РОЗДІЛ 2
ЗАСОБИ АВТОМАТИЗАЦІЇ ЕКСПЕРИМЕНТУ ДЛЯ ДИНАМІЧНИХ ВИПРОБУВАНЬ ПРОФІЛІВ ВІТРОВОГО ТИСКУ
2.1. Натурні вимірювання профілів вітрового тиску
2.1.1. Огляд можливостей безпосереднього вимірювання профілю вітрового тиску на висотних об'єктах
Історія систематичного вивчення профілів вітрового тиску на висотні споруди починається з часів Г.Ейфеля [2]. При цьому значною проблемою, з якою стикаються при проведенні вимірювань, є спотворення вітрового потоку спорудою. Найбільші спотворення у вітровий потік вносять монолітні конструкції з великим відношенням ширини до висоти [30, 100]. Для усунення їх впливу вимірювальні прилади виносять на деяку віддаль від конструкції, бажано перпендикулярно до напрямку переважаючих вітрів [113]. Хоча що дисертація присвячена визначенню місцевого профілю вітрового тиску ще до спорудження будівлі, було проведено серію дослідів по визначенню впливу взаємодії з потоком повітря як самої споруди, так і різко пересіченої місцевості її розташування.
Для проведення досліджень було обрано дві висотні споруди у м. Львові: освітлювальну вежу стадіону "Україна" та дзвіницю церкви Покрови Пресвятої Богородиці. Кожна з обраних споруд характеризується дуже складними умовами рельєфу та особливістю оточення і забудови (рис. 2.1, 2.2). Дослідження проводилися двома циклами: зимовий (грудень 2001р.) та літній (липень 2002р.), що дозволяло отримати результати в різних погодних умовах та за різними переважаючими сезонними напрямками вітрів.
Вимірювання профілю вітрового тиску проводились при стабільних погодних умовах у два заходи: реєструвались покази анемометра при підйомі на висотну споруду та при спуску вниз з неї. Заміри вітру визначались у приземному шарі, періодично по ходу підйому та на максимальній висоті. Подвійні покази приладів усереднювались, що дало змогу визначити середню швидкість на обраній висоті.
Рис. 2.1 Вежа церкви Покрови Пресвятої Богоробиці, Львів,
вул. ЛичаківськаРис 2.2 Складний рельєф м. Львова в околі стадіону "Україна".
Вид з освітлювальної вежі.
2.1.2. Профіль швидкості вітру на освітлювальній вежі стадіону "Україна" у Львові
Одним з висотних об'єктів для визначення профілю вітрового тиску було обрано навітрену північно-західну освітлювальну вежу стадіону "Україна" у Львові. Висота вежі складає 40 м і поблизу неї немає висотної забудови на віддалі до 700м. Проте рельєф місцевості, де розміщений обраний об'єкт, є вкрай неоднорідний: гористий схил неправильної форми з різкими перепадами висот до 40м, вкритий лісом (рис. 2.2). Додаткові збурення вітрового потоку створює чаша стадіону. Дослідження проводились 18.07.2002 з 1500-1700 при температурі 22 0С в сонячну вітряну погоду та 20.11.2001 з 1500-1700 при температурі 10 0С в хмарну вітряну погоду.
В процесі проведення експерименту було виявлено, що для освітлювальної вежі стадіону неможливо об'єктивно визначити точку "нуль" відліку, від якої мають бути перераховані за допомогою визначення відповідних коефіцієнтів вітрові тиски на інших висотах. Це обумовлено особливостями довколишнього рельєфу, тому було прийнято за умовну точку "нуль" висоти край чаші стадіону. Відсутність достатньої кількості однотипних приладів не дозволила проводити одночасні заміри на різних висотах, тому дослідження у різних по висоті точках проводились з інтервалом 10 хв, обумовленим переходом між точками дослідження, розгортанням та згортанням обладнання (через відсутність драбин між деякими прольотами перехід здійснювався по несучих конструкціях вежі). Заміри вітру на освітлювальній вежі до висот 40 м проводились на відстані 1 м від споруди пелюстковим і чашковим анемометрами протягом 2-х або 10-ти хвилин. Значення висоти точок вимірювання встановлено за розміром стандартних сталевих секцій освітлювальної вежі.
Було з'ясовано, що для даного розміщення вежі побудувати криву зміни швидкості вітру з висотою споруди, подібну до поданої в СНиП 2.01.07-85 [77, 71] або проекту ДБН України [30]є практично неможливо, тому що потоки вітру, омиваючи чашу стадіону, змінюють швидкість і напрям з висотою. За даними спостережень за миттєвою швидкістю вітру, виконаними за допомогою магнітно-індукційного анемометра, пульсаціями потоку, що виникають внаслідок турбулентності, можна знехтувати через їх малість. Суб'єктивно спостерігалось незначне коливання конструкції внаслідок високого значення вітрового тиску. Отримані внаслідок вимірювань профілі вітрового тиску не співпадають з даними СНиП 2.01.07-85, де визначено швидкість вітру в типових умовах. Надалі при аналізі літературних джерел було виявлене незначне співпадіння якісного вигляду отриманих профілів з графіками в [27], проте із спотвореннями форми експериментальних графіків порівняно із ідеалізованими рисунками в [27]. Оскільки форма отриманих профілів вітрового тиску не могла бути описана формулами ДБН (1.1), (1.4) або (1.5), з відповідними коефіцієнтами для пересіченого рельєфу, то їх обробка для знаходження таких нормативних коефіцієнтів формул була припинена.
2.1.3. Профіль вітрового тиску на дзвіниці церкви Покрови у Львові
Дзвіниця церкви Покрови у Львові (рис. 2.1) є, на відміну від металевої повітропроникної споруди освітлювальної вежі стадіону "Україна", монолітною цегляною вежою, стіни якої викликають додаткові збурення повітряного потоку. Умови рельєфу складні, в приземному шарі - гориста місцевість з суцільною забудовою по крутому, вкритому лісом схилу. З північно-західного боку різке падіння висоти місцевості до 30 метрів, з південно-східного боку, на віддалі 200-230м - пануюча гора, вкрита лісом, висотою до половини висоти вежі. Як і для випадку освітлювальної вежі стадіону, "тип місцевості" не піддається класифікації за будівельними нормами. Стіни будівель викликають додаткове збурення вітрових потоків. В ході проведеного дослідження було виявлено, що неможливо поміряти параметри вітру, спрямованого перпендикулярно до стін, а лише під кутом до них. Фактично в дан