту, массовое распределение и амортизацию аэроэластичных моделей можно было легко подстроить для параметрического исследования. Три ряда зданий, а именно прямоугольных, квадратных с усеченным углом и зданий с непрерывно стягивающимся поперечным сечением, были смоделированы и протестированы в четырех категориях ландшафтных условий в аэродинамической трубе в университете Тонджи. Были полностью исследованы эффекты формы поперечного сечения и динамический параметр зданий, а также эффект ландшафтных условий на аэродинамическую амортизацию. Средний по продолжительности метод технологии случайного уменьшения и метод стохастической подпространственной идентификации были приняты в текущем исследовании для определения степени аэродинамической амортизации. Формула степени аэродинамической амортизации квадратного здания была выведена для практического применения на основе результатов тестов и анализа.

Также был разработан новый метод определения эквивалентной статической ветряной нагрузки. Прежде всего, эквивалентная статическая ветряная нагрузка была поделена на средние, резонансные и второстепенные компоненты для отдельного вычисления, и эти компоненты были объединены в полную эквивалентную статическую нагрузку ветра. Резонансный компонент равен инерционной силе вследствие вибрации структуры, а второстепенный компонент, по сути, является основной эквивалентной статической ветряной нагрузкой.

Пока в китайском строительном регламенте не было соответствующих инструкций, структурные инженеры не учитывали ветряную нагрузку и реакцию многих сверхвысоких зданий и структур. Зато вышеуказанные формулы и методы были приняты в новом регламенте при проектировании и возведении многих новых сверхвысоких зданий.

Тенденция постройки все более высоких зданий и структур подразумевает, что исследователи столкнутся с новыми проблемами, включая те, которые они в настоящее время не осознают. Поэтому особенно важно приложить как можно больше усилий для  решения технических проблем проектов и дальнейшего развития проектирования с учетом ветра.

Кстати, неизвестно, как у китайцев, а в России ведение сметных работ про проекту значительно упрощено благодаря инфомационным технологиям. Строительная программа Гранд Смета позволяет автоматизировать и ускорить процессы, связанные с планированием строительства. И если лет 5-10 лет назад подобные сметные программы содержали ряд недостатков, то сегодня программная часть в значительной степени скорректирована.

31.10.2011