Numerical analysis of wind loads on complex shape structures

К содержанию выпуска

CC_BY-SA_icon
XML статьи
PDF статьи

DOI: 10.25628/UNIIP.2025.67.4.010

УДК: 724.042

Abdullah Hussein
Ural Federal University named after the first President of Russia B. N. Yeltsin (UrFU), Yekaterinburg, Russian Federation

Alekhin Vladimir N.
Ural Federal University named after the first President of Russia B. N. Yeltsin (UrFU), Yekaterinburg, Russian Federation

Pletnev Maxim V.
Ural Federal University named after the first President of Russia B. N. Yeltsin (UrFU), Yekaterinburg, Russian Federation

Pogorelov Sergei N.
FSAEIHE «South Ural State University (National Research University)»; FSAEIHE SUSU (NRU), Chelyabinsk, Russian Federation

Numerical analysis of wind loads on complex shape structures

Для цитирования
Abdullah H., Alekhin V. N., Pletnev M. V., Pogorelov S. N. Numerical analysis of wind loads on complex shape structures // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. 2025. − № 4 (67). − С. 67−72. DOI 10.25628/UNIIP.2025.67.4.010

Статья поступила в редакцию: 23.09.2025.
Опубликована: 30.12.2025.

Annotation. This article evaluates the efficacy of numerical wind simulation as a superior alternative to standard code-based methods for assessing wind loads on complex structures. Conventional approaches, such as those outlined in SP 20.13330.2016, often struggle to accurately model the intricate flow fields and turbulence generated by non-standard geometries and the presence of adjacent buildings. This research employs high-fidelity transient CFD analysis to simulate these effects and provides a direct comparative assessment with code-derived results.

Keywords: computational fluid dynamics (CFD), numerical analysis, wind loads, steady state analysis, transient analysis

Абдуллах Хуссейн
Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина (УрФУ), Екатеринбург, Российская Федерация

Алехин Владимир Николаевич
Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина (УрФУ), Екатеринбург, Российская Федерация

Плетнев Максим Валерьевич
Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина (УрФУ), Екатеринбург, Российская Федерация

Погорелов Сергей Николаевич
ФГАОУ ВО «Южно-Уральский государственный университет (Национальный исследовательский университет)», ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)», Челябинск, Российская Федерация

Численный анализ ветровых нагрузок на конструкции сложной формы

Аннотация. В статье оценивается эффективность численного моделирования ветровых воздействий в качестве более совершенной альтернативы стандартным нормативным методам для оценки ветровых нагрузок на объекты со сложной формой. Традиционные подходы, такие как изложенные в СП 20.13330.2016, зачастую не позволяют точно смоделировать сложные поля течений и турбулентность, вызываемые нестандартными геометрическими формами и влиянием окружающей застройки. В данном исследовании применяется переходный CFD-анализ высокой точности для имитации этих эффектов и проводится прямое сравнительное сопоставление с результатами, полученными по нормам.

Ключевые слова: вычислительная механика жидкости и газа (CFD), численный анализ, ветровые нагрузки, стационарный расчет, нестационарный расчет

References

  1. Belostockij A. M., Akimov P. A., Afanas‘eva I. N. Vychislitel‘naya aerodinamika v zadachah stroitel‘stva: ucheb. posobie. — M.: Izd-vo ASV, 2017. — 720 s.
  2. Dubinskij S. I. Chislennoe modelirovanie vetrovyh vozdejstvij na vysotnye zdaniya i kompleksy: dis. … kand. tekhn. nauk: 05.13.18. — M., 2010. — 199 s.: [sajt] — URL: https://www.dissercat.com/content/chislennoe-modelirovanie-vetrovykh-vozdeistvii-na-vysotnye-zdaniya-i-kompleksy (accessed: 22.11.2025).
  3. Poddaeva O. I., Dunichkin I. V. Arhitekturno-stroitel‘naya aerodinamika // Vestn. MGSU. — 2017. — Vyp. 12. — № 6 (105). — S. 602–609: [sajt] — URL: https://scispace.com/pdf/arkhitekturno-stroitelnaia-aerodinamika-3gz9d4dpld.pdf (accessed: 22.11.2025). — DOI: 10.22227/1997–0935.2017.6.602–609
  4. Rukovodstvo po raschetu zdanij i sooruzhenij na dejstvie vetra. — M.: Strojizdat, 1978. — 217 s.: [sajt] — URL: https://meganorm.ru/Data2/1/4293830/4293830283.pdf (accessed: 22.11.2025).
  5. Alekhin V., Antipin A., Gorodilov S., Khramtsov S. Numerical simulation of wind loads on high rise buildings // Proceedings of the 13th International Conference on Construction Applications of Virtual RealityPublisher: Teesside University / Ed. N. Dawood, M. Kassem — October. — 2013. — P. 629–637: [sajt] — URL: https://research.tees.ac.uk/ws/portalfiles/portal/6454850/Publisher_s_PDF.pdf (accessed: 22.11.2025). — DOI: 10.13140/RG.2.1.2916.2089
  6. ANSYS CFX-Solver Modeling Guide. — Canonsburg, Inc. — 2021. — 387 p.: [sajt] — URL: https://dl.cfdexperts.net/cfd_resources/Ansys_Documentation/CFX/Ansys_CFX-Solver_Theory_Guide.pdf (accessed: 22.11.2025).
  7. ANSYS Meshing User‘s Guide. — Canonsburg, Inc. — 2019. — 563 p.
  8. Guide for the assessment of wind actions and effects on structures. CNR-DT 2007 / 2008. — Roma. — CNR. — June. — 11th. — 2010. — 341 p.: [sajt] — URL: https://premierdevelopment.ru/literatura/literatura-prochiye/obshcheye/CNR-DT_207.2008.pdf (accessed: 22.11.2025).
  9. Poddaeva O. Result verification for numerical modeling of wind effects on unique buildings and structures // Architecture and Engineering. — 2024. — T. 9. — № 2. — P. 79–85: [sajt] — URL: https://aej.spbgasu.ru/index.php/AE/article/view/1191 (accessed: 22.11.2025).
  10. Verma S. K., Roy A. K., Lather S., Sood M. CFD Simulation for Wind Load on Octagonal Tall Buildings // SSRG International Journal of Civil Engineering. — 2015. — T. 24. — № 4. — P. 129–134. — DOI: 10.14445/22315381/IJETT-V24P239
  11. Xinxin Zhang, Xiang Yuan Zheng, Kun Lin. Structural Response Analysis and Comfort Evaluation of Residential Buildings: A Combined Wind // Buildings. — 2024. — T. 14. — № 9: 3025: [sajt] — URL: https://doi.org/10.3390/buildings14093025 (accessed: 22.11.2025).

Список использованных источников

  1. Белостоцкий A. M., Акимов П. А., Афанасьева И. Н. Вычислительная аэродинамика в задачах строительства: учеб. пособие. — М.: Изд-во АСВ, 2017. — 720 с.
  2. Дубинский С. И. Численное моделирование ветровых воздействий на высотные здания и комплексы: дис. … канд. техн. наук: 05.13.18. — М., 2010. — 199 с.: [сайт] — URL: https://www.dissercat.com/content/chislennoe-modelirovanie-vetrovykh-vozdeistvii-na-vysotnye-zdaniya-i-kompleksy (дата обращения: 22.11.2025).
  3. Поддаева О. И., Дуничкин И. В. Архитектурно-строительная аэродинамика // Вестн. МГСУ. — 2017. — Вып. 12. — № 6 (105). — С. 602–609: [сайт] — URL: https://scispace.com/pdf/arkhitekturno-stroitelnaia-aerodinamika-3gz9d4dpld.pdf (дата обращения: 22.11.2025). — DOI: 10.22227/1997–0935.2017.6.602–609
  4. Руководство по расчету зданий и сооружений на действие ветра. — М.: Стройиздат, 1978. — 217 с.: [сайт] — URL: https://meganorm.ru/Data2/1/4293830/4293830283.pdf (дата обращения: 22.11.2025).
  5. Alekhin V., Antipin A., Gorodilov S., Khramtsov S. Numerical simulation of wind loads on high rise buildings // Proceedings of the 13th International Conference on Construction Applications of Virtual RealityPublisher: Teesside University / Ed. N. Dawood, M. Kassem — October. — 2013. — P. 629–637: [сайт] — URL: https://research.tees.ac.uk/ws/portalfiles/portal/6454850/Publisher_s_PDF.pdf (дата обращения: 22.11.2025). — DOI: 10.13140/RG.2.1.2916.2089
  6. ANSYS CFX-Solver Modeling Guide. — Canonsburg, Inc. — 2021. — 387 p.: [сайт] — URL: https://dl.cfdexperts.net/cfd_resources/Ansys_Documentation/CFX/Ansys_CFX-Solver_Theory_Guide.pdf (дата обращения: 22.11.2025).
  7. ANSYS Meshing User‘s Guide. — Canonsburg, Inc. — 2019. — 563 p.
  8. Guide for the assessment of wind actions and effects on structures. CNR-DT 2007 / 2008. — Roma. — CNR. — June. — 11th. — 2010. — 341 p.: [сайт] — URL: https://premierdevelopment.ru/literatura/literatura-prochiye/obshcheye/CNR-DT_207.2008.pdf (дата обращения: 22.11.2025).
  9. Poddaeva O. Result verification for numerical modeling of wind effects on unique buildings and structures // Architecture and Engineering. — 2024. — Т. 9. — № 2. — P. 79–85: [сайт] — URL: https://aej.spbgasu.ru/index.php/AE/article/view/1191 (дата обращения: 22.11.2025).
  10. Verma S. K., Roy A. K., Lather S., Sood M. CFD Simulation for Wind Load on Octagonal Tall Buildings // SSRG International Journal of Civil Engineering. — 2015. — Т. 24. — № 4. — P. 129–134. — DOI: 10.14445/22315381/IJETT-V24P239
  11. Xinxin Zhang, Xiang Yuan Zheng, Kun Lin. Structural Response Analysis and Comfort Evaluation of Residential Buildings: A Combined Wind // Buildings. — 2024. — Т. 14. — № 9: 3025: [сайт] — URL: https://doi.org/10.3390/buildings14093025 (дата обращения: 22.11.2025).