Սահմանային շերտի աերոդինամիկ թունելներ. Կառուցվածքային հողմային ճարտարագիտություն աշտարակների, կամուրջների և մարզադաշտերի համար
Ինչպես են սահմանային շերտի աերոդինամիկ թունելները վերարտադրում մթնոլորտային քամին աշտարակների և կամուրջների մասշտաբային մոդելների վրա, ինչ փորձարկումներ գոյություն ունեն և ինչ է պահանջում ASCE 49-21-ը։
Քամին շենքին չի հասնում որպես միատեսակ հոսք։ Այն հասնում է որպես մթնոլորտային սահմանային շերտ՝ ավելի դանդաղ գետնի մոտ, ավելի արագ բարձրության վրա, տուրբուլենտ բոլոր մակարդակներում և արդեն իսկ խաթարված հոսանքն ի վեր գտնվող ամեն ինչի կողմից։ Սահմանային շերտի աերոդինամիկ թունելը (BLWT) գոյություն ունի հենց դա վերարտադրելու համար, որպեսզի աշտարակի մոդելը ենթարկվի այնպիսի քամու ազդեցության, որին կբախվի իրական կառույցը։
Սա տարբերվում է ավիացիոն փորձարկումներից։ Աերոդինամիկայում դուք ջանք չեք խնայում հոսքը մաքուր դարձնելու համար։ Հողմային ճարտարագիտության մեջ դուք ջանք եք գործադրում այն ճիշտ ձևով «կեղտոտելու» համար։
1. Ինչու նորմերը միշտ չէ, որ բավարար են
Նախագծման նորմերն ապահովում են հուսալի հողմային բեռնվածքներ ստանդարտ տեղանքում կանոնավոր ձևերի համար։ Ժամանակակից ճարտարապետությունը հաճախ չի համապատասխանում այս պայմաններից և ոչ մեկին։ Նեղացող և ոլորված աշտարակները, բաց պոդիումային մակարդակները, մեծ բարձակները, մեծ թռիչքով տանիքները և հարևան բարձրահարկերի խիտ կուտակումները դուրս են այն երկրաչափություններից, որոնց համար տրամաչափվել են նորմատիվայ ին բանաձևերը։
Նորմերն ընդունում են սա. աերոդինամիկ թունելում փորձարկման ընթացակարգն ընդունված այլընտրանքային ուղի է հիմնական համակարգերում՝ ASCE 7-ը Հյուսիսային Ամերիկայում, EN 1991-1-4-ը Եվրոպայում, և փորձարկումը հաճախ միակ ճանապարհն է հիմնավորելու այն նախագիծը, որն աղյուսակները չեն կարող նկարագրել։
Կոմերցիոն տրամաբանությունը սովորաբար ավելի պարզ է, քան տեխնիկականը։ Անսովոր աշտարակի վրա նորմերի վրա հիմնված բեռնվածքները հակված են լինել պահպանողական, և այդ պահպանողականության համար վճարվում է պողպատով և բետոնով՝ շենքի ողջ բարձրությամբ։ Փորձարկումը, որը նվազեցնում է նախագծային բեռնվածքները, կարող է բազմակի անգամ արդարացնել իր ծախսերը կառույցի հաշվին։ Երբեմն լինում է հակառակը և բացահայտվում է բեռնվածքի այնպիսի դեպք, որը նորմերը երբեք չէին նախատեսել, ինչը զգալիորեն ավելի արժեքավոր է։
2. Ինչով է տարբերվում BLWT-ն
Երկար հոսանքագիծ։ Մոդելից հոսանքն ի վեր գտնվում է ձևավորման հատվածը՝ սրածայրեր, արգելքներ և խորդուբորդության տարրերի դաշտ, որ ոնց խնդիրն է ստեղծել ճիշտ պրոֆիլով տուրբուլենտ սահմանային շերտ։ Ահա թե ինչու են BLWT-ի փորձարկման հատվածները երկար. մթնոլորտը վերարտադրելու համար տարածություն է պահանջվում։
Համապատասխանեցված պրոֆիլներ, ոչ միայն համապատասխանեցված արագություն։ Սիմուլյացիան պետք է վերարտադրի միջին արագության պրոֆիլն ըստ բարձրության, տուրբուլենտության ինտենսիվության պրոֆիլը և տուրբուլենտության ինտեգրալ երկարության մասշտաբները, որոնք բոլորը համապատասխանում են թիրախային տեղանքի կատեգորիային։ Միջին արագությունը ճիշտ, իսկ տուրբուլենտությունը սխալ ստանալը հանգեցնում է վստահ, բայց սխալ պատասխանների։
Երկրաչափական մասշտաբ։ Շենքերի մոդելները սովորաբար կառուցվում են փոքր մասշտաբներով՝ հաճախ 1:200-ից մինչև 1:500 միջակայքում՝ կախված թունելի չափից և նպատակից, իսկ արագության և ժամանակի մասշտաբները բխում են երկրաչափականից։ Ժամանակի մասշտաբավորումն է, որ թունելի մի քանի րոպեանոց աշխատանքը համարժեք է դարձնում իրական չափերի փոթորկի մեկ ժամին։
Շրջապատը մոդելի մի մասն է։ Հարևան շենքերի մերձավորության մոդելը մինչև սահմանված շառավիղ տեղադրվում է պտտվող հարթակի վրա՝ ուսումնասիրվող կառույցի հետ միասին, և պտտվում է քամու ուղղություններով, քանի որ հարևան աշտարակի ինտերֆերենցիոն ազդեցությունները կարող են գերիշխել բեռնվածքի վրա։
3. Փորձարկման հիմնական տեսակները
- Կոշտ ճնշման մոդել։ Հարյուրավոր ճնշման տվիչներ ճակատի ողջ երկայնքով, որոնք ընթերցվում են բարձր հաճախականությամբ։ Ապահովում է երեսպատման ճնշումները, ներառյալ անկյունային և եզրային պիկերը, որոնք թելադրում են ապակեպատման բնութագրերը, և բարձր հաճախականության ճնշման ինտեգրման միջոցով՝ ընդհանուր բեռնվածքները։
- Բարձր հաճախականության ուժերի հավասարակշռում։ Կոշտ կշեռքի վրա գտնվող թեթև կոշտ մոդելը չափում է բազային մոմենտները. կառուցվածքային դինամիկան կիրառվում է դրանից հետո՝ տարբեր մարման և զանգվածի ենթադրությունների համար արձագանքներ ստանալու նպատակով։
- Աերոէլաստիկ մոդել։ Մոդելը վերարտադրում է կոշտությունը և զանգվածի բաշխումը, ուստի կառույցը և հոսքը փոխազդում են։ Սա մեթոդ է սլացիկ աշտարակների, մեծ թռիչքով կամուրջների տախտակամածների և ցանկացած բանի համար, որը գտնվում է մրրկային վիբրացիայի, գալոպինգի կամ ֆլատերի ռիսկի տակ։
- Հետիոտների հողմային հարմարավետություն։ Գետնի մակարդակի վրա քամու արագությունները պոդիումի և մուտքերի շուրջ, որոնք գնահատվում են հարմարավետության և անվտանգության չափանիշների համեմատ. հաճախ սա այն ուսումնասիրությունն է, որը փոխում է լանդշաֆտային դիզայնը։
- Ձյան և ցրման ուսումնասիրություններ։ Տանիքների վրա կուտակումներ և արտանետումների կրկնակի ներթափանցում օդառիչների մեջ։
4. Ինչ է բացահայտում փորձարկումը, որը վրիպում է հաշվարկից
Լայնական քամու արձագանքն ավելի մեծ է, քան երկայնական քամունը։ Սլացիկ աշտարակների համար հաճախ գերիշխում է քամուն ուղղահայաց մրրիկների պոկումը։ Նորմերն անկանոն ձևերի համար սա մշակում են կոպիտ կերպով։
Սինխրոնիզացիա (Lock-in)։ Երբ պոկման հաճախականությունը մոտենում է կառույցի բնական հաճախականությանը, արձագանքը կտրուկ ուժեղանում է։ Այս հոդվածի սկզբում տեղադրված լուսանկարը հենց այդ մեխանիզմն է մանրակերտով. կոհերենտ մրրիկներ, որոնք պոկվում են հետին եզրից որոշակի հաճախականությամբ։
Ոլորում։ Ոչ սիմետրիկ հատակագծի վրա ասիմետրիկ հետքային ճնշումներն առաջացնում են ոլորող մոմենտներ, որոնք պարզ ուժային մոդելները չեն ներկայացնում։
Ինտերֆերենցիա։ Գոյություն ունեցող աշտարակից հոսանքն ի վար տեղադրված նոր աշտարակը կարող է ենթարկվել բաֆեթինգային բեռնվածքների, որոնք շատ ավելի բարձր են մեկուսացված շենքի արժեքներից, և կարող է նաև մեծացնել բեռնվածքներն իր հարևանի վրա, ինչը և՛ իրավական, և՛ ճարտարագիտական հարց է։
Տեղային պիկեր։ Երեսպատման վնասվածքները տեղի են ունենում անկյուններում, ճաղաշարերում և տանիքի եզրերին։ Այնտեղ պիկային ներծծումները մանրամասն, երկրաչափությանը բնորոշ արդյունք են, որն ապահովում է միայն չափումը։
5. Ինչ են պահանջում ստանդարտները
ASCE/SEI 49-21, Աերոդինամիկ թունելում շենքերի և այլ կառույցների փորձարկում, սահմանում է նվազագույն պահանջներ այս փորձարկումների անցկացման և մեկնաբանման համար՝ սահմանային շերտի սիմուլյացիա, տեղային և մակերեսով միջինացված բեռնվածքներ, ընդհանուր հողմային ազդեցություններ, աերոէլաստիկ ակտիվ կառույցներ, ծայրահեղ հողմային կլիմայի և ձյան բեռնվածքի մոդելային ուսումնասիրություններ, և բավարարում է ASCE 7-ի աերոդինամիկ թունելում փորձարկման պահանջներին։ Եվրոպայում EN 1991-1-4-ն ապահովում է համապատասխան շրջանակ հողմային ազդեցությունների համար, որտեղ փորձարկումը հանդիսանում է ուղի դրա շրջանակից դուրս գտնվող կառույցների համար։
Հաստատության սեփականատիրոջ համար գործնական իմաստը հետևյալն է. բավարար չէ ունենալ թունել, որը քամի է արտադրում։ Արդյունքների ընդունումը կախված է նրանից, թե արդյոք ցուցադրվում է, որ սիմուլացված սահմանային շերտը, մոդելի մասշտաբը, չափիչ-կարգավորիչ սարքավորումը (ինստրումենտացիա) և վիճակագրական մշակումը համապատասխանում են ճանաչված ստանդարտին։
6. Ինչ է սա նշանակում, եթե դուք կառուցում եք հաստատությունը
BLWT-ն հատուկ մեքենա է, այլ ոչ թ ե ընդհանուր նշանակության թունել՝ ավելացված պտտվող հարթակով.
- Երկարություն մոդելից առաջ — խորդուբորդության տարրերի և սրածայրերի ձևավորման հատվածը հաճախ գերիշխում է շենքի զբաղեցրած տարածքում։
- Լայնական հատույթ՝ նախատեսված մերձավորության մոդելի համար , ոչ միայն ուսումնասիրվող կառույցի, ընդ որում արգելափակումը պահվում է սահմաններում քամու բոլոր ուղղություններով։
- Ցածր, լավ վերահսկվող արագություններ։ BLWT-ի աշխատանքն իրականացվում է չափավոր արագություններով. կայունությունը և կրկնելիությունը շատ ավելի կարևոր են, քան առավելագույն արագությունը։
- Կարգավորվող խորդուբորդություն։ Տեղանքի կատեգորիաները փոխվում են ըստ նախագծի, ուստի ձևավորման սարքավորումները պետք է արագ վերակազմաձևվեն։
- Ճնշման սկանավորում մասշտաբով։ Հարյուրավոր ալիքներ բարձր ընթերցման հաճախականությամբ, գումարած դրանց հետևում կանգնած տվյալների մշակումը։
- Մոդելների արտադրամաս։ Մոդելների արագ, ճշգրիտ արտադրությունը ծառայության մի մասն է, այլ ոչ թե աութսորսինգի ենթարկված երկրորդական հարց։
- Պտտվող հարթակ և տրավերս , որոնք ինտեգրված են աերոդինամիկ դիզայնի մեջ, այլ ոչ թե ավելացված ավելի ուշ. նույն սկզբունքը, որը մենք նկարագրում ենք
-ում։
Կոնտուրի ընտրությունը հետևում է նույն տրամաբանությանը, ինչ այլուր. տե՛ս
[Article not found: closed-circuit-vs-open-circuit-wind-tunnels-for-research]և մեր
[Article not found: horizontal-vertical-inclined-wind-tunnels-comparison]։
7. Ով է վճարում դրա համար
Հաճախորդների բազան կայուն է և ինստիտուցիոնալ. բարձրահարկ շենքերի կառուցապատողներ, ճարտարապետական և կառուցվածքային ճարտարագիտական ընկերություններ, կամուրջների վարչություններ, մարզադաշտերի և օդանավակայանների նախագծեր, և գնալով ավելի շատ ապահովագրողներ և քաղաքաշինական մարմիններ, որոնք մտահոգված են հետիոտների մակարդակի քամու և ծայրահեղ քամիների նկատմամբ դիմակայունությամբ։
Առանց BLWT-ի տարածաշրջաններն արտահանում են այս աշխատանքը. մոդելները, ճարտարագետները և վճարներն ուղևորվում են այլ վայրում գտնվող թունել՝ շաբաթներ ավելացնելով ծրագրերին։ Սա այն փաստարկն է, որը սովորաբար արդարացնում է ազգային կամ համալսարանական հաստատության ստեղծումը՝ դրա ընձեռած հետազոտական արդյունքի հետ մեկտեղ։
8. Սահմանային շերտի թունելի բնութագրումը
Եթե դուք նախագծում եք նման հաստատություն, չորս ելակետային տվյալներ են ձևավորում հայեցակարգը. ամենաբարձր և ամենամեծ կառույցները, որոնք մտադիր եք փորձարկել, տեղանքի կատեգորիաները, որոնք պետք է սիմուլացնեք, ճնշման ալիքների քանակը, որոնք ձեզ անհրաժեշտ են, և արդյոք աերոէլաստիկ փորձարկումն ի սկզբանե ներառված է շրջանակում։
Մենք նախագծում, արտադրում և շահագործման ենք հանձնում հատուկ թունելներ՝ հիմնված չափումների ծրագրի վրա, որտեղ ձևավորման հատվածը, չափիչ-կարգավորիչ սարքավորումը (ինստրումենտացիա) և մոդելի կառավարումը պլանավորվում են աերոդինամիկ հայեցակարգից սկսած։ Ասեք մեզ, թե ինչ է ձեզ անհրաժեշտ փորձար կել , և մենք կտրամադրենք հայեցակարգային դասավորությունը, հատվածների չափերը և հզորության գնահատականը։
Աղբյուրներ և նշումներ
- ASCE/SEI 49-21, Աերոդինամիկ թունելում շենքերի և այլ կառույցների փորձարկում — շրջանակը, ընդգրկված թեմաները և դրա կապը ASCE 7-ի հետ. ASCE publication page, ANSI webstore listing։ Ստանդարտի ամբողջական տեքստը վճարովի փաստաթուղթ է (ASCE Amplify-ը պահանջում է բաժանորդագրության մուտք) — այստեղ հղում չկա։
- EN 1991-1-4 (Եվրոկոդ 1, հողմային ազդեցություններ կառույցների վրա) վկայակոչվում է որպես եվրոպական շրջանակ. նախագծին հատուկ դրույթների համար խորհրդակցեք ընթացիկ ազգային հավելվածի հետ։
- Մոտավորապես 1:200-ից մինչև 1:500 երկրաչափական մասշտաբները տիպիկ պրակտիկա են և կախված են թունելի չափից, մոդելի մանրամասնությունից և թիրախային տեղանքից. դրանք նորմատիվային պահանջ չեն։
- Հաստատության նախագծման ուղեցույցը (ձևավորման հատվածի երկարո ւթյուն, արգելափակում ըստ ուղղությունների, վերակազմաձևվող խորդուբորդություն, ալիքների քանակ) հանդիսանում է TunnelTech-ի ճարտարագիտական պրակտիկան։
- Հոսքի պատկերները TunnelTech-ի փորձարկումներից են և ցուցադրում են տեքստում նշված պոկման մեխանիզմը. դրանք շենքի մոդելի ուսումնասիրությունից չեն։