Качается ли Лахта Центр во время сильных штормов? Это один из самых частых вопросов гостей нашей обзорной площадки. Специально ко Дню ветра мы попросили Сергея Соловьёва, заместителя начальника отделения гидроаэродинамики ФГУП «Крыловский государственный научный центр», рассказать о том, чем занимаются специалисты по аэродинамике и как они испытывали Лахта Центр ветром.
🔹 Почему в Петербурге Лахта Центр строить можно, во Владивостоке сложно, а в Геленджике нельзя?
— Лахта Центр располагается на побережье Финского залива, и в целом это довольно-таки спокойный ветровой район, — говорит Сергей Соловьев. — Но воздух идет со стороны открытой воды, и оттуда ветер бывает достаточно крепкий. В этом и есть главная особенность местоположения комплекса. Башня рассчитана по всем нормам на максимально возможный ветер, который бывает один раз в 50 лет — так называемый пятидесятилетний ветер, его значение 26 метров в секунду. Соответственно, башня рассчитана, чтобы выдержать такой ветер со стороны залива. С других направлений, если посмотреть розу ветров, ветер будет слабее.
Петербург достаточно спокойный ветровой район. Во Владивостоке, где есть мост на остров Русский, которым мы тоже занимались, ветра достигают 30–35 м/с, и вероятность этого «пятидесятилетнего ветра» существенно больше. А в Геленджике есть такое явление — бора, она сходит с гор осенью, и этот ветер практически каждый год фиксируется на значении 33–34 м/с. А что такое 35 метров в секунду по сравнению с 26 в Петербурге? Ветровая нагрузка рассчитывается в квадрате от скорости, то есть это почти в два раза больше, чем у нас. И я думаю, Лахта Центр было бы сложнее построить во Владивостоке, а в Геленджике и вовсе нельзя.
🔹 Как проходят аэродинамические испытания небоскреба?
— Макет Лахта Центра в масштабе 1:600 проходил испытания в аэродинамической трубе, специалисты исследовали распределение давления, амплитуды колебаний, скорости в пешеходных зонах и много-много разных других аэродинамических параметров при моделировании направлений ветра.
Для испытаний изготавливают специальную модель с центральным гибким металлическим стержнем переменного сечения, который воспроизводит все жесткостные характеристики, а внешняя оболочка воспроизводит геометрию здания. В оболочке располагаются грузики, которые воспроизводят как общую массу здания, так и погонную массу, которая меняется по этажам. Эта модель откликается на действие потоков в аэродинамической трубе, ровно как натурное сооружение.
🔹 Как связана форма здания и его аэродинамика?
— При проектировании настоящего высотного здания — небоскреба выше двухсот метров — ветровая нагрузка играет первую роль, а для зданий больше трехсот метров это уже чуть ли не самый определяющий фактор. Форма всех настоящих небоскребов полностью продиктована аэродинамикой. И зачастую архитектура в некотором смысле находится на втором месте. Если вы сделаете, например, проект 300-метрового полностью прямоугольного или цилиндрического здания, оно будет испытывать очень большие колебания из-за ветра — вихревые возбуждения, например, или галопирование. Именно поэтому форма сверхвысоких небоскребов продиктована исключительно аэродинамикой. Зданию стараются придать рубленую или ступенчатую форму либо сделать большую конусность, закрутку — как, например, у башни «Эволюция» в Москва-Сити. В Лахта Центре это совмещено — достаточно приличная конусность и одновременно закрутка. Такая архитектурная форма позволяет Лахта Центру избежать аэродинамической неустойчивости, и возможности колебания, связанные с ветром, сведены практически к нулю.
🔹 Как отслеживается поведение башни в ветреные дни?
— В Лахта Центре как уникальном сооружении установлена большая и сложная система мониторинга: инклинометры, приборы для измерения угла наклона относительно гравитационного поля Земли, и акселерометры, которые следят за амплитудой и ускорениями на вершине башни, метеостанции, которые измеряют на разных уровнях направление и скорость ветра. Данные собираются и когда необходимо, мы проводим их глубокий анализ, выдаем свое заключение.
🔹 Удалось ли увидеть что-то новое на экскурсии по обзорной площадке Лахта Центра?
— Как специалист по ветру я башню много-много раз видел со всех сторон. И как эксперту все было знакомо, а вот как обычному зрителю мне очень нравится внешний вид башни — она очень-очень эстетичная, c гармоничной конструкцией. Отлично просчитанная конусность и закрутка — это здорово, и архитекторы большие молодцы! Башня хорошо вписана в пейзаж и гармонично смотрится со своими стилобатными зданиями. Мне они напоминают глыбы льда при ледоходе на реке. Мне понравилось понравилось внутреннее убранство, арка c парящей лестницей: впечатление такое, будто внутри космического корабля будущего находишься. И сильное впечатление произвел атриум. Невероятно красиво, будто попал в какой-то отдельный мир из стекла и кристаллов. Сказочно красиво за счет хорошо подобранного шага и ритма расстекловки, особенно потолка, гармоничные парящие мостки и шар планетария. Мне все это напоминает невероятную космическую одиссею, будто попал в город будущего, который вращается на орбите в открытом космосе. Cильнейшие впечатления от дизайна.
🔹 А много ли вообще специалистов по ветру?
— В России совсем немного организаций, которые серьезно занимаются аэродинамикой, и нас, наверное, можно по пальцам рук посчитать. Мы все друг друга знаем, созваниваемся, общаемся, на одних и тех же проектах часто встречаемся. Хотелось бы, чтобы таких специалистов было побольше, чтобы было с кем поговорить о ветре и поделиться опытом.
🔹 Как в вашей жизни появился ветер?
— Может быть, я один из последних, кто неслучайно стал специалистом по ветру. Чтобы стать настоящим аэродинамиком и понимать, что такое ветровые нагрузки и прочее, надо учиться по специальности «Механика жидкости газа и плазмы». Если ты простой проектировщик, то даже закончив курсы аэродинамиком сразу не станешь. Мне в каком-то смысле повезло. На четвертом курсе я узнал, что есть «Крыловский государственный научный центр», где много экспериментальных установок, связанных с водой и с ветром, и там можно устроиться поработать. И так я пришел к аэродинамической трубе, которая была абсолютно по моей специальности, потом была диссертация магистра, аспирантура и защита кандидатской, которую я написал, работая в институте.
🔹 Еcть ли в ветре что-то метафизическое, необъяснимое?
— Аэродинамика — это наука, которая изучает воздействие ветра со зданиями, мостами, вертолетами и всем остальным. Ученые раскладывают явление до молекул, до атома, до числа Кнудсена — это такой параметр, который определяет условно, когда можно поток считать еще ветром. Например, мы поднимаемся ввысь, в атмосферу, все дальше, дальше, и там молекул все меньше и меньше, и в какой-то момент поток молекул уже не считается ветром. Почему ветер именно происходит? Не потому ведь, что деревья качаются.
Чтобы стать специалистом по аэродинамике, надо учиться трактовать явления. В аэродинамике много феноменов, которые, не понимая фундаментальных законов, трактуешь неправильно. Ветер появляется из-за перепадов давления, из-за того, что какую-то часть нашей планеты солнышко сильно нагрело, давление повысилось — и поток воздуха начинает перетекать из области высокого давления в область низкого. Так образуется ветер — и деревья качаются, но не наоборот.
🔹 Какие чувства у вас вызывает Лахта Центр?
— Я живу недалеко от Лахта Центра, и когда прогуливаюсь или еду по ЗСД, могу видеть одновременно сразу несколько объектов, к которым непосредственно причастен и исследовал с датчиками. Во-первых, это сам Лахта Центр, доминанта. Со всех сторон башню видно, и ничто не загораживает в отличие от Москва-Сити. Дальше — комплекс флагштоков, которые мы испытывали. Затем стадион «Газпром Арена» — и там тоже мы проводили работу. И наконец, мост через Петровский фарватер с красивыми пролетами на вантах. Причем ванты расходятся веером в трех плоскостях. Очень-очень красивый и изящный мост с точки зрения архитектуры и инженерии. На всех этих объектах я лично проводил исследования последние 15 лет, и это приятное чувство.
🔹 Фото: Джавангир Сурхаев
Беседовал Михаил Борисов
#лахтацентрзнаний