<!DOCTYPE article
PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.4 20190208//EN"
       "JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" article-type="research-article" dtd-version="1.4" xml:lang="en">
 <front>
  <journal-meta>
   <journal-id journal-id-type="publisher-id">Construction and Architecture</journal-id>
   <journal-title-group>
    <journal-title xml:lang="en">Construction and Architecture</journal-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>Строительство и архитектура</trans-title>
    </trans-title-group>
   </journal-title-group>
   <issn publication-format="print">2308-0191</issn>
   <issn publication-format="online">2500-1477</issn>
  </journal-meta>
  <article-meta>
   <article-id pub-id-type="publisher-id">29139</article-id>
   <article-id pub-id-type="doi">10.29039/article_5d4c0a3c4f14a9.98672044</article-id>
   <article-categories>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="ru">
     <subject>05.23.17 Строительная механика</subject>
    </subj-group>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="en">
     <subject>05.23.17 CONSTRUCTION MECHANICS</subject>
    </subj-group>
    <subj-group>
     <subject>05.23.17 Строительная механика</subject>
    </subj-group>
   </article-categories>
   <title-group>
    <article-title xml:lang="en">ANALYSIS OF THE IMPACT OF WIND  ON BUILDING PARAMETRIC ARCHITECTURE</article-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>АНАЛИЗ ВЕТРОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ  НА ЗДАНИЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ АРХИТЕКТУРЫ</trans-title>
    </trans-title-group>
   </title-group>
   <contrib-group content-type="authors">
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Кравченко</surname>
       <given-names>Галина Михайловна</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Kravchenko</surname>
       <given-names>Galina Mikhailovna</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>galina.907@mail.ru</email>
     <bio xml:lang="ru">
      <p>кандидат технических наук;</p>
     </bio>
     <bio xml:lang="en">
      <p>candidate of technical sciences;</p>
     </bio>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-1"/>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Труфанова</surname>
       <given-names>Елена Васильевна</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Trufanova</surname>
       <given-names>Elena Vasil'evna</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>El.Trufanova@mail.ru</email>
     <bio xml:lang="ru">
      <p>кандидат технических наук;</p>
     </bio>
     <bio xml:lang="en">
      <p>candidate of technical sciences;</p>
     </bio>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-2"/>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Полетаев</surname>
       <given-names>Максим Вадимович</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Poletaev</surname>
       <given-names>Maksim Vadimovich</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>mapoleta@yandex.ru</email>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-3"/>
    </contrib>
   </contrib-group>
   <aff-alternatives id="aff-1">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Донской государственный технический университет</institution>
     <city>Ростов-на-Дону</city>
     <country>Россия</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Don State Technical University</institution>
     <city>Rostov-on-Don</city>
     <country>Russian Federation</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <aff-alternatives id="aff-2">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Донской государственный тенический университет</institution>
     <city>Ростов-на-Дону</city>
     <country>Россия</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Донской государственный тенический университет</institution>
     <city>Ростов-на-Дону</city>
     <country>Russian Federation</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <aff-alternatives id="aff-3">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">ДГТУ</institution>
     <country>Россия</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">ДГТУ</institution>
     <country>Russian Federation</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <volume>7</volume>
   <issue>2</issue>
   <fpage>15</fpage>
   <lpage>20</lpage>
   <self-uri xlink:href="https://buildprod.ru/en/nauka/article/29139/view">https://buildprod.ru/en/nauka/article/29139/view</self-uri>
   <abstract xml:lang="ru">
    <p>В статье рассмотрено моделирование ветрового воздействия на здание сложной параметрической формы. Разработано несколько вариантов конечно-элементных моделей – балочные и безбалочные плиты перекрытия с консольными свесами, несущие элементы в виде колонн и пилонов. По результатам динамического расчета выбрано оптимальное конструктивное решение каркаса здания. Моделирование ветрового воздействия  выполнено по нормативной документации и  в ПК «ANSYS». Анализ результатов счета показал, что напряженно-деформированное состояние элементов каркаса во второй модели отличается от значений полученных по нормативным рекомендациям. Показано, что существующие нормы проектирования требуют уточнения методики определения ветровой нагрузки для зданий и сооружений сложной геометрической формы.</p>
   </abstract>
   <trans-abstract xml:lang="en">
    <p>The article deals with the modeling of wind impact on the building of complex parametric shape. Several variants of finite element models have been developed- beam and beam-free floor slabs with cantilever overhangs, bearing elements in the form of columns and pylons. According to the results of the dynamic calculation, the optimal structural solution of the building frame was chosen. Simulation of wind impact is performed according to the normative documentation and in the PC &quot;ANSYS&quot;. Analysis of the results of the account showed that the stress-strain state of the frame elements in the second model differs from the values obtained by the regulatory recommendations. It is shown that the existing design standards require clarification of methods for determining the wind load for buildings and structures of complex geometric shape.</p>
   </trans-abstract>
   <kwd-group xml:lang="ru">
    <kwd>ветровое воздействие</kwd>
    <kwd>параметрическая архитектура</kwd>
    <kwd>конструктивные решения</kwd>
    <kwd>метод конечных элементов</kwd>
    <kwd>конечно-элементная модель</kwd>
    <kwd>напряженно-деформированное состояние</kwd>
   </kwd-group>
   <kwd-group xml:lang="en">
    <kwd>wind impact</kwd>
    <kwd>parametric architecture</kwd>
    <kwd>constructive solution</kwd>
    <kwd>finite element method</kwd>
    <kwd>finite element model</kwd>
    <kwd>stress-strain state</kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
 </front>
 <body>
  <p>Ветровое воздействие вносит большой вклад в напряженно-деформированное состояние конструкций зданий параметрической архитектуры и требует более детального учета ветровой нагрузки ,  чем в нормативных документах [1].  С целью снижения ветровых воздействий на поверхности здания необходимо выбрать оптимальную конструктивную модель, отвечающую требованиям по несущей способности и соответствующую параметрической форме объекта [2].Для исследования ветрового воздействия выбрано проектируемое двадцатиэтажное здание параметрической архитектуры административного назначения в г. Ростове-на-Дону.Численный эксперимент по регулированию напряженно-деформированного состояния плит перекрытий каркаса здания с консольными свесами позволил определить изгибающие моменты, возникающие в зонах пересечения консольного вылета плиты перекрытия и вертикальных несущих элементов, которые необходимо учитывать при конструировании данного узла. Разработано два варианта конструктивного решения плиты перекрытия - безбалочное (рис. 1а) и с балками (рис. 1б).  Рис.1. Конструктивное решение плиты: а) без балок; б) с балками При моделировании эксцентриситета стержни сшиваются при помощи абсолютно жестких вставок с узлами конечно-элементной модели плиты. На рис. 2а представлена визуализации балки в виде конечно-элементной сетки. 3D модель  фрагмента каркаса здания представлена на рис. 2б. Рис.2. Визуализация балки: а) КЭ сетка; б) 3D модель В расчетной модели учтены собственный вес, постоянные и полезные нагрузки. По результатам статического расчета получены перемещения плиты перекрытия, изолинии которых показаны на рис. 3. Рис.3. Вертикальные перемещения плиты перекрытия:а) безбалочной; б) с балками  Максимальные перемещения плиты в первом варианте составляют 24,9 мм, во втором - 15 мм. В качестве ограждающих конструкций предлагается витраж алюминиевый, для которого номеруются значения вертикальных перемещений крайней точки консольного свеса. В связи с этим оптимальной признана вторая конструктивная схема.Для исследования динамических характеристик разработаны конечно-элементные модели каркаса здания с несущими элементами в виде колон и пилонов в ПК САПФИР и импортированы в ПК ЛИРА САПР [2].Первая модель: несущие элементы каркаса здания выполнены из бетона класса В25; и включают фундаментную плиту 1500 мм, стены подвала 400 мм, диафрагмы жесткости 250 мм,  стены ядра жестокости 300 мм,  плиты перекрытия 220 мм, лестничные марши и промежуточные площадки 200 мм, монолитные балки 300х400(h) мм, пилоны в подвале и на 1-4 этажах  1200х500 мм, на 5-7 этажах 1200х400 мм, выше 7 этажа 1200х500 (рис. 4). Рис.4. Первая расчетная модель: а) распределение материалов; б) фрагмент этажа Вторая модель отличается наличием несущих элементов в виде колонн в подвале и на 1-5 этажах сечением 600х600 мм, в 6-9 этажах – 500х500, выше 9 этажа – 400х400 (рис.5). Рис.5. Вторая расчетная модель: а) распределение материалов; б) фрагмент этажа В расчетных моделях учтены 8 статических загружений: собственный вес несущих конструкций; постоянные нагрузки; временная (полезная) нагрузка; временная (длительная) нагрузка; постоянная нагрузка от витража и грунта; временная (снеговая) нагрузка; статический ветер по Х; статический ветер по Y.Для исследования динамических характеристик каркаса здания выполнен модельный анализ, цель которого сводится к определению частот и форм свободных колебаний конечно-элементной модели в заданном диапазоне [3]. Наибольший интерес представляют значения первых (низших) частот свободных колебаний . Соответствующие формы свободных колебаний дают представление о возможных способах деформирования конструкции. На этапе проектирования модальный анализ оценивает эффективность несущего каркаса сооружения, уточняет принятые значения геометрических и физических констант, выполняет проверку на резонанс [4]. Результаты модального анализа представлены в таблице 1. Таблица 1. Частоты и периоды колебаний (сделать на 10)№ формы Первый вариант  расчетной моделиВторой вариант расчетной  моделиЧастота, рад/сЧастота, ГцПериоды, сЧастота, рад/сЧастота, ГцПериоды, с13.460.551.81552.780.442.255823.530.561.78143.110.502.019233.820.611.64553.480.551.8065411.741.870.53508.411.340.7464514.292.280.439512.491.990.5027614.902.370.421413.192.100.4762723.623.760.265914.752.350.4256825.294.030.248321.473.420.2924925.854.120.242924.163.850.25991025.874.120.242724.533.910.2560 Первая форма колебаний каркаса здания для двух расчетных моделей приведена на рис. 6. Рис. 6. Первая форма собственных  колебаний каркаса здания:а) первая расчетная модель; б) вторая расчетная модель Анализ результатов динамического расчета показал, что первая форма колебаний в первой модели поступательная, во второй - крутильная. Процент вклада модальных масс составил для первой модели 13,4 %, для второй 0%.  Характер форм колебаний второй модели показывает недостатки  принятых конструктивных решений. Для дальнейших исследований ветрового воздействия принята первая модель с простыми конструктивными решениями по каркасу здания [5].При расчете пульсационной составляющей ветровой нагрузки необходимо учесть первые 3 формы колебаний, значения частот которых меньше предельных =1,44 Гц  согласно СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия».Расчет пульсационной нагрузки выполнен по двум методам: на основе нормативных значений, указанных в СП «Нагрузки и воздействия» и при учете действительных значений, полученных по результатам расчета в ПК «ANSYS» [6].В результате расчета с учетом пульсации ветра, рассчитанной по первому методу, получены перемещения несущих конструкций каркаса здания (рис. 7). Максимальные горизонтальные перемещения составляют вдоль оси X 19,1 мм; вдоль оси Y 20,1 мм, что меньше нормативных значений. Рис. 7. Перемещения от нормативной ветровой нагрузки:а) вдоль оси Y; б) вдоль оси X Выполнено моделирование ветрового воздействия в ПК «ANSYS» для уточнения ветрового давления и зон комфортности здания параметрической формой.Максимальные горизонтальные перемещения составляют вдоль оси X 30,7 мм; вдоль оси Y 33,1 мм, что меньше нормативных значений (рис.8.). Рис. 8. Перемещения от расчетной ветровой нагрузки:а) вдоль оси Y; б) вдоль оси X Моделирование ветровых потоков в ПК ANSYS Fluent позволило уточнить значения нагрузки в расчетной модели каркаса здания параметрической архитектуры. Горизонтальные перемещения увеличились на 40 %  по сравнению с результатами, полученными в соответствии с нормативной документацией [7].Анализ моделирования ветрового воздействия методом конечных элементов показал, что существующие нормы проектирования требуют уточнения методики определения ветровой нагрузки для зданий и сооружений сложной геометрической формы. При расчете ветровой нагрузки в соответствие с СП ограничены поверхности проектируемых зданий. Объекты параметрической архитектуры сложной геометрической формы действующими нормами не рассматриваются.Разработан следующий алгоритм расчета объекта параметрической архитектуры на ветровое воздействие: - регулирование напряженно-деформируемого состояния элементов каркаса зданий и сооружений методом варьирования жесткостей;- анализ динамических характеристик объекта и выбор рационального - варианта конструктивного решения каркаса здания;- моделирование ветрового воздействия в ПК ANSYS; - расчет пульсационной составляющей ветровой нагрузки и определение зон комфортности;- определение напряженно-деформируемого состояния элементов каркаса здания параметрической архитектуры с учетом пульсационной составляющей ветровой нагрузки.Предлагаемый авторами подход к расчету ветрового воздействия на объекты параметрической архитектуры позволяет проектировать оптимальные конструкции с достаточной надежностью и долговечностью.</p>
 </body>
 <back>
  <ref-list>
   <ref id="B1">
    <label>1.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Агаханов Э. К., Кравченко Г. М., Осадчий Е.В., Труфанова Е.В. Расчет зданий сложной геометрической формы на ветровые воздействия. Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. - 2017. - № 2. - c. 8-17.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Agahanov E. K., Kravchenko G. M., Osadchij E.V., Trufanova E.V. Raschet zdanij slozhnoj geometricheskoj formy na vetrovye vozdejstviya. Vestnik Dagestanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Tekhnicheskie nauki. - 2017. - № 2. - p. 8-17.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B2">
    <label>2.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Агаханов Э.К. О развитии комплексных методов решения задач механики деформируемого твердого тела. Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. - 2013. - № 2. - c. 39-45.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Agahanov E.K. O razvitii kompleksnyh metodov resheniya zadach mekhaniki deformiruemogo tverdogo tela. Vestnik Dagestanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Tekhnicheskie nauki. - 2013. - № 2. - p. 39-45.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B3">
    <label>3.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Рабинович И.М. Основы динамического расчета сооружений на действие мгновенных или кратковременных сил, М.- Л., 1945. c. 17-19.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Rabinovich I.M. Osnovy dinamicheskogo rascheta sooruzhenij na dejstvie mgnovennyh ili kratkovremennyh sil, M.- L., 1945. p. 17-19.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B4">
    <label>4.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Зотова Е.В., Панасюк Л.Н. Численное моделирование динамических систем с большим числом степеней свободы на импульсные воздействия // Инженерный вестник Дона, 2012. № 3 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/933.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Zotova E.V., Panasyuk L.N. CHislennoe modelirovanie dinamicheskih sistem s bolshim chislom stepenej svobody na impulsnye vozdejstviya // Inzhenernyj vestnik Dona, 2012. № 3 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/933.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B5">
    <label>5.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Агаханов Э.К., Кравченко Г.М., Труфанова Е.В. Регулирование параметров собственных колебаний пространственного каркаса здания // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки, - 2016. - № 3. - С. 8-15.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Agahanov E.K., Kravchenko G.M., Trufanova E.V. Regulirovanie parametrov sobstvennyh kolebanij prostranstvennogo karkasa zdaniya // Vestnik Dagestanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Tekhnicheskie nauki, - 2016. - № 3. - p. 8-15.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B6">
    <label>6.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Гайджуров П.П. Методы, алгоритмы и программы расчета стержневых систем на устойчивость и колебания. Учебное пособие. − Новочеркасск: ЮРГТУ, 2010. 230 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Gajdzhurov P.P. Metody, algoritmy i programmy rascheta sterzhnevyh sistem na ustojchivost i kolebaniya. Uchebnoe posobie. − Novocherkassk: YURGTU, 2010. 230 p.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B7">
    <label>7.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Зырянов В.В. Методы оценки адекватности результатов моделирования // Инженерный вестник Дона, 2013. № 2 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n2y2013/1707.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Zyryanov V.V. Metody ocenki adekvatnosti rezultatov modelirovaniya // Inzhenernyj vestnik Dona, 2013. № 2 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n2y2013/1707.ru/magazine/archive/n2y2013/1707.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
  </ref-list>
 </back>
</article>
