Сергей Гургенович Саиян — научный сотрудник Научно-образовательного центра компьютерного моделирования уникальных зданий, сооружений и комплексов им. А.Б. Золотова (НОЦ КМ им. А.Б. Золотова)
129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26
РИНЦ AuthorID: 987238, Scopus: 57195230884, ResearcherID: AAT-1424-2021
Sergey G. Saiyan — researcher at the Scientific and Educational Center for Computer Modeling of Unique Buildings, Structures and Complexes named after A.B. Zolotova
26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337
RSCI AuthorID: 987238, Scopus: 57195230884, ResearcherID: AAT-1424-2021
Артемий Викторович Васильев — студент
119991, г. Москва, Ленинский пр-т
Artemiy V. Vasiliev — student
65 Leninskiy pr., Moscow, 119991
Введение. Существующие нормативные методики не всегда адекватно описывают динамический отклик высотных зданий при ветровых воздействиях, особенно с учетом сложной геометрии и взаимодействия с окружающей застройкой. В данном исследовании разработана методика численного моделирования динамического отклика высотных зданий при ветровых воздействиях, учитывающая аэродинамическую интерференцию и разрешающая спектр турбулентных пульсаций на основе нестационарного CFD-моделирования и прямого динамического конечно-элементного анализа. Показан пример использования данной методики и численные результаты моделирования динамического отклика при разных углах атаки ветра башни «Эволюция», входящей в состав ММДЦ «Москва-Сити».
Материалы и методы. Методика разделяет задачу на два этапа: нестационарное аэродинамическое моделирование и расчет динамической реакции конструкции. Для этого разработаны аэродинамические модели комплекса зданий ММДЦ «Москва-Сити» и конечно-элементная модель башни «Эволюция». Для аэродинамического моделирования применена гибридная модель турбулентности SBES, позволяющая разрешать спектр турбулентных пульсаций. Динамический отклик здания вычисляется с использованием прямого динамического конечно-элементного анализа на основе неявного метода Ньюмарка.
Результаты. Результаты аэродинамического моделирования представлены в виде поэтажных распределений аэродинамических сил и моментов для разных направлений ветра. Вычисленный на их основе динамический отклик показал существенное влияние аэродинамической интерференции на поведение здания. Сравнение с расчетами по нормативной методике СП 20.13330.2016 продемонстрировало консервативность последних и необходимость более точных методов расчета.
Выводы. Предложенная методика позволяет более точно прогнозировать динамический отклик высотных зданий при ветровых воздействиях, что имеет важное значение для обеспечения механической безопасности и динамической комфортности. Рекомендуется внедрение данной методики в практику расчетных обоснований высотных зданий, что даст возможность оптимизировать конструктивные решения, повысить механическую безопасность и увеличить экономическую эффективность высотного строительства.
Introduction. Existing normative methodologies do not always adequately describe the dynamic response of high-rise buildings under wind action, especially when considering complex geometry and interaction with surrounding developments. In this study, a numerical simulation methodology for the dynamic response of high-rise buildings under wind action is developed, accounting for aerodynamic interference and resolving the spectrum of turbulent fluctuations based on unsteady CFD-modelling and direct dynamic finite element analysis. An example of using this methodology is shown, along with numerical results of modelling the dynamic response at different wind attack angles of the “Evolution” Tower, which is part of the Moscow International Business Centre “Moscow-City”.
Materials and methods. The methodology divides the problem into two stages: unsteady aerodynamic modelling and calculation of the dynamic response of the structure. Aerodynamic models of the building complex of the Moscow International Business Centre “Moscow-City” and a finite element model of the “Evolution” Tower were developed for this purpose. A hybrid turbulence model SBES was applied for aerodynamic simulation, allowing the resolving of the spectrum of turbulent fluctuations. The dynamic response of the building is calculated using direct dynamic finite element analysis based on the implicit Newmark method.
Results. The results of aerodynamic simulation are presented as floor-by-floor distributions of aerodynamic forces and moments for different wind directions. The calculated dynamic response based on these results showed a significant influence of aerodynamic interference on the building’s behaviour. Comparison with calculations using the normative methodology CP 20.13330.2016 demonstrated the conservatism of the latter and the need for more accurate calculation methods.
Conclusions. The proposed methodology allows for a more accurate prediction of the dynamic response of high-rise buildings under wind action, which is crucial for ensuring mechanical safety and dynamic comfort. It is recommended to implement this methodology in the practice of design justification for high-rise buildings, which will optimize structural solutions, enhance mechanical safety, and increase the economic efficiency of high-rise construction.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.