Structural Blog

Jeddah Tower: новый этап самой высокой стройки

Оказывается, в этом году саудиты возобновили строительство Jeddah Tower. Заявленная высота башни — более 1000 метров, что сделает её самой высокой в мире на данный момент. Проект стартовал ещё в 2010 году, но в 2017 был заморожен из-за проблем с финансированием. Сейчас стройка вновь активна, и есть планы завершить возведение к 2028 году.
Что ж, будем наблюдать!

Несколько интересных фактов о конструктивных решениях проекта:

• План здания выполнен в форме трипода — это решение выбрано не случайно: оно обеспечивает хорошую аэродинамику, позволяет сохранить инсоляцию помещений при большой площади этажа и реализовать крайне эффективную конструктивную систему.

• Применяемая конструктивная система называется «Butressed Core» (ядро с контрфорсами). Та же схема используется в текущем рекордсмене — Дубайской Бурдж-Халифе.

• В здании нет классических колонн: все вертикальные нагрузки воспринимают ядро, контрфорсы и связанные с ними стены. Таким образом, каждая вертикальная конструкция вносит вклад в пространственную жёсткость и устойчивость к ветровым нагрузкам. Такому зданию даже не нужны аутригеры.

• Башня опирается на комбинированный плитно-свайный фундамент. Сваи имеют длину от 45 до 105 метров и диаметр 1,5–1,8 метра. Расчеты предполагают, что около 70% нагрузки будут восприниматься сваями, а 30% — плитным ростверком толщиной 4,5–5 метров.

Если всё пойдёт по плану, уже через несколько лет мир увидит нового рекордсмена. Как думаете, в этот раз достроят?

Про прочность и эстетику

Месяц назад мы с супругой отдыхали в Дубае. Одним из самых ярких впечатлений стала смотровая площадка Sky Views Observatory. Она находится на высоте 220 метров — в консольной части горизонтального моста, который соединяет верхние этажи двух башен.

Мост выполнен в виде стальной горизонтальной пространственной фермы. Все его конструктивные элементы открыты для обзора, а пол и потолок сделаны из стекла. Кто-то скажет, что раскосы мешают виду. Но, как по мне, именно они создают ту самую атмосферу: добавляют пространству осознанности и даже лёгкой динамики. Они смотрятся на своём месте. Недаром говорят: между надёжностью и красотой существует невидимая связь, которую человек считывает интуитивно.

К сожалению, многие архитекторы до сих пор воспринимают конструктив как производственную необходимость — что-то, от чего нельзя избавиться полностью (а хотелось бы), но что уж точно не стоит выставлять на показ. И совершенно напрасно.

Фермы — это красиво. Особенно когда они честно выполняют свою функцию.

Если окажетесь в Дубае — очень советую заглянуть в Sky Views Observatory! Мы провели там три часа, и время пролетело незаметно.

В Сочи достраивают пешеходный мост, который я рассчитывал (писал об этом серию постов). Его название — «Волшебный лист». На видео монтируют один из завершающих декоративных элементов — черешок.

Как считаете, прикольная концепция?

Как флаттер стал причиной обрушения Такомского моста (и что это такое)

Аэродинамические неустойчивые колебания — еще один вид опасных аэродинамических эффектов, который нужно учитывать при проектировании сооружений.

СП 20.13330 указывает следующие их виды:

• галопирование
• дивергенция
• флаттер

С флаттером связано знаменитое обрушение пролетного строения Такомского моста в 1940 году.

При обтекании пролетного строения сильным поперечным ветром возник эффект его попеременного закручивания то в одну, то в другую сторону. Частота этого воздействия совпала с одной из собственных частот крутильных колебаний пролетного строения и возник резонанс.

Колебания были засняты на кинокамеру очевидцем. Амплитуда раскачки достигала 45 градусов. Примерно через час после начала интенсивных колебаний пролетное строение обрушилась.

Разрушение Такомского моста способствовало появлению новых исследований в области аэродинамики и аэроупругости конструкций и изменению подходов к проектированию всех большепролетных мостов в мире, начиная с 1940-х годов.

Сам мост восстановили через 10 лет. Основной ошибкой исходного проекта была признана маленькая жесткость главных балок пролетного строения, из-за чего оно имело низкую сопротивляемость кручению. В новом проекте сплошные балки заменили фермами бОльшей высоты.

Ветер, вихри, резонанс. Что важно знать инженеру?

В прошлом посте о строительный аэродинамике и CFD я упоминал эффект образования дорожки Кармана. Кроме того, что этот эффект выглядит завораживающие, он еще и влияет на механическую безопасность зданий и сооружений. Если частота срыва вихрей Кармана близка к одной из собственных частот колебаний сооружения, то может возникнуть эффект резонанса. При этом могут происходить интенсивные колебания сооружения поперек ветрового потока, приводящие к возникновению дополнительных внутренних усилий в элементах конструктивной системы.

Это явление принято называть резонансный вихревым возбуждением (далее буду писать РВВ). В соответствии с п. 11.3 СП 20.13330 РВВ можно считать отдельным видом ветровой нагрузки, которую в некоторых случаях нужно учитывать совместно с основной (средней и пульсационной).

Основной параметр, использующийся при прогнозировании возникновения РВВ — число Струхаля (St). Это безразмерный параметр, использующийся в аэродинамике и гидродинамике, показывающий частоту образования сменяющих друг друга разнонаправленных вихрей, которые образуют дорожку Кармана. СП 20.13330 дает очень упрощенный подход к определению значения St, предлагая всего 2 значения — для круглых сечений (St = 0.2) и для сечений с острыми кромками (St = 0.11). Но в общем случае этот параметр определяется экспериментально в аэродинамической трубе или с помощью CFD-моделирования.

Автоматического учета нагрузки от РВВ в программных комплексах я не встречал. На проекте, расчеты для которого я делал в последнее время, эквивалентная статическая нагрузка от РВВ высчитывалась по методике СП 20.13330 с помощью python-скрипта. Затем вычисленная нагрузка прикладывалась как сосредоточенная сила к плитам перекрытий.

А вы встречались с таким видом ветровой нагрузки в своей практике?

Ветер против зданий: как CFD помогает в архитектурно-строительном проектировании

Последнее время я осваиваю новое для себя направление — CFD-анализ (Computational Fluid Dynamics). Это компьютерное моделирование задач аэродинамики, которое помогает лучше понять, как ведет себя воздушный поток вблизи зданий и сооружений, и какое воздействие он на них оказывает.

В проектировании с помощью CFD-анализа мы можем решить несколько важных задач:

✅ определить картины скоростей ветра в пешеходных зонах, чтобы людей не сдувало во время прогулок

✅ уточнить значения основной ветровой нагрузки там, где они не могут быть установлены по нормативам

✅ уточнить значения пиковой ветровой нагрузки для расчета фасадов и узлов их крепления

✅ оценить риски возникновения аэроупругой неустойчивости (например, поперечные колебания высотных зданий)

CFD считается альтернативой натурным испытаниям в аэродинамической трубе.

Метод с аэродинамической трубой принято считать более точным, но он несоизмеримо более трудоемкий и дорогостоящий по сравнению с численным моделированием. Поэтому в реальных проектах физические испытания проводят нечасто и, как правило, один раз для проекта.

CFD, в свою очередь, позволяет экспериментировать, варьировать параметры и подбирать более удачные решения еще на стадии концепции.

А если комбинировать оба метода, то это позволяет «калибровать» и «валидировать» их, повышая уверенность в точности результатов.

P.S. На видео я визуализировал обтекание ветровым потоком здания квадратной формы, полученное с помощью CFD. Цвета показывают значения скоростей потока: от максимальных (красный) до минимальных (синий). Расчет позволил смоделировать характерное образование завихрений с подветренной стороны, которые периодично меняют свое направление, образуя след в виде волны. Этот след называют «дорожкой Кармана».

В дополнение к подкасту поделюсь своим кратким конспектом по теме выгорания

Выгорание — синдром, который, как полагают, возникает в результате длительного хронического стресса на рабочем месте, с которым не удалось успешно справиться.

Признаки

• ощущение истощения энергии или утомления
• повышенное негативное отношение к работе, апатия, раздражительность
• снижение профессиональной эффективности
• потеря мотивации

Разница между стрессом и выгоранием

Стресс — требуется слишком много усилий, но мы можем функционировать.

Выгорание — нет сил, отсутствие реакции, недостаточность, опустошенность. Выгореть — перестать бороться.

Причины выгорания

• нереалистичные сроки выполнения задач, перегрузка
• задачи или способ их выполнения не ясны, размыты
• отсутствие признания заслуг
• изоляция от коллектива (например, удаленка)
• ценности компании / коллектива не откликаются

Чтобы человек мог выгореть, он должен быть способен гореть

Наиболее подвержены выгоранию замотивированные люди, не получающие отклика от коллег, руководителей

Эгоизм — профилактика выгорания

3 этапа выхода из выгорания по методу RRR

1. Распознавание (recognise) — внимание на малые признаки выгорания.

2. Разворот (reverse) — получение помощи и контроль стресса, разгрузка. Учитесь говорить «нет» дополнительной нагрузке.

3. Устойчивость (resilience) — поддержка физического и психического благополучия для повышения устойчивости к стрессу. Полноценный сон, здоровое питание, регулярная физическая активность. Общение. Хобби. Пересмотр своих рабочий целей, способа выполнения задач.

Подкаст про мой опыт выгорания и выхода из него

В последние месяцы я не так часто выхожу в блог, и одна из причин тому — случившееся выгорание. О том, как это произошло, как долго длилось, и что помогло мне выйти на здоровые рельсы — решил записать свои мысли в виде подкаста. Быть может, вам они будут полезны при столкновении со схожей ситуацией.

0:00 — мой контекст
0:36 — что такое выгорание
1:29 — когда оно началось
3:01 — что я чувствовал
4:35 — причины
8:19 — фаза разгрузки
10:30 — фаза устойчивости
15:38 — итоги

А у вас такое было? Поделитесь историями в комментах: почему началось, как долго длилось, что помогло выйти?

Недавно побывал в Витославлицах — архитектурно-этнографическом музее под открытым небом, расположенном недалеко от Великого Новгорода. Из Питера можно съездить одним днем на ласточке или остаться с ночевкой в Новгороде.

Музей включает в себя церкви, часовни, крестьянские избы, амбары, мельницы и другие здания XVI-XIX веков. Каждая постройка отражает особенности русской архитектуры и традиционные методы строительства. Основной строительной технологией был сруб. Бревна укладывались горизонтальными слоями (венцами), в стыках прокладывался утеплитель — мох, пакля или шерсть, чтобы закрыть щели и предотвратить теплопотери. Верхние венцы завершались стропильной системой, на которую укладывалась деревянная кровля из гонта, лемеха или соломы.

Получил невероятное эстетическое удовольствие от созерцания этого деревянного ансамбля. Некоторые из построек были открыты для посещения. Внутри воссозданы старинные интерьеры, показывающие быт крестьян. Мне, как человеку сугубо городскому, было очень интересно исследовать обустройство изб, их функциональное зонирование.

Однозначно рекомендую к посещению, в зимний период ансамбль особенно хорош 🔥 Главное, тепло одеться! А я следом нацеливаюсь на Кижи...