Větrná pohoda v místech pohybu chodců a v okolí budov
Odborný článek
![[EN] KB 001646 | Větrná pohoda v místech pohybu chodců a v okolí budov](/-/media/Images/netgenium/thumbnails/2/9/6/7/1/2967163/2967163.png?la=cs&mw=280&mlid=EC92DA04D1504828AF0AEF647C98AD37&hash=B4E4CFD8A01FA463467826D6931CDF931A340D55)
Budovy jsou tělesa obtékaná větrem. Při obtékání vznikají na povrchu specifická zatížení, která se musí zohlednit při navrhování a statickém posouzení konstrukce.
Kromě toho ale také dochází v okolí budov při obtékání k jinému chování větru než při proudění vzduchu nezastavěnou krajinou. Toto chování větru ovlivňuje v závislosti na vlastnostech větru a budovy mikroklima u budovy a osoby v blízkém okolí. V nejhorším případě se pobývání v okolí budovy stává nepříjemným s částečně skrytými nebezpečími pro chodce a cyklisty.
Obrázek 01 - Proudění větru v městské zástavbě
Proto se analýza chování větru ve stavebnictví nevěnuje pouze určování zatížení větrem obtékaných konstrukcí, ale také větrnou pohodou chodců a cyklistů v okolí budov.
Možné jevy při proudění mezi budovami
Nejen, že budovy čelí větru přímo, ale také jeho proudění ovlivňují svým tvarem [1]. Průtok v tomto blízkém okolí se může vyvíjet zcela odlišně v závislosti na směru větru, tvaru budovy a vlastnostech větru. Jednotlivé typické jevy jsou uvedeny níže.
Obrázek 02 - Vznik vírů za překážkou
Obrázek 03 - Vznik vírů před překážkou
Souhra všech těchto jevů má vliv na městské mikroklima [1]. Výsledný tok větru přenáší vzduch, znečištění, sníh, pachy a teplo městskou krajinou v závislosti na globálně vanoucím větru, jeho lokálních zrychleních a časovém rozdělení.
Větrná pohoda
Lokálně zrychlené proudění větru a víry způsobené interakcí budov a vlastního proudění vzduchu jsou typickým znakem proudění větru v zastavěných oblastech. Turbulence a vysoké rychlosti větru způsobené kanálovým a Venturiho efektem mezi budovami a v jejich okolí pak vytvářejí nepohodu pro lidi, kteří se tam zdržují. Nepříjemný pocit vyvolává především pole proudění ve výšce hlav chodců (1,5 až 2 metry nad zemí). Ve zvláště extrémních případech vzniká navíc s výskytem vyšších rychlostí větru nebezpečí, že vítr neočekávaně strhne chodce nebo cyklistu.
Aby se zamezilo nebezpečí vyplývajícímu z účinků větru a jeho působení se stalo snesitelným, vznikla v průběhu času různá kritéria. Nejznámějšími kritérii jsou mezní hodnoty podle Lawsona, Davenporta a normy NEN 8100 [2]. Posledně jmenovaná norma uvádí kromě důležitých kritérií pohody také bezpečnostní kritéria.
Větrnou pohodu v určitém místě lze odhadnout pomocí těchto kritérií spolu se znalostí meteorologických dat a lokálních větrných poměrů. Meteorologická data udávají v posuzované oblasti četnost rychlostí větru pro každý směr. Takové datové soubory se často zobrazují v takzvaných větrných růžicích.
Globální proudění větru vytváří v dané čtvrti města či komplexu budov na základě různých efektů obtékání nekonstantní pole rychlostí proudění někdy se značnými zrychleními. Větrná pohoda chodců se pak získá vyladěním lokálních rychlostí větru s příslušnými meteorologickými četnostmi globálního proudění větru [2]. Například nizozemská norma NEN 8100 stanovuje kategorizaci pro určení pohody a bezpečnosti.
| Kategorie pohody | Střední rychlost větru [m/s] | Pravděpodobnost výskytu [%] | Aktivita | |
|---|---|---|---|---|
| A | 5 | <2,5 | Dlouhodobé sezení | |
| B | 5 | <5 | Krátkodobé sezení | |
| C | 5 | <10 | Volná chůze | |
| D | 5 | <20 | Rychlá chůze | |
| E | 5 | ≥ 20 | Nepohoda | |
| Bezpečnostní kategorie | Střední rychlost větru [m/s] | Pravděpodobnost výskytu [%] | Nebezpečí | |
| A | 15 | <0,05 | Žádné nebezpečí | |
| B | 15 | <0,30 | Omezené nebezpečí | |
| C | 15 | ≥ 0,30 | Nebezpečí |
Novostavby mění větrné poměry
Z minulosti známe různé příklady, kdy nové budovy drasticky změnily mikroklima města a s ním související pole proudění větru. Jako nejznámější představitel nepříjemného prostředí v minulosti poslouží Flatiron Building v New Yorku nebo novější příklad výškové budovy na Fenchurch Street 20 v Londýně, které se také kvůli jejímu tvaru přezdívá Walkie-Talkie nebo Pinta. Tyto a další případy ukázaly, že při výstavbě nové budovy ve stávající městské zástavbě je nutné zabývat se nejen samotnou budovou, ale také jejím okolím. Zejména výškové budovy vyšší než 25 metrů mohou díky nově vznikajícímu svislému proudění větru na fasádě výrazně změnit větrnou pohodu v okolí. Větrnou situaci okolo těchto problematických staveb lze následně vylepšit pouze ve velmi omezené míře. Někdy ji vylepší optimálně umístěné stromy, které zpomalují a odklánějí nepříjemné proudění větru.
Abychom se těmto problémům vyhnuli, je lepší znát změny větrné situace v okolí již ve fázi navrhování nové budovy nebo komplexu budov. Na základě těchto informací je možné již před výstavbou rozpoznat oblasti špatné větrné pohody a odpovídajícím způsobem změnit tvar budovy. Vzhledem k tomu, že tyto optimalizace tvaru se musí zpravidla provádět iterativně, nabízí se logicky numerická simulace proudění. Tato digitální metoda umožňuje přesně vytvořit varianty tvarů budovy, které se mají zkoumat, aniž by došlo ke ztrátě zdrojů, a může stanovit lokální rychlosti větru, které zohledňují globální situaci větru v městské části. Tento způsob může být úspornější ve srovnání se zkouškami ve skutečném větrném tunelu na zmenšeném modelu města, protože odpadne pracné vytváření modelů.
Analýza proudění větru pomocí programu RWIND Simulation
Program RWIND Simulation umožňuje provést numerickou simulaci proudění pro takové modely zástavby. Program může importovat někdy členitý, velmi detailní model města 1:1 do numerického větrného tunelu bez změny měřítka pomocí rozhraní VTP (ParaView Poly Data) nebo STL (stereolitografie). Globální větrnou situaci v zástavbě je třeba definovat pro větrný tunel pomocí pole rychlosti větru a turbulence proměnlivého s výškou. Alternativně lze importovat přímo do numerického větrného tunelu programu RWIND Simulation model pro statickou analýzu s definovanými globálními vlastnostmi větru z programu RFEM. Program RWIND Simulation následně zasíťuje volný prostor konečnými objemy a určí lokální pole proudění okolo modelu pomocí stacionárního řešiče pro nestlačitelné turbulentní proudění algoritmem SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations).
Referenční příklad E „Komplexy budov s jednoduchým tvarem budov v reálné městské zástavbě (Niigata)“ zveřejněný v „Příručce pro CFD predikci větrné situace v zástavbě“ [3] Japonského institutu architektury (AIJ) názorně ukazuje, jak nová výstavba výškových budov ovlivňuje lokální pole proudění větru v oblasti pohybu chodců.
Obrázek 09 - Lokální rychlosti větru před výstavbou pomocí RWIND Simulation
Obrázek 10 - Lokální rychlosti větru po výstavbě pomocí RWIND Simulation
Lokální rychlost větru se zvyšuje pro zatěžovací stav Západní vítr s globální rychlostí 3,93 m/s v referenční výšce 15,9 m nad úrovní města za budovou z 1,3 m/s před výstavbou na 4,43 m/s po výstavbě. To znamená přibližně 3,4násobné zvýšení rychlosti větru s doprovodným snížením větrné pohody chodců na náměstí před budovou.
Tato velmi vypovídající sada výsledků byla stanovena v programu RWIND Simulation na standardním počítači bez nutnosti rozsáhlého zadávání dat a vytváření sítě. Díky takovýmto výsledkům mohou urbanisté, projektanti, architekti a inženýři odvodit podmínky větrné pohody v okolí navrhované budovy.
Autor
Dipl.-Ing. (BA) Andreas Niemeier, M.Eng.
Vývoj produktů a péče o zákazníky
Ing. Niemeier je zodpovědný za vývoj hlavních programů RFEM a RSTAB a přídavných modulů pro membránové konstrukce. Zároveň má na starosti řízení jakosti a podporu zákazníkům.
Klíčová slova
Větrná pohoda Analýza větrné pohody Vyhodnocení větrné pohody Vír Oddělování vírů Mrakodrap Územní plánování Burnham Aerodynamika budov Rychlosti proudění Analýza proudění větru Oblast pohybu chodců
Literatura
Ke stažení
- Statický model technického příspěvku | Soubor RFEM 5
- CFD model technického příspěvku | RWIND Simulation 1 Soubor
Odkazy
Napište komentář...
Napište komentář...
- Navštíveno 2015x
- Aktualizováno 7. dubna 2021
Kontakt
Máte dotazy nebo potřebujete poradit?
Kontaktujte prosím kdykoli naši bezplatnou technickou podporu e-mailem, na chatu nebo na fóru anebo se podívejte do sekce často kladených dotazů (FAQ).
![[EN] KB 001646 | Větrná pohoda v místech pohybu chodců a v okolí budov](/-/media/Images/netgenium/thumbnails/2/9/6/7/1/2967163/2967163.png?la=cs&mw=348&mlid=EC92DA04D1504828AF0AEF647C98AD37&hash=8B45AB664AA279E9D3C126467F9EB5373C386F5D)
![[EN] RWIND Simulation | Simulace větru ve městě](/-/media/Images/netgenium/thumbnails/2/9/9/4/8/2994821/2994821.png?la=cs&mw=348&mlid=E5DBFCFECE8E4FACB55FC80BC8EF3590&hash=264E8BFB957E2C0D07CCC2ACED0D091C8BB9282A)
![[EN] KB 000871 | Export DXF](/-/media/Images/netgenium/thumbnails/3/0/1/8/2/3018286/3018286.png?la=cs&mw=348&mlid=DDC36A3255554F8E835A68E04D57A799&hash=0504B3E2FBCE979233476676FA2628F0A8D88416)
![[EN] KB 000781 | Faktor pro zohlednění příznivého tlaku zeminy](/-/media/Images/netgenium/thumbnails/3/0/2/5/5/3025557/3025557.png?la=cs&mw=348&mlid=1E591E13E8A94903BEE33BF40132E1F8&hash=2E88448A00D408B90B387861B9F188108FAD1066)
![[EN] KB 000756 | Cílené zobrazení výsledků v RF-/FOUNDATION Pro](/-/media/Images/netgenium/thumbnails/3/0/2/5/8/3025856/3025856.png?la=cs&mw=348&mlid=9EB7775E35FF4B2584DAC0FF10C79EEF&hash=AA468F551CF045D414254EB5C5D7EF43AF0D7816)
![[EN] KB 000748 | Posouzení ploch s vnitřními silami bez vlivu žeber v RF-CONCRETE Surfaces](/-/media/Images/netgenium/thumbnails/3/0/1/3/5/3013523/3013523.png?la=cs&mw=348&mlid=59EBFD5CFE284C768BC92A7AD0619550&hash=F0001DECDC7A669293C032943CEEE7DC7FA47953)
![[EN] KB 000736 | Zobrazení rozměrů základů](/-/media/Images/netgenium/thumbnails/3/0/1/3/8/3013868/3013868.png?la=cs&mw=348&mlid=58FB48ED92B34FBBB0BA2F11451F48CB&hash=66A65E6C0E2517067DF2E9BD1F6743A0252C407F)
![[EN] KB 000692 | Definice minimální podélné výztuže pro železobetonové sloupy](/-/media/Images/netgenium/thumbnails/3/0/1/4/0/3014066/3014066.png?la=cs&mw=348&mlid=18B093E322F54751A5BE8B3D6FA39EEB&hash=8A24B8CE48FA13DDB97CB5300656938E0991A171)
![[EN] KB 000740 | Identická zatížení pro všechny základy v RF-/FOUDATION Pro](/-/media/Images/netgenium/thumbnails/3/0/1/4/0/3014098/3014098.png?la=cs&mw=348&mlid=689C75CB29E64E24A3EF74D99F86096C&hash=F7A3C041BA968997DC5D0358051A11A5D0188511)
![[EN] KB 000715 | Dokumentace působící posouvající síly pro posouzení na smyk](/-/media/Images/netgenium/thumbnails/3/0/1/4/0/3014077/3014077.png?la=cs&mw=348&mlid=E3E91A346CA74906A46442C34FBD2BF6&hash=E20DDCEAF84B22A7234D652DF9CB6BC9856ACD34)
![[EN] KB 000982 | Nestabilní model](/-/media/Images/netgenium/thumbnails/3/0/0/0/7/3000729/3000729.png?la=cs&mw=348&mlid=B8A2DBDFFB99431886CDEAD4184DFD74&hash=5E4BF26EB93E5B36965973A98FCDAA25FB2F74FA)
![[EN] KB 000710 | Grafické zobrazení detailů posouzení](/-/media/Images/netgenium/thumbnails/2/9/9/9/0/2999062/2999062.png?la=cs&mw=348&mlid=85CF628CF243465DB432C473469305EA&hash=1AD7BA81DBCEF03D8CEFA3751D5B78AB43C2058D)
![[EN] T&T 011 | Singularity - při bodovém zatížení](/-/media/Images/netgenium/thumbnails/3/0/2/9/2/3029278/3029278.png?la=cs&mw=348&mlid=48E1038F40964EE89603CFBD2224EB88&hash=EB79AA6459A101C19DF7EDA0E612BAF8DA01E45E)
![[EN] KB 000633 | Modelování vaznice pomocí katalogu bloků](http://img.youtube.com/vi/E0GHT5odgV0/mqdefault.jpg)
Digitalizace ve stavebnictví dynamicky roste. Statici, kteří ve stavebnictví tvoří co do počtu spíše menší skupinu, nejsou vždy právě považováni za ty, co by byli ihned otevřeni všem inovacím. Často k tomu mají i dobrý důvod.
Materiálový model Ortotropní zdivo 2D
Materiálový model Ortotropní zdivo 2D je pružnoplastický model, který navíc umožňuje změkčení materiálu, a to i v odlišné míře ve směru lokální osy x a y dané plochy. Tento materiálový model je vhodný pro (nevyztužené) zděné stěny s namáháním v rovině stěny.
- Je možné v programu RFEM posuzovat kazetové, žebrové nebo dutinové desky?
- Zobrazuje se mi zpráva, že můj materiál nesplňuje požadavky aktuální normy. Jak to mohu opravit?
- Proč jsou u výsledků výpočtu pomocí přídavného modulu RF-CONCRETE Columns na jednotlivých sloupech částečně zobrazeny pouze hodnoty na patě sloupu, na hlavě sloupu nebo ve středu sloupu?
- Na co je nutné dávat pozor v přídavném modulu RF-/DYNAM Pro - Equivalent Loads při realizaci neúčinnosti sloupů namáhaných tahem?
- Je možné definovat uživatelské hodnoty při prohlížení výsledků napětí na tělese
- Jak lze interpretovat znaménka u výsledků liniových uvolnění a liniových kloubů?
- Jak mohu vytvořit zakřivený resp. ohnutý řez?
- Je pro posouzení možné v programu RF-PUNCH Pro ručně zadat podélnou výztuž?
- Mohu pomocí materiálového modelu "Izotropní nelineární elastický 1D" simulovat stav betonového průřezu s trhlinami pro ohýbaný nosník?
- Proč je průhyb železobetonové desky při výběru větší základní výztuže někdy větší?
Související produkty
Samostatný program
Samostatný program pro numerickou simulaci proudění vzduchu v digitálním větrném tunelu a export vygenerovaných zatížení větrem do programu RFEM nebo RSTAB.
2 690,00 USD
