АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗДАНИЯ
Избыточное статическое давление перед зданием и разрежение за ним, возникающие при обтекании здания потоком воздуха, пропорциональны динамическому давлению ветра. Это явление применительно к сопротивлению среды при падении и качании было впервые подмечено И. Ньютоном.
При расчете ветровой нагрузки на здание, а также при определении давлений в отдельных точках его наружной поверхности приме^ няется аэродинамический коэффициент &аэр.
Аэродинамический коэффициент показывает отношение избыточного статического давления в одной из точек наружной поверхности здания к динамическому давлению ветра. В соответствии с этим статическое давление в любой точке наружной поверхности здания равно:
Рст = £аэр—2 • (XV. 1)
Аэродинамические коэффициенты обычно определяют экспериментально в аэродинамических трубах на моделях зданий. Известны способы аналитического расчета аэродинамических коэффициентов для зданий простейших форм. Значение и знак аэродинамического коэффициента зависят от места расположения точки на поверхности здания, от формы здания и направления ветра. На значение этого коэффициента оказывают влияние близко расположенные здания и сооружения, а также рельеф местности. Энергетический смысл аэродинамического коэффициента заключается в том, что его значение показывает в долях единицы, какая часть удельной кинетической энергии потока переходит в удельную потенциальную энергию. Значение аэродинамического коэффициента можно выразить через скорости потока в отдельных точках вблизи здания. Для этого используем уравнение Вернул ли.
Предположим, что поток воздуха набегает на пластину, расположенную перпендикулярно его направлению (см. рис. XV. 1). Выделим в потоке элементарную струйку. Если пренебречь потерей энергии меж
ду сечениями /—/ и II—II и сжимаемостью воздуха, можно записать уравнение сохранения энергии в таком виде:
РУ? . Р"?т
Рі + 2 ' (XV-2)
Где pi и рп — статическое давление соответственно в сечениях /—I и II—II; vi и vu — скорость движения воздуха в указанных сечениях.
Если статическое давление в сечении /—I, расположенном на большом расстоянии от пластины, принять за нуль, то избыточное статическое давление в сечении II—II можно определить следующим образом:
Й
--); (xv.3,
Отсюда значение аэродинамического коэффициента
= . (XV.4)
Если сц<сі (наветренная сторона пластины), то &аэр. н>0. Если vn>Vi (заветренная сторона пластины), то ^аэр. э^О - В действительности движение воздуха у заветренной стороны пластины и здания не подчиняется уравнению (XV.2). Значения &аэр. з определяются процессом эжекции.
В точке торможения А теоретическое значение аэродинамического
Коэффициента &аэрА=1.
Для наиболее широко распространенной формы здания (параллелепипед) аэродинамический коэффициент имеет следующие значения: на фасаде с наветренной стороны &аэр. н=0,4 ... 0,8, на фасаде с заветренной стороны &аэр. з = —0,3...—0,6.
На значение аэродинамического коэффициента некоторое влияние оказывает открытие окон в здании и организация сквозного проветривания (аэрация под действием ветра). Однако в практических расчетах этим влиянием пренебрегают. Последние исследования показали, что значение аэродинамического коэффициента зависит от распределения скоростей в набегающем потоке. Эпюра скоростей ветра по рысоте здания имеет криволинейный характер из-за наличия пограничного слоя у поверхности земли. В связи с этим появляется неопределенность — к какой скорости относить аэродинамический коэффициент. В данном случае можно пользоваться следующими рекомендациями:
1) если соотношение высоты здания Я и протяженности фасада L меньше 1 (низкое протяженное здание), обтекание воздухом происходит в основном над зданием, и давление ветра можно определять по аэродинамическим коэффициентам и динамическому давлению, вычисленным по средней скорости ветра иСр (по высоте здания). Этот случай встречается в основном при расчете давления ветра на ограждения промышленных и многосекционных жилых и общественных зданий;
2) для высоких зданий при #/L>l обтекание происходит в горизонтальных плоскостях (боковое обтекание), и статическое давление можно определять по локальным аэродинамическому коэффициенту и динамическому давлению, вычисленным по скорости Vi на уровне рассматриваемой ТОЧКИ -
1*г) 1пс