עיצוב האצטדיון המודרני ניצב בפני אתגר ייחודי ותובעני: הצורך ליצור מבנים גדולים ופתוחים שיכולים לעמוד בפני כוחות הטבע תוך מתן ניסיון אופטימלי עבור עשרות אלפי צופים.בין כוחות טבעיים אלה, הרוח היא אחד החשובים ביותר ובלתי צפויים.ללא שיקול אווירודינמי זהיר, רוחות גבוהות יכולות לגרום לאדריכלות מבנית מסוכנת, לגרום נזק לחיפוי ולגג מערכות, וליצור אי נוחות, אפילו מסוכנים, בתוך הטכניקות רוחיות בלתי צפויות, ולכן לא יכולות למזעריות, אלא למזעריות של התפתחותיות, אלא למזער את התכונות של התפתחותיות של התפתחותיות, ולכן, לאו של התפתחותיות, אלא של התפתחותיות, אלא של התפתחותיות, היא בעלת דרישות יציבות וגמישות, אלא של התפתחותיות, היא לאו של התפתחותיות, ולכן, היא יעילה, כלומר, לאודות, אלא של התפתחותיות, אלא של התפתחותיות, אלא של התפתחותיות, אלא של ארכיטקטורדירקדניות, היא בעלת תכונות יציבות, ולכן, לא יציבה, היא בעלת תכונות יציבות, לא יציבה, אלא של התפתחותיות, אלא של התפתחותיות, אלא של ארכיטקטונית, אלא של התפתחותיות, ולכן, לא יציבה, אלא של ארכיטקטונית, ולכן, היא בעלת תכונות של התפתחותיות, לא יציבה, ולכן, לא יציבה, ולכן, אלא של ארכיטקטונית

החשיבות של Aerodynamics בעיצוב האצטדיון

איצטדיוןים חשופים באופן טבעי מבנים.שטחי פני השטח הגדולים שלהם, לעתים קרובות צד פתוח, ואת קרום גג קל משקל להפוך אותם פגיעים במיוחד עומסי רוח.חשיבות של האירודינמיקה בהקשר זה משתרעת מעבר להישרדות מבנית בלבד; זה משפיע ישירות על נוחות הצופה, עלויות תפעוליות ואפילו על הביצועים של ספורטאים במקומות בחוץ.

בטיחות מבנית וארוכותיות

הדאגה העיקרית היא שלמות מבנית.רוח מפעילה כוחות לחץ והתאבדות על כל משטח חשוף.עבור אצטדיון טיפוסי, עומס הרוח הכולל יכול להגיע אלפי טון. מבנים מעוצבים עניים יכולים לחוות תנודות, עייפות סדק, ובמקרים קיצוניים, כשל קטסטרופלי.אירודינמיקה מעצב להפחית את עומסי הרוח הפסגות, צמצום הלחץ על מסגרות פלדה, תמיכה קונקרטית, מערכות יסוד זה יכול להיות מאריך 20% של שינויים הראות, אפילו על ידי טמפרטורות חום עדינים.

מפרט נוחות ובטיחות

בתוך הקערה של האצטדיון, הרוח יכולה ליצור אטומות וזעזועים שצופים מצמררים, משבשים צפייה, ואפילו להוות סיכון של פסולת מעופפת.תכונות אווירודינמיקה מעוצבות היטב, כגון קצוות גג מעוצבים ומסכים רוחניים מוצבים אסטרטגית, לעזור לשלוט על זרימת האוויר בתוך אזורי ישיבה.זה שומר מיקרוקליד יציב ונוח יותר.

עלויות אנרגיה והוצאות תפעול

עיצוב Aeroדינמית גם משפיע על חימום, אוורור, מיזוג אוויר (HVAC) עומסים. על ידי שליטה באוורור טבעי וצמצום טיוטות לא רצויות, האצטדיוןים יכולים להוריד את צריכת האנרגיה שלהם.בנוסף, עומסי רוח נמוכים יותר פירושים אלמנטים מבניים קלים נדרשים, צמצום עלויות החומר וזמן הבנייה.

עקרונות Aerodynamic Fundamental Applied to Stadiums

הבנת כיצד הרוח אינטראקציה עם מבנים גדולים דורש יישום עקרונות אווירודינמיים הליבה. בעוד דינמיקת נוזל חישובי בקנה מידה מלא (CFD) משמשת לניתוח מפורט, הפיזיקה הבסיסית נשארת קבועה.

החלפה ודרדרדר

זרימת הזרימה מפחיתה את ה-Gar coefficient של אובייקט על ידי כך שמאפשר אוויר לזרום חלקה סביבו.עבור איצטדיון, זה אומר הימנעות פינות חדות, שינויים פתאומיים בזווית פני השטח, ותחומים שטוחים גדולים העומדים בפני רוחות דומיננטיות, במקום, פרופילים מעוקלים, תוכניות רצפת elliptical, ועמודי גגות מרוקדים עוזרים לאוויר לעקוב אחר קווי המתאר של המבנה עם הפרדה מינימלית.

ניהול Vortex Shedding

כאשר רוח זורם מעבר גוף bluff כמו אצטדיון, זה יכול לשפוך שינוי מערבה מן הצדדים המנוגדים.תופעה זו, המכונה vortex לשפוך, יוצר כוחות משניים שיכולים להציק את המבנה בתדירות הטבעית שלו.אם התדר השופך מתאים לתדירות הטבעית המבנית, החייאה יכולה להתרחש, המוביל לתנודות גדולות, מזיקות.

שליטה על Uplift and Downforce

גגות רגישים במיוחד כדי לרומם בגלל ההבדל הלחץ בין פני השטח העליון לבין פרופיל הגג האירודינמי - לעתים קרובות דום רדום או קנופי מעוקל - מאפשר רוח להאיץ מעל העליון, להפחית את הלחץ ויצירת כוח מטה מטה רשת או ירידה למטה. כמה גגות מודרניים משלבים מעט עלייה למעלה על פני קצה המוביל לעודד זרימת אוויר, אשר מייצב את הגג עוד יותר.

תכונות עיצוב אווירודינמי

הביצועים האירודינמיים מושגים באמצעות שילוב של צורה, מרקם ואלמנטים מכניים.התכונות הבאות משולבות בדרך כלל בעיצובים עכשוויים של האצטדיון.

בניין אינטגרטופ

הצורה הכוללת של האצטדיון היא קו ההגנה הראשון נגד הרוח. תוכניות רצפת אלפלקטי או מעגליות הם טנאמי יותר מאשר מלבניים כי הם מציגים שטח חזיתי קטן יותר ומאפשרים רוח לזרום סביב הצדדים בצורה חלקה. האצטדיון הלאומי של בייג'ינג (הנס קן של Bird) מדגים זאת עם צורתו המסובבת, דמוי קן, המפחיתה את הרגישות הרוחית של הרוח, עוזר גם למזער את הלחץ החיצוני של לחץ חיצוני.

פרופילים של גג

צורת גג היא אולי התכונה האירודינמית הקריטית ביותר.עיצובים כגון צורת "בול" עם פתח מרכזי (כמו אצטדיון מרצדס-בנץ באטלנטה) או צורת "הצללה" (כמו אליאנץ ארנה במינכן) מועדים ליעילות האווירודינמית שלהם.הגג תוכנן לעתים קרובות כ"מפונק" - שפתון או מעוגל מעל עקומה המסייעת הנשימה לתוך אזורי הקערה.

גדרות רוח ומסכים

עבור איצטדיון במקומות רוחיים במיוחד, מסכים קבועים או מהדהדים מותקנים.אלה אינם קירות מוצקים אבל לוחות בד או מתכת מחוננים המאפשרים כמה זרימת אוויר לעבור, צמצום העומס נטו תוך כדי עדיין פורץ גורים סוערים. דוגמאות כוללות לוחות ⁇ סביב השכבה התחתונה של אצטדיון טוטנהאם החמים בלונדון.

המונחים: Surface Texture and Hurtness

המרקם של קליד חיצוני יכול להשפיע על שכבת הגבול ליד פני השטח.משטחים קשיחים (כגון לוחות מתכתיים מבוקשים, מיקרו-ridges, או מברנות בד) מעודד את המעבר מן laminar לזרימה סוערת. בעוד זה מגביר חיכוך העור, זה יכול למעשה להפחית את הלחץ הכולל על ידי קידום של זרימה מופרדת וצמצום מערבולת "הקרד" עם פעולות חיצוניות שלה.

פתחים ונמלי נטידול

פתחים אסטרטגיים במעטפת האצטדיון מאפשרים לרוח לעבור ולא לדחוף נגד זה. "הסיכוי" זה מקטין את הלחץ הנקי על המבנה.הגג ההדהד של אצטדיון מרצדס-בנץ, כאשר פתוח חלקית, פועל כנמל גדול של אוורור המשווה לחץ מבפנים ומבחוץ.

מחקרים: איצטדיון אייקוני ופתרונות האירודינמיקה שלהם

כמה איצטדיוןים בבעלות עולמית ממחישים כיצד עקרונות האירודינמיקה מתורגמים בצורת בנויה.

אצטדיון הלאומי בייג'ינג (Bird's Nest)

עוצב על ידי הרצוג & דה מרון עבור אולימפיאדת 2008, החיצוני האיקוני של האצטדיון הזה הוא לא רק הצהרה פיסולית.המשט פלדה הבלתי סדירה שעטוף את המבנה יוצר "גיל" המאפשר לרוח לעבור, צמצום העומס הכולל של הרוח.ק.משלב העיצוב הראה כי הליטקטי מנע היווצרות של אזורי LT נמוכים גדולים על פני השטח הרוחי, הוא גם מצמצם באופן עקבי יותר, ללא קשר לצורה של מתכתית של צורתו של ציפורן.

אליז ארנה, מינכן, גרמניה

אליז ארנה כולל דוכן ייחודי מנופח של ETFE עם צורה חלקה, מעוגלת, עגולה.קערה של האצטדיון הוא שקוע חלקית לתוך הקרקע, אשר מפחית את הגובה החשוף שלה ובכך עומס הרוח.הגג הוא דום רדום כי מעוקל מטה על הקצוות, יצירת מעבר חלק עבור מהנדסי רוח בשימוש נרחב כדי לחדד את הצורה של קו הרוח, כלומר לא יכול לנפח את הרוח הגמישות יותר, כי הוא מסוגל לספוג עוד יותר.

אצטדיון מרצדס-בנץ, אטלנטה, ארצות הברית

הגג העוצמתי של האצטדיון, שעוצב כשמונה "תחרות" גלויות כמו עדשות מצלמה, הוא יצירת מופת של עיצוב אווירודינמיקה.כאשר סגור לחלוטין, הגג יוצר דום מתמשך כאשר באופן חלקי או מלא פתוח, הפתיחה המרכזית פועלת כמו שסתום הקלה בלחץ, מונעת את בנייתם של לוחות לחץ גדולים.

אצטדיון טוטנהאם הוטפור, לונדון, בריטניה

(הופנה מהדף רב תכליתי, האצטדיון משלב שילוב של תכונות אווירודינמיקה.הקערה התחתונה סגורה חלקית על ידי מסך רוח שקוף המפחית את מהירות הרוח ברמת המגרש תוך שמירה על תחושה של פתיחות.הגג, מבנה כבל קל משקל-נט, מעוצב עם עקומה עדינה שמכוון את העין למעלה.

שיטות סימולציה ובדיקה

השגת עיצוב אצטדיון אווירודינמיקה מסתמכת רבות על סימולציה מתקדמת ובדיקות פיזיות ארוכות לפני תחילת הבנייה.

Fluid Dynamics (CFD)

תוכנת CFD מאפשרת למהנדסים כמעט מודל האצטדיון וסביבתו, לפשט את זרימת הרוח במהירויות שונות וכיוונים. מודלים גבוהים של 3D יכול לחזות התפלגות לחץ, דפוסים טורטקס, ועומסים דינמיים. כלים מודרניים CFD יכולים אפילו לדמות את ההשפעות של מבנים שכנים, שטח, ו ⁇ תרמיים.התהליך בדרך כלל כרוך בזיכוכים: שינוי הגג, הוספת כנף או התאמה לאפקטים פיזיים כדי לראות את ההשפעה הדמיית.

מבחן מנהרת רוח

למרות כוחו של CFD, בדיקת מנהרה רוח נשאר צעד אימות חיוני מודלים (בדרך כלל 1:200 עד 1:500) ממוקמים מנהרה רוח גבול כי מדמה את הווריאציות הטבעיות של מהירות הרוח עם גובה ואת הזעזוע של הסביבה המקומית. חיישנים על מדדי מדד על מאות נקודות, בעוד לתאי עומס מודדים כוחות מוחלטים על המבנה.

פיקוח מלא

לאחר בנייה, האצטדיוןים לעתים קרובות מופעלים עם מדממים, חיישני לחץ, ומדמטרים לפקח על ביצועי הרוח בפועל.הנתונים האלה משמשים כדי לאמת הנחות עיצוב ויכולים להודיע על תחזוקה עתידית או שינויים.לדוגמה, ניטור ארוך טווח של האצטדיון הלאומי בבייג'ינג אישר כי החיצוני ⁇ מפחית עומסי רוח שיא לדרגות חזו על ידי שלב העיצוב.

אתגרים ומסחר-Offs בעיצוב Aeroדינמית

בעוד היתרונות של תכונות אווירודינמיקה ברורים, שילוב אותם לתוך עיצוב אצטדיון אינו ללא אתגרים.

טיהור צורה ותפקוד

אופטימיזציה אירובית לעתים קרובות דורשת צורות ספציפיות - מקומות, מדבקות, פינות מעוגלות - אשר עלולות להתנגש עם החזון האסתטי של האדריכל או הדרישות התפקודיות של האצטדיון (למשל, למקסם את יכולת ישיבה, קווי ראייה) צורה אווירודינמית מושלמת לא יכול להכיל את המספר הרצוי של סוויטות יוקרה או עשוי ליצור חללים פנימיים מביכים.

שיקולים

תכונות אווירדינמיות כגון קלדלינג מותאם אישית, גג מורכב גיאוגרפית, ומסכים חוזרים יכולים להיות יקרים יותר משמעותית מאשר לוחות שטוח סטנדרטיים או מדרונות גג פשוטות.העלות הנוספת של סימולציות CFD נרחבות ובדיקת מנהרות רוח מוסיפה גם לתקציב. עם זאת, עלויות upfront אלה לעתים קרובות מתמוססות על ידי שימוש חומרי מופחת, פרמיות ביטוח נמוכות יותר, ועלויות אנרגיה נמוכות יותר על פני חיי האצטדיון חייב להיות בבירור להיות בעלים כלכליים.

מורכבות בנייה

יישום גג כפול או חזית מחוספס דורש טכניקות ייצור מתקדמות ומדויק על הרכבה באתר. סובלנות הם הדוקים יותר, ובקרת איכות תובענית יותר.עבור הגג של אצטדיון מרצדס-בנץ, כל אחד משמונה הלוחות צריך להיות מיוצר עם דיוק מילימטר כדי להבטיח תנומות נאותה וביצועים אווירודינמיקה.

הסתגלות לשינוי תנאי הרוח

הרוח משתנה מטבעו. עיצוב שעובד היטב עבור כיוון הרוח השורר עשוי להיות פחות יעיל עבור זירות או סערות. איצטדיון באזורים עם מספר רב של כיוונים רוח חזקים (למשל, אזורי החוף) דורש פתרונות אווירודינמיים סימטריים יותר.בנוסף, שינויי האקלים עשויים לשנות דפוסי רוח מקומיים, כך מעצבים חייבים לשקול תרחישים עתידיים במקום להסתמך רק על נתונים היסטוריים.

עיצוב אצטדיון Aerodynamic Stadium

ככל שהחומרים המדעיים והכוח החישובי מתקדמים, מתעוררות הזדמנויות חדשות לעיצובים אווירודינמיקה יעילים ורציונאליים יותר.

משטחים חכמים ומתקדמים

החוקרים בוחנים את השימוש של משטחים מורפיום שיכולים לשנות צורה בתגובה למהירות הרוח.לדוגמה, קצה גג עשוי להכיל פחיות קטנות או "gills" שנפתחות במהירויות רוח גבוהות כדי לשבש את השופכים, אך נשארים סגורים במהלך מזג האוויר רגוע עבור רצף אסתטיקה מערכות דומות כבר בשימוש בכנפיים מטוסים וניתן לדרג ליישומים של אצטדיון בצורת.

גישות ביומיות

הטבע מציע שיעורים רבים באירודינמיקה.המבנה של קן הציפור או מרקם פני השטח של העור של כריש הם רק שתי דוגמאות.מעצבי אצטדיון לומדים כיצד עצים ושוניות אלמוגים לנהל רוח ומים זורמים על ידי יצירת מבנים חד-פעמיים, דמויי-שבר. "הנס קן של ברד" כבר שואב השראה מצורות טבעיות, אבל איצטדיון עתידי עשוי אפילו לשלב תבניות ביומטיות יותר לתבניות מתוחכמות של שליטה.

שילוב של אנרגיה מתחדשת

פני השטח של Aerodynamic יכולים להכפיל כמו תכונות אנרגיה-harvesting.גג מעוקל של אצטדיון יכול להיות מצויד לוחות פוטו-וולטאיים קלים וגמישים כי לעקוב אחר קווי המתאר האירודינמיים. Wind טורבינות יכול להיות משולב פתחים כי זרימת רוח (דומה לחבורת ונוטר). השילוב של עיצוב אווירודינמיקה ואנרגיה מתחדשת מייצג גישה הוליסטית לתכנון אצטדיון בר קיימא.

אופטימיזציה משלימה

אלגוריתמי למידת מכונות משמשים כעת כדי לייעל את צורות האצטדיון עבור עמידות רוח.על ידי הפעלת אלפי סימולציות CFD במקביל, AI יכול לזהות וריאציות עיצוב לא אינטואיטיבי כי להפחית עומסי רוח על ידי 5% עד 10% נוסף בהשוואה עיצוב הרצוני האנושי מונחה.זה תהליך "עיצוב חדשני" יכול לייצר צורות אורגניות מורכבות, יעילות מאוד, אבל לא היה בלתי אפשרי להרות באופן ידני.

מסקנה

עיצוב Aeroדינמית התפתח מתוך דאגה נישה לעמוד מרכזי של אדריכלות האצטדיון המודרנית.ההכרחי למזער את ההתנגדות הרוחית שמניעה חידושים בצורת, מרקם ומערכות מכניות שמגן הן על המבנה והן על ידי יישום עקרונות יסודיים של דינמיקות נוזליות - הזרם, שליטה בטורטקס, ניהול לחץ - אנשי מקצוע ואדריכלים יוצרים איצטדיון בטוח יותר, נוח יותר, בר קיימא יותר, את ההצלחה של נופים איקוניים, כמו הצטיינות רוחנית חזקה יותר, כמו ארקדינרית, כמו ⁇ , כמו ⁇ , כמו ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇