Відмінності між версіями «Проектування висотних будівель»

Версія за 23:03, 22 листопада 2016

Без використання ресурсномістких розрахунків і віртуального моделювання фізичних процесів на сучасних суперкомп'ютерах більшість актуальних і важливих завдань для таких галузей промисловості, як будівництво, автомобілебудування, авіабудування та ін., не можуть бути вирішені.

геометрична конфігурація висотного комплексу

Скорочення вільних територій під будівництво в великих містах призводить до необхідності будувати висотні будівлі (вище 50-100 м). Висотна будівля - це складний організм, де повинні бути взаємопов'язані всі проектні рішення інженерних систем, а досвіду проектування і тривалої експлуатації таких будівель у вітчизняному містобудуванні практично немає. Аеродинамічний режим обтікання висотної будівлі характеризується підвищеними значеннями тиску вітру і складними траєкторіями повітряних потоків по висоті і по периметру будівлі. Для висотної будівлі при розрахунках вітрових навантажень і теплових втрат необхідно враховувати розподіл швидкості вітру по висоті. Вплив верхніх шарів повітря на нижні при обтіканні будівлі потоком вітру призводить до збільшення швидкості повітря біля поверхні землі. Особлива аеродинаміка висотної будівлі пред'являє високі вимоги до його конструктивної міцності. Велика різниця тисків на зовнішній і внутрішній поверхностях огороджувальних конструкцій будівлі визначає напрямок і величину фільтрації повітря через зовнішні огороджувальні конструкції. Крім цього, зовнішня поверхня будівлі, яка піддана впливу сонячної радіації, в літній час досить сильно нагрівається, що призводить до утворення висхідних потоків теплого повітря в приповерхневому шарі. Через великі вітрові навантаження на висотні будівлі виникає певна небезпека при відкриванні вікон верхніх поверхів для їх очищення або провітрювання приміщень. Наприклад, особливу небезпеку викликає одночасне відкривання вікон, орієнтованих на навітряну і підвітряну сторони будівлі. У цьому випадку в приміщенні можуть виникнути дуже сильні повітряні потоки, які викликають руйнівні впливи.

Розподіл вітрового тиску по фасадах комплексу для найбільш несприятливого варіанту навантаження (західний вітер). Напрямок вітру - перпендикулярно до площини малюнка

У районах зі слабкою сейсмічністю вітрові впливи на висотні будівлі є, по суті, основними, а в цілому аеродинамічний вплив зовнішнього клімату на висотну будівлю є екстремальним.Тому дослідження аеродинаміки займають значну частину в загальному обсязі проектних робіт. Як правило, до появи суперкомп'ютерів, ці досліження включали в себе фізичне моделювання в аеродинамічній трубі.З приходом ери суперкомп'ютерів експериментальні дослідження в аеродинамічних трубах витісняються математичним моделюванням на базі новітніх комп'ютерних технологій і програмних комплексів.

Структура повітряного потоку (лінії струму) в пішохідних зонах комплексу висотних будівель (вид зверху)

Розрахунки і візуалізація напряму і величини швидкості повітряного потоку між окремими будівлями висотного комплексу дозволили виявити найменш критичні застійні зони і найбільш критичні області, де при певному сезонному напрямку вітру можуть реалізуватися досить великі швидкості руху повітря в пішохідних зонах.

Моделювання та розрахунки проводились на суперкомп'ютері на базі blade-платформы T-Blade,яка побудована на 10 двопроцесорних лезах,кожне з яких містить процесор 2×Intel(R) Xeon(R) CPU E5410@2,33GHz.

Так з розвитком суперкомп'ютерів і високопродуктивних багатопроцесорних обчислювальних систем стало можливим проводити віртуальнуальне моделювання аеродинамічного обтікання висотних будівель для визначення вітрових навантажень.Розрахунки на суперкомп'ютерах дозволять практично повністю замінити дорогі експерименти в аеродинамічних трубах,які використовуються на сьогоднішній день.

Джерела

Суперкомпьютеры для высотного строительства – виртуальное моделирование аэродинамики и расчет ветровых нагрузок на фасады высотных зданий и комплексов