Чисельне моделювання вітрового впливу на конструкції стадіону в модулі RWIND програмного комплексу DLUBAL RFEM
DOI:
https://doi.org/10.32347/2522-4182.14.2024.89-101Ключові слова:
Стадіон, навіс, числове моделювання, вітровий потік, аеродинамічні коефіцієнтиАнотація
В даній роботі досліджений вплив вітрового навантаження на відновлювану будівлю стадіону в м. Маріуполь, зруйнованого в результаті бойових дій. Розглянуто еліпсоподібна в плані споруда, конфігурація трибун і покриття якого являє собою повну чашу з неповним покриттям. Сталевий каркас покриття над трибунами запроєктований у вигляді навісу на консольних плоских фермах. Основу каркасу становлять вертикальні сталеві рами.
Розглянуто проблематику використання вітчизняних норм при проєктуванні стадіонних споруд з покриттям над трибунами та підхід європейських нормативних документів щодо врахування дії вітрового впливу. Виконано аналіз попередніх наукових досліджень, що стосуються визначення аеродинамічних показників для стадіонних споруд, який показав необхідність проведення чисельного моделювання. Створено модель споруди відповідно до проєктних рішеннь. За допомогою спеціального модулю RWIND в складі програмного комплексу Dlubal RFEM імітувався вітровий потік, аналогічний до створюваного в аеродинамічній трубі. Результати теоретичного дослідження представлені у вигляді діаграм розподілу аеродинамічних коефіцієнтів, які використані для подальшого визначення значень вітрового тиску на несучі конструкції та виконання статичних розрахунків каркасу.
Проведено аналіз результатів дослідження. Використання інструментів чисельного моделювання вітрового потоку дозволило підвищити складність системи як на рівні конструктивного рішення, так і на рівні розрахункової моделі. Для унікальної споруди показана можливість визначення значень аеродинамічних коефіцієнтів, отриманих за чисельним моделюванням просторової структури. Аналіз результатів надав можливість кваліфіковано обрати необхідні конструктивні рішення несучих конструкцій сталевого каркасу споруди з урахуванням вимог чинних норм проєктування та нормативних положень Єврокод 1.
Посилання
ДБН В.1.2-2:2006 Система забезпечення надійності та безпеки будівельних об'єктів. Навантаження і впливи. Норми проєкту-вання. – К.: Мінбуд України, 2006. – 75 с. - (зі змінами від 1.10.2007). – Чинні з 1.01.2007
ДСТУ-Н Б EN 1991-1-4:2010 Єврокод 1. Дії на конструкції. Частина 1-4. Загальні дії. Вітрові навантаженн (EN 1991-1-4:2005, ITD) - К.: Мінрегіонбуд України, 2011. – 157 c. – Чинний з 27.12.2010
Biagini, P., Borri, C., Facchini, L. (2007). Wind response of large roofs of stadiums and arena, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, v. 95(9–11), 871–887.
http://dx.doi.org/10.1016/j.jweia.2007.01.025
Терещенко Ю.И., (2010). Особенности реконструкции областного спортивного комплекса «Металлист» в г. Харькове. Збірник наукових праць Українського науково-дослідного та проєктного інституту сталевих конструкцій ім. В.М. Шимановського (5), 15-24,
Бензель О., Лавріненко Л. (2021). Інформаційне моделювання сталевої будівлі з підвищеними вимогами жорсткості. Будівельні конструкції. Теорія і практика. (9), 30–44.
https://doi.org/10.32347/2522-4182.9.2021.30-44
Махінько А.В. (2021). Два погляди на сучасну аеродинаміку опор зв’язку. Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво), ПолтНТУ. - Вип. 2 (30), 118-121.
Borri C., Majowiecki M., Spinelli P.. (1992). Wind response of a large tensile structure: The new roof of the Olympic stadium in Rome. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. V. 42. Issues 1–3(1992). 1435-1446.
https://doi.org/10.1016/0167-6105(92)90151-Y.
Man, Liu., Qiu-Sheng, Li., Sheng-Hong, Huang., Feng, Shi., Fubin, Chen. (2018). Evaluation of wind effects on a large span retractable roof stadium by wind tunnel experiment and numerical simulation. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. (179), 39-57.
https://doi.org/10.1016/j.jweia.2018.05.014.
Yi, Zhao., Ruibin, Li., Lu, Feng., Yan, Wu., Jianlei, Niu., Naiping, Gao. (2022) Boundary layer wind tunnel tests of outdoor airflow field around urban buildings: A review of methods and status. Renewable and Sustainable Energy Reviews, (167), 112717
https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112717.
Wacker J., (2012). Windkanaltests zur Ermittlung der Windlasten auf Stadiondächer. Stahlbau, (81), 481-485.
https://doi.org/10.1002/stab.201201573
Goliger, AM. (2010). Wind-tunnel testing of sports stadia to optimize their use and safety. Journal of the South African Institution of Civil Engineering, 52(1) Retrieved January 22, 2024, from http://www.scielo.org.za/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1021-20192010000100004&lng=en&tlng=en.
Sun, W. B., Li, Q. X., Chen, H. X., & Zhou, W. J. (2011). Wind-Induced Responses Study and Wind-Resistant Design of Super-Long-Span Cable-Membrane Roof Structure of Shenzhen Baoan Stadium. In Applied Mechanics and Materials (71–78), 666–672.
https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amm.71-78.666
Кінаш Р.І., Копилов О.Є., Копилова І.В. (2007). Дослідження впливу форми даху стадіону на аеродинамічне навантаження. Вісник Національного університету «Львівська політехніка». Серія: Теорія і практика будівництва,(600), 165-170.
Kawulok M, Freiherrová N, Horňáková M, Juračka D, Krejsa M. (2023). Hyperbolic Paraboloid Tensile Structure—Numerical CFD Simulation of Wind Flow in RWIND Software. Buildings. 13(3), 681.
https://doi.org/10.3390/buildings13030681
Кінаш Р.І., (2010). Аеродинамічні дослідження моделей легких покриттів над трибунами стадіонів. Збірник наукових праць Українського науково-дослідного та проєктного інституту сталевих конструк-цій імені В.М. Шимановського (5), 60-71.
Yin, Z. X., & Zhang, S. (2012). Distribution Rule Analysis and Research of Wind Loads of Stadium by Numerical Simulation. In Applied Mechanics and Materials (256–259), 826–830. Trans Tech Publications, Ltd.
https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amm.256-259.826
Guo J, Zhu M, Hu C., (2020). Study on wind load shape factor of the long-span stadium roof. Advances in Structural Engineering. 23(11). 2333-2342.
Weijun, Mei., Ming, Qu. (2016). Evaluation and Analysis of Wind Flow for a Football Stadium, Procedia Engineering, (145), 774-781,
https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.04.101.
Huang, Y., & Guo, P. (2011). Research on Numerical Simulation of Flow-Field around the Building Based on FLUENT. Mechanics and Materials, (94–96), 2123–2129.
https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amm.94-96.2123
Li, Lei., Hu, Fei., Cheng, Xue-Ling., Han, Hao-Yu., (2004). The application of computational fluid dynamics to pedestrian-level wind safety problem induced by high-rise buildings. Chinese Physics, (13. Issue 7), 1070-1075.
https://dx.doi.org/10.1088/1009-1963/13/7/018
Jin, Xing., Luca, Patruno., Stefano, de Miranda., Stefano, Pinardi., Massimo, Majowiecki., Francesco, Ubertini. (2023) Early stages wind load assessment using Computational Fluid Dynamics: The new Bologna Stadium roof. Structures, (47), 1912-1926.
https://doi.org/10.1016/j.istruc.2022.11.089.
Лавріненко Л.І., Будко Т.Г. (2021) Застосування методів і моделей ВІМ-технологій при проектуванні купольного покриття аквапарку з дерев’яними арками. Сучасні будівельні конструкції з металу та деревини: Збірник наукових праць, ОДАБА, (25), 72-84 https://doi.org/10.31650/2707-3068-2021-25-72-84
Samofalov M., Kazakov A., Pavlovsky R. M. (2011). The basic principles of the algorithm recalculating data on experimental aerodynamic tests into wind affected load strains, Journal of Civil Engineering and Management 17(2), 296–307.
http://dx.doi.org/296–307.10.3846/13923730.2011.583676
Majowiecki, M., Pinardi, S., Berti, G., Patruno, L.. (2019) Upgrading the Spoke Wheel Stadium Roof Concept. Journal of the International Association for Shell and Spatial Structures, (60, 4), 249-256,
Лавріненко Л.І., Уманець Д.В. (2013). Особливості проектування та аналіз конструктивного рішення металевого купольного покриття аквапарку. Містобудування та територіальне планування, КНУБА, (50), 328 – 336
Dlubal Software. RWIND—Simulation Generation of Wind Induced Loads on General Models: User Manual. 2021., [Електронний ресурс] https://www.dlubal.com
