بررسی و اصلاح آیرودینامیکی مقطع برج بین المللی تهران در معرض بادهای سالیانه

مطالعه جریان باد حول برجهای بلند به دلیل ریزش نامتقارن گردابه ها و در نتیجه وارد شدن نیروهای نوسانی به سازه از اهمیت خاصی برخوردار می‌باشد. هر چند تحلیل این پدیده در شرایط خاص از قبیل سرعت و جهت جریان باد قبلاً صورت پذیرفته ولی تاکنون یک معیار کمی برای ارزیابی آئرودینامیکی وضعیت برج در معرض انواع بادها با سرعت‌ها و در جهات مختلف با توجه به موقعیت خاص جغرافیایی محل صورت نپذیرفته است. در پژوهش حاضر شبیه‌سازی عددی جریان باد حول هندسه مقطع برج بین الملی 56 طبقه تهران در معرض سرعت‌های مختلف باد در جهات متفاوت انجام و نیروهای آیرودینامیکی و دامنه و فرکانس نوسانات آنها محاسبه گردیده است. سپس با توجه به نامطلوب بودن هرگونه نیروی آئرودینامیکی وارده به برج از دیدگاه سازه‌ای، از ترکیب مقادیر متوسط و دامنه نوسانات ضرائب آئرودینامیکی در هر سرعت و زاویه وزش در شهر تهران معیاری برای ارزیابی آئرودینامیکی برج بین المللی تهران در معرض بادهای سالیانه ارائه شده است. محاسبات عددی به صورت تراکم ناپذیر ناپایا و با بهره‌گیری از مدل توربولانسی ترابرد تنش برشی کی- امگا صورت پذیرفته‌اند. بحرانی‌ترین سرعت‌ها و موقعیت‌های وزش باد بر برج از نظر مجموع ضرایب متوسط و دامنه نوسانات ضرایب برآ و پسا موقعیت وزش صفر و بیست درجه به‌ترتیب در سرعت‌های باد 15 و 10 متر بر ثانیه تشخیص داده شد. به منظور بهبود خواص آیرودینامیکی از جمله کاهش مقادیر متوسط و دامنه نوسانات نیروهای آیرودینامیکی، تغییراتی در هندسه برج اعمال گشته و هندسه جدیدی موسوم به هندسه اصلاحی معرفی و ضرایب آیرودینامیکی آن با هندسه فعلی برج مقایسه شده است. بر اساس نتایج بدست آمده هندسه اصلاحی در همه موقعیت‌های بحرانی وزش باد دارای مجموع ضرایب آیرودینامیکی کمتری نسبت به هندسه اصلی بوده و به صورت میانگین کاهش 21 درصدی مجموع ضرایب آیرودینامیکی را نسبت به هندسه اصلی سبب می‌شود.

aerodynamic evaluation and modification of tehran international tower section exposed to annual winds

in the current research, the numerical simulation of the wind flow around the geometry of the 56-story tehran international tower exposed to different wind velocities in different directions has been performed and the aerodynamic forces, amplitudes, and frequencies of their fluctuations have been calculated. then, according to the unfavorableness of any aerodynamic force acting on the tower from a structural point of view, from the combination of the average values and the range of fluctuations of the aerodynamic coefficients at each wind velocity and angle in the city of tehran, a criterion for the aerodynamic evaluation of the tehran international tower exposed to annual winds has been presented. numerical calculations have been done in an unsteady incompressible manner using the k-ω sst turbulence model. the most critical wind speeds and positions on the tower are detected at the directions of 0 and 20 degrees at wind speeds of 15 and 10 m/s, respectively. in order to improve the aerodynamic properties changes are made in the geometry of the tower and a new geometry is introduced and its aerodynamic coefficients are compared with the current geometry of the tower. according to the obtained results, the modified geometry has lower total aerodynamic coefficients than the original geometry in all critical wind situations and causes an average reduction of 21% in the total aerodynamic coefficients compared to the original geometry.