Az épületmagasság növekedésével az épületet érő szélhatás válik az egyik legjelentősebb terheléssé, amelyre az épületet méretezni kell. Míg egyszerű alak esetén a vonatkozó területi szabványok (EUROCODE, ASCE stb.) nagy biztonsággal teszik lehetővé a szélteher meghatározását, addig a szélcsatorna modellkísérletekkel komplex épületalak esetén is pontosan – így építési költséget megtakarítva – határozható meg a szél hatása az épületre.
Mivel egy határréteg szélcsatornában az atmoszférikus határréteg dinamikus jellemzői is pontosan követik a valóságot (a széllökések nagysága és időtartama ugyanúgy aránylik az átlagos szélsebességhez, mint a valóságban) ezért a szélcsatornában nem csak az épületre ható átlagterhelést, hanem a pillanatnyi széllökések okozta csúcsterhelést is pontosan tudjuk mérni.
A szélcsatorna kísérlettel közvetlenül – erőmérő rendszer beépítésével – mérhető az épület alapjánál ható hajlító és csavaró nyomaték. A másik mérési lehetőség az épület külső felületén elhelyezett több száz nyomásmérő pontban a nyomás szimultán mérése, amelyből felületi integrálással meghatározhatóak az eredő erők és nyomatékok.
Ez utóbbi módszer arra is alkalmas, hogy a burkolati elemek (amelyek sokkal inkább érzékenyek egy-egy széllökés rövid ideig tartó csúcsterhelésére, mint a teljes épület) terhelését meghatározzuk.
A tervezett Raiffeisen Tornyok (Finta Stúdió, 2008) merev szélcsatorna modellje, 200 nyomásfurattal felszerelve, a Kármán Tódor Szélcsatorna Laboratórium göttingeni típusú nagy vízszintes szélcsatornájában.
A nagy karcsúságú épületeket (több száz m magasság) ezen kívül a szél dinamikus hatása, lökésessége azzal fenyegeti, hogy alacsony sajátfrekvenciájuk miatt lengésbe jönnek. Bizonyos frekvenciáknál már az egészen kismértékű lengés is negatívan befolyásolja az épületben tartozók közérzetét, nagyobb mértékű lengések pedig nyilvánvalóan az épület épségét.
Az épületek dinamikus viselkedésének vizsgálatára több lehetőség kínálkozik:
- A szélcsatorna modellen felvett, nagy időbeni és térbeli felbontású nyomáseloszlást (az épület gerjesztését) numerikus dinamikai modellbe tápláljuk be, amely ez alapján kiszámítja az épület dinamikus viselkedését (a lengések frekvenciáját és amplitúdóját).
- A szokásos merev helyett ún. aeroelasztikus szélcsatorna modellt készítünk. Ez, hasonlóan a valóságos épülethez, rugalmas, a szél hatására hajlik és csavarodik. A szélcsatorna mérés során rezgésmérő rendszerrel vagy DIC rendszerrel rögzíthetjük a lengésképet, a frekvenciákat és amplitúdókat. A modellezési törvényszerűségek segítségével ezek a jellemzők átszámíthatóak a valóságra.
Válasszuk bármelyik lehetőséget, a szélcsatorna kísérlet kulcsszerepet játszik a magas épületek szélterhelésének meghatározásában. Mindemellett a kísérletben a magas épületek környezetében sokszor kritikus szélkomfortot is meghatározhatjuk, így a problematikus zónákban már a tervezési fázisban ellenintézkedéseket tehetnek a tervezők.
A témát gondozó kutató és tanszék
Dr. Hunyadi Mátyás | BME Építőmérnöki Kar | Hidak és Szerkezetek Tanszék
Dr. Balczó Márton | BME Gépészmérnöki Kar | Áramlástan Tanszék
Az intézmény korábbi publikációi a témában
Dr. Lajos Tamás: Jelentés a Raiffeisen torony szélcsatorna vizsgálatáról. Kutatási jelentés, BME Áramlástan Tanszék, 2007.
Atmoszférikus Áramlások Laboratórium kialakítása 