Расчетные аэродинамические исследования комплекса Московского международного делового центра «Москва-Сити» при последовательном возведении зданий

Введение. Проводятся расчетные исследования аэродинамической интерференции Московского международного делового центра (ММДЦ) «Москва-Сити» при последовательном возведении зданий с учетом их хронологического порядка. До настоящего момента для данного комплекса исследования аэродинамической интерференции выполнялись только для проектируемых зданий с учетом окружающей актуальной и перспективной застройки без расчетных исследований их влияния на уже построенные здания. На основе численного моделирования показана важность учета аэродинамической интерференции и сделаны выводы о взаимовлиянии высотных зданий, а также выявлены наиболее опасные углы атаки ветра, способствующие возникновению максимальных значений средней и пульсационной составляющих ветрового воздействия.

Материалы и методы. Расчетный анализ осуществляется на основе методов численного моделирования в программном комплексе ANSYS Fluent. Для расчетных исследований разработаны, верифицированы и валидированы квазидвухмерные аэродинамические модели комплекса зданий ММДЦ «Москва-Сити».

Результаты. Приведены результаты для 256 расчетных случаев, включающих 13 расчетных вариантов с последовательным возведением зданий комплекса ММДЦ «Москва-Сити» и 19 расчетов отдельностоящих высоток. Каждый расчет выполнялся для 8 направлений атаки ветра. В качестве результатов приводятся средние и пульсационные суммарные аэродинамические силы и моменты в зависимости от хронологии возведения сооружений для каждого из зданий комплекса. Определены наиболее опасные направления ветра на основе построенных лепестковых диаграмм аэродинамических коэффициентов (средних и пульсационных) в зависимости от количества возведенных зданий комплекса ММДЦ «Москва-Сити».

Выводы. На примере последовательного возведения комплекса ММДЦ «Москва-Сити» показана важность учета аэродинамической интерференции в условиях плотной и изменяющейся городской застройки как для новых, так и уже построенных зданий. Аэродинамическая интерференция приводит к эффектам ветрового экранирования и усилению ветра, что влияет на механическую безопасность зданий и сооружений.

1. Белостоцкий А.М., Акимов П.А., Афанасьева И.Н. Вычислительная аэродинамика в задачах строительства : учебное пособие. М. : АСВ, 2017. 720 с.

2. Гузеев А., Корнилов Д., Короткин А., Соловьев С. Аэродинамические испытания высотных зданий и сооружений // Высотные здания. 2015. № 1. С. 102–105.

3. Kar R., Dalui S.K. Wind interference effect of neighbouring square buildings in rhombic arrangement on an octagonal building // ASPS Conference Proceedings. 2022. Vol. 1. Issue 1. Pp. 1463–1469. DOI: 10.38208/acp.v1.677

4. Zu G., Lam K. LES and wind tunnel test of flow around two tall buildings in staggered arrangement // Computation. 2018. Vol. 6. Issue 2. P. 28. DOI: 10.3390/computation6020028

5. Sanyal P. AELH-, CFD-, and ANN-based wind interference zone prediction of regular tall buildings // Asian Journal of Civil Engineering. 2023. Vol. 24. Issue 8. Pp. 3881–3891. DOI: 10.1007/s42107-023-00683-5

6. Gurjar S., Amin J.A. Numerical simulation of Wind induced mean interference between two tall buildings // Journal of Materials and Engineering Structures. 2017. No. 4. Pp. 181–192.

7. Cui H., An H., Ma M., Han Z., Saha S.C., Liu Q. Experimental study on wind load and wind-induced interference effect of three high-rise buildings // Journal of Applied Fluid Mechanics. 2023. Vol. 16. Issue 11. DOI: 10.47176/jafm.16.11.1897

8. Wu X., Sun Y., Wu Y., Su N., Peng S. The interference effects of wind load and wind-induced dynamic response of quayside container cranes // Applied Sciences. 2022. Vol. 12. Issue 21. P. 10969. DOI: 10.3390/app122110969

9. Khanduri A.C. Wind-induced interference effects on buildings-integrating experimental and computerized approaches: a thesis doctor of philosophy. Canada, 1997. 334 p.

10. Гамбал С., Стоянов С. Аэродинамика высотных зданий // Высотные здания. 2006. № 1. С. 52–53.

11. Ekici E. Plot 17–18 project: tall building design in “Moscow-City” // CTBUH 2016 Shenzhen, Guangzhou, Hong Kong Conference. 2016. Pp. 1314–1321.

12. Белостоцкий А.М., Дубинский С.И., Афанасьева И.Н. Численное моделирование задач строительной аэродинамики. Разработка методик расчета ветровых воздействий и исследование реальных объектов // Вестник МГСУ. 2010. № 4–5. С. 182–185. EDN RTUJSB.

13. Дубинский С.И. Численное моделирование ветровых воздействий на высотные здания и комплексы : дис. … канд. техн. наук. М., 2010. 198 с. EDN QEVMND.

14. Белостоцкий А.М., Негрозова И.Ю., Горячевский О.С. Оценка аэроупругой устойчивости шпиля башни // Вестник МГСУ. 2023. Т. 18. № 11. С. 1745–1762. DOI: 10.22227/1997-0935.2023.11.1745-1762

15. Горячевский О.С. Численное моделирование ветровых давлений на окна. Валидация для типового многоэтажного здания квадратной формы // International Journal for Computational Civil and Struc-tural Engineering. 2023. № 19 (3). С. 114–129. DOI: 10.22337/2587-9618-2023-19-3-114-129

16. Попов Н.А. Проведение комплекса работ по статистическому и графическому анализу результатов модельных испытаний в аэродинамической трубе здания, возводимого на участках № 2–3 ММДЦ «Москва-Сити», и прилегающих пешеходных зонах. М. : Эталон-Проект, 2007. 85 с.

17. Попов Н.А. Рекомендации по назначению расчетных ветровых нагрузок, в соответствии с тре-бованиями российских норм расчетных ветровых нагрузок, действующих на здание, возводимое на участках № 2–3 «ММДЦ Москва-Сити». М. : ЦНИИСК им. Кучеренко, 2007. 51 с.

18. Wang X., Zhang G., Li Y., Kong H., Liu L., Zhang C. Field measurements of wind-induced responses of the shanghai world financial center during super typhoon Lekima // Sensors. 2023. Vol. 23. Issue 14. P. 6519. DOI: 10.3390/s23146519

19. Yi J., Li Q.S. Wind tunnel and full-scale study of wind effects on a super-tall building // Journal of Fluids and Structures. 2015. Vol. 58. Pp. 236–253. DOI: 10.1016/j.jfluidstructs.2015.08.005

20. Charisi S., Thiis T.K., Aurlien T. Full-scale measurements of wind-pressure coefficients in twin medium-rise buildings // Buildings. 2019. Vol. 9. Issue 3. P. 63. DOI: 10.3390/buildings9030063

21. Lee B.E. The effect of turbulence on the surface pressure field of a square prism // Journal of Fluid Mechanics. 1975. Vol. 69. Issue 2. Pp. 263–282. DOI: 10.1017/S0022112075001437

22. Bearman P.W., Obasaju E.D. An experimental study of pressure fluctuations on fixed and oscillating square-section cylinders // Journal of Fluid Mechanics. 1982. Vol. 119. Pp. 297–321. DOI: 10.1017/S0022112082001360

23. Tamura T., Ono Y. LES analysis on aeroelastic instability of prisms in turbulent flow // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2003. Vol. 91. Issue 12–15. Pp. 1827–1846. DOI: 10.1016/j.jweia.2003.09.032

24. Du X., Shi D., Dong H., Liu Y. Flow around square-like cylinders with corner and side modifications // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2021. Vol. 215. P. 104686. DOI: 10.1016/j.jweia.2021.104686

25. Cao W., Wang X., Liu Y., Yin Y., Yang J., An J. Large eddy simulation on wind-induced interference effects of staggered chamfered square cylinders // Scientific Reports. 2023. Vol. 13. Issue 1. DOI: 10.1038/s41598-023-44711-5