Ветровые нагрузки на башню

Математическое Моделирование от профессионалов

Математическое моделирование ветровых нагрузок на башню

Антенные системы, устанавливаемые в портах и на побережьях, являются важной и неотъемлемой частью морской инфраструктуры. Кроме непосредственно связи, они обеспечивают безопасность всего навигационного поля и позволяют более точно определять местоположение судов. Актуальность строительства подобных сооружений в настоящее время достаточно велика в связи с увеличением количества перевозимых по морю грузов и перспективами развития северного морского пути.

Как известно, ветровая нагрузка на сооружения на побережье наиболее сильна. В связи с этим, рассматриваемая в данной работе береговая антенная башня, строящаяся в Калининградской области и согласно строительным нормам относящаяся к сооружениям повышенного уровня ответственности, требует учитывать ветровое давление только по результатам аэродинамических испытаний в специализированных трубах или, как в данном случае, при помощи математического моделирования. Данный метод основан на численном решении трехмерных дифференциальных уравнениях Навье-Стокса, отражающие общие законы механики сплошной среды. Скорость выполнения расчётов ветровой нагрузки на конструкции данным методом намного выше, при гораздо лучшей информативности.

Антенная башня расположена на побережье Балтийского моря в районе Калининградского порта, что соответствует III ветровому району. Тип местности определен как «А», в связи с отсутствием окружающей застройки и наличия обширной водной поверхности со стороны большинства румбов.

Это позволило при расчёте ветровой нагрузки на конструкции считать окружающий ландшафт в модели «плоским». При проведении расчетов ветровой нагрузки на башню на входе в расчетную область задавался логарифмический профиль скорости ветра, соответствующий изменению ветрового давления с высотой. В частности, на высоте 59 м (высота башни), задаваемая скорость соответствовала давлению в точке торможения 647 Па.

По согласованию с организацией, осуществляющей основные проектные работы, при расчёте ветровой нагрузки башня для удобства была условно поделена на элементы с шагом по высоте 2 метра. Отдельно также учитывались технологические площадки. Для каждого элемента были рассчитаны усилия в трёх проекциях и их равнодействующая для 8 направлений ветра. В дальнейшем, при расчёте на прочность, данные ветровой нагрузки на сооружение задавались в соответствии как с величиной, так и с направлением, в сочетании с остальными нагрузками (масса конструкции, вес оборудования и др).

В качестве иллюстраций результаты расчётов были представлены в виде изополей коэффициентов среднего ветрового давления на ограждающие конструкции антенной башни и полей модуля скорости течения воздуха в вертикальном и горизонтальных сечениях на различных высотах.

Ветровое давление Ветровое давление
Ветровое давление Ветровое давление
Поле скорости в горизонтальной плоскости Поле скорости в горизонтальной плоскости
Ветровая нагрузка на сооружения Ветровая нагрузка на сооружения
Профиль скорости ветра Профиль скорости ветра
Ветровая нагрузка на сооружения Ветровая нагрузка на сооружения