Wyznaczenie obciążeń wiatrem dla budynku wysokiego o złożonej geometrii z wykorzystaniem analizy przepływu CFD

• Autorzy: Okoński Robert , Ambroziak Andrzej

Warianty tytułu

EN

Determination of wind loads for a tall building with complex geometry using CFD flow analysis

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy poruszono tematykę wykorzystania analizy przepływu CFD do wyznaczenia obciążeń wiatrem dla budynku wysokiego o złożonej geometrii przestrzennej. Przedstawione wyniki obliczeń analitycznych dla budynku wysokiego porównano z wynikami obliczeń numerycznych wykonanych w programie R-Wind Simulation. Dokonano analizy optymalizacji geometrycznej kształtu budynku w zakresie wpływu kąta skrętu (modyfikacja typu makro) i zaokrąglenia/fazowania narożników (modyfikacja typu mikro) na wypadkowe siły od obciążenia wiatrem oraz na aerodynamiczne współczynniki sił. Całość wyników podsumowano i sformułowano wnioski w odniesieniu do wyznaczania wielkości obciążenia wiatru działającego na budynek wysoki.

EN

The paper addresses the use of CFD flow analysis to determine wind loads for a tall building with complex spatial geometry. The presented results of analytical calculations for a tall building were compared with the results of numerical calculations performed in the R-Wind Simulation program. The geometric optimization of the building shape was analyzed in terms of the influence of the turning angle (macro-type modification) and corner rounding (micro-type modification) on the resultant forces from wind loads and on the aerodynamic force coefficients. All the results were summarized and conclusions were formulated concerning wind load acting on a tall building with complex geometry.

Słowa kluczowe

PL

analiza CFD; obciążenie wiatrem; PN-EN 1991-1-4; R-Wind Simulation; budynek wysoki; optymalizacja geometryczna

EN

CFD analysis; wind load; PN-EN 1991-1-4; R-Wind Simulation; high-rise building; geometric optimization

• Wydawca: Fundacja Polskiego Związku Inżynierów i Techników Budownictwa
• Czasopismo: Przegląd Budowlany
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 93, nr 11-12
• Strony: 42--51
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Okoński Robert

autor

Ambroziak Andrzej

• Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Politechnika Gdańska

Bibliografia

• [1] Żurański J. A., Gaczek M., Oddziaływanie wiatrów katastrofalnych na budynki w Polsce, Przegląd Budowlany 11/2009, str. 26-31
• [2] Paruch R., Oddziaływanie wiatru na budynek wysoki w aspekcie rozwoju form architektonicznych i systemów konstrukcyjnych, Mechanik 7/2016, str. 782-783. https://doi.org/10.17814/mechanik.2016.7.172
• [3] Lipecki T., Oddziaływanie wiatru na budynki wysokie w świetle badań własnych i ujęć normowych, Budownictwo i Architektura 12/2013, str. 143-150
• [4] Rzymski E., Dohojda M., Projekt budynku wysokiego w konstrukcji trzonowo-szkieletowej, Przegląd Budowlany 3/2019, str. 38-48
• [5] Gąćkowski R., The Influence of Wind on the Work of the Structure of Columnar Elements in Reinforced Concrete Tall Buildings, Zeszyty Naukowe Politechniki Częstochowskiej, seria Budownictwo 1/2021, tom 27, str. 51-57 https://doi.org/10.17512/znb.2021.1.08.
• [6] Flaga A., Projektowanie ze względu na wiatr - rola badań w tunelach aerodynamicznych, Builder 8/2015, str. 60-63
• [7] Rokicki W., Pietrzak J., Wrona M., Wpływ obciążeń od wiatru na budynek wysoki o nieregularnej formie - badania modelowe, Przestrzeń, Ekonomia, Społeczeństwo 12/2017 str. 179-191
• [8] Lipecki T., Struktura wiatru i badania modelowe obciążenia wiatrem budowli prostopadłościennych, Lublin, Politechnika Lubelska, 2015
• [9] Kłaput R., Kocoń A., Flaga A., Air flow formation in the inlet of a closed circuit boundary layer wind tunnel using the one-set guide vanes solution, Czasopismo Techniczne 8/2017, str. 81-98 https://doi.org/10.4467/2353737XCT.17.131.6882.
• [10] Wendt J. F. editor, Computational fluid dynamics, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2009
• [11] Wilkinson S., Hanna S., Approximating Computational Fluid Dynamics for Generative Tall Building Design, International Journal of Architectural Computing 12/2014, str.155-177, https://doi.org/10.1260/1475-472X.12.2.155
• [12] Blocken B., Stathopoulos T., Carmeliet J., Hensen J. L. M., Application of computational fluid dynamics in building performance simulation for the outdoor environment: An overview, Journal of Building Performance Simulation 4/2011, str. 157-184, https://doi.org/10.1080/19401493.2010.513740
• [13] Okoński R., Ambroziak A., Analiza porównawcza sposobów wyznaczania obciążeń wiatrem na podstawie norm projektowych i analizy przepływu CFD, Przegląd Budowlany 3-4/2022, str. 22-33
• [14] Zheng C.-R., Zhang Y.-C., Computational Fluid Dynamics study on the performance and mechanism of suction control over a high-rise building, The Structural Design of Tall and Special Buildings 21/2012, str. 475-491, https://doi.org/10.1002/tal.622
• [15] Hanna S. R., Brown M. J., Camelli F. E., Chan S. T., Coirier W. J., Hansen O. R., et all, Detailed simulations of atmospheric flow and dispersion in downtown Manhattan: An applications of five computational fluid dynamics models, Bulletin of the American Meteorological Society 87/2006, str. 1713-1726, https://doi.org/10.1175/BAMS-87-12-1713
• [16] Tominaga Y., Computational fluid dynamics simulation of snowdrift around buildings: Past achievements and future perspectives. Cold Regions Science and Technology 2018, tom 150, str. 2-14, https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2017.05.004.
• [17] Weerasuriya A. U., Computational Fluid Dynamic (CFD) simulation of flow around tall buildings, Engineer 3/2013, str. 46-43, https://doi.org/10.4038/engineer.v46i3.6784
• [18 Obuchowicz R., Wind resources in the urban structure - CFD numerical analysis. Possibilities of using wind energy on the example of the Słoneczne estate in Szczecin. Space&FORM 2021, str. 47-64, https://doi.org/10.21005/pif.2021.46.C-04
• [19] Piechna J., Tudruj S., Kamieniecki K., Jóźwiak R., Analiza numeryczna interakcji opływu pomiędzy grupami budynków o różnych wysokościach, Fizyka Budowli w Teorii i Praktyce 10/2018, str. 25-30
• [20] Sztarbała G., Prognozowanie rozprzestrzeniania się dymu w budynkach przy wykorzystaniu metod numerycznej mechaniki płynów (CFD), Prace Instytutu Techniki Budowlanej 2005, tom 134, str. 49-56
• [21] Węgrzyński W., Wpływ układu przegród w budynku na przepływ dymu w warunkach pożaru, Warszawa, Instytut Techniki Budowlanej, 2021
• [22] Sztarbała G., CFD jako narzędzie do projektowania wentylacji pożarowej garaży, Polski Instalator 9/2004, str. 2-6
• [23] Woźniczka P., Modelowanie komputerowe pożaru w halach wielkopowierzchniowych, Journal of Civil Engineering and Architecture 64/2017, str. 7-16, https://doi.org/10.7862/rb.2017.99
• [24] Fliszkiewicz M., Krauze A., Maciak T., Badanie skuteczności projektowanych instalacji wentylacji oddymiającej przy wykorzystaniu symulacji CFD, Zeszyty Naukowe SGSP 4/2012, str. 13-35
• [25] Burdzy T., Kubicki G., Analiza wpływu wydajności nawiewu w systemach oddymiania klatek schodowych na podniesienie efektywności instalacji. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja 1/2019, tom 50, str. 22-28, https://doi.org/10.15199/9.2019.1.4
• [26] Węgrzyński W., Wentylacja pożarowa garaży zamkniętych w świetle pożarów pojazdów elektrycznych, Instal 7-8/2021, str. 27-32, https://doi.org/10.36119/15.2021.7-8.4.
• [27] Porowski R., Bańkowski P., Klapsa W., Starzomska M., Więckowski A., Modelowanie CFD wentylacji pożarowej w tunelu drogowym, Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza 2018, tom 52, str. 140-166, https://doi.org/10.12845/bitp.52.4.2018.9
• [28] Walentynowicz J., Matracki J., Wrzesień S., Frant M., Doświadczalno-numeryczne badania pływania kołowego transportera opancerzonego, Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej 55/2006, str. 7-21
• [29] Chajec W., Dziubiński A., Obliczenia flatteru prostokątnego płata ze sterem za pomocą MSC Nastran, ZONA ZAERO i ANSYS Fluent - porównanie z wynikami w tunelu aerodynamicznym, Transactions of the Institute Aviation 2016, tom 243, str. 53-72, https://doi.org/10.5604/05096669.1205243
• [30] RMJM n.d. https://rmjm.com/
• [31] PN-EN 1991-1-4 Eurokod 1: Oddziaływania na konstrukcje - Część 1-4: Oddziaływania ogólne - Oddziaływania wiatru, Warszawa, Polski Komitet Normalizacyjny, 2018
• [32] Rocki D., Automatyzacja prac projektowych przy użyciu programu Panel Connector, Pomiary - Automatyka - Robotyka 2020, tom 24, str. 43-49 https://doi.org/10.14313/PAR_237/43.
• [33] Salamak M., Jasinski M., Plaszczyk T., Zarski M., Analytical Modelling in Dynamo. Trans VŠB - Technical Univesity of Ostrava, Civil Engineering Services 18/2019, str. 36-43, https://doi.org/10.31490/tces-2018-0014
• [34] Alaghmandan M., Elnimeiri M., Reducing Impact of Wind on Tall Buildings through Design and Aerodynamic Modifications (Architectural and Structural Concepts to Mitigate Wind Effect on Tall Buildings), Architectural Engineering Conferences 2013, Reston, VA: American Society of Civil Engineers, 2013, str. 847-856, https://doi.org/10.1061/9780784412909.083
• [35] Błazik-Borowa E., Problemy związane ze stosowaniem modelu turbulencji k-[epsilon] do wyznaczania parametrów opływu budynków, Lublin, Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, 2008
• [36] Błazik-Borowa E., Podgórski J., Dobór warunków brzegowych ciśnienia w metodzie k-[epsilon]. Fizyka Budowli w Teorii i Praktyce 5/2010, str. 5-10