Z powodu skomplikowanego kształtu elementów żaluzji obawiano się nadmiernego ugięcia tych elementów pod wpływem wiatru i wpadania ich w rezonans.
Głównym motywem elewacji budynku Greenwings Offices w Warszawie są tzw. żaluzje elewacyjne (fot. 1). Są to elementy w kształcie skrzydła wykonane z blachy aluminiowej grubości 2 mm (stop typu 5754), perforowane, lakierowane bezbarwnie.
Podstawowym pytaniem, które nasuwało się wszystkim uczestnikom tego projektu, było to, jak te elementy będą się zachowywać w gotowym obiekcie. Szczególnie trudnym zagadnieniem było dokładne wyznaczenie obciążeń od wiatru, jakim poddane będą żaluzje. Na podstawie analizy obliczeniowej zgodnej z normami (PN-EN 1991-1-4: Eurokod 1 – Oddziaływania na konstrukcje. Część 1-4: Oddziaływania ogólne. Oddziaływania wiatru) oraz doświadczeń projektowych wyznaczone zostały pewne wartości. Jednak ze względu na skomplikowany kształt elementów żaluzji oraz budynku nie było pewności, czy wyznaczone wartości będą miały odzwierciedlenie w rzeczywistości. W szczególności obawiano się takich zjawisk jak nadmierne ugięcia elementów czy też wpadanie elementów w rezonans.
Fot. 1 Żaluzje elewacyjne
O pomoc w badaniu elementów elewacyjnych w tunelu aerodynamicznym poproszono Laboratorium Inżynierii Wiatrowej przy Politechnice Krakowskiej (LIW PK) pod kierownictwem prof. Andrzeja Flagi. Badanie miało na celu zarówno określenie dokładnych wartości obciążeń od wiatru (porównanie ich z przyjętymi w modelu obliczeniowym) w zależności od kierunków natarcia, jak też obserwację zachowań badanych elementów podczas ich „przedmuchiwania”.
W celu wykonania badania należało stworzyć model dostosowany wielkością i kształtem do gabarytów tunelu aerodynamicznego (rys. 1 i 2). Podstawowe wymiary geometryczne przestrzeni pomiarowej tunelu: szerokość – 2,20 m; wysokość – od 1,40 m na początku do 1,60 m na końcu przestrzeni pomiarowej; długość – 10 m. Tunel aerodynamiczny LIW PK zaliczany jest do tuneli o obiegu mieszanym. Występuje możliwość prowadzenia badań w obiegu zamkniętym albo w obiegu otwartym. Przedmiotowe badania przeprowadzono w obiegu zamkniętym. Obieg otwarty powietrza w tunelu aerodynamicznym stosowany jest głównie w przypadku badań wizualizacyjnych.
Rys. 1 Widok tunelu z boku i góry
Rys. 2 Widok przestrzeni pomiarowej z boku i góry
Dla stworzenia modelu należało przeprowadzić analizę obiektu i wskazać najbardziej narażony punkt na działanie wiatru.
Budynek Greenwings Offices zlokalizowany jest blisko lotniska. W jego najbliższym sąsiedztwie (od północy) znajdują się tereny działkowe oraz dwupasmowa jezdnia. Dalsze sąsiedztwo (od południa) stanowi zespół kilkukondygnacyjnych budynków o rozluźnionym układzie zabudowy (fot. 2).
Fot. 2 Zdjęcie satelitarne układu urbanistycznego w sąsiedztwie Greenwings Offices
Bryłę budynku tworzy prostopadłościan powstały na planie o złożonym kształcie. Linie elewacji zbiegają się w dwóch punktach. Kształt wynika z układu urbanistycznego – działka zlokalizowana na zakręcie ulicy.
Po konsultacjach zespołu projektowego elewacji oraz zespołu laboratorium uznano, że narożnik oddalony najbardziej od osi poprzecznej rzutu budynku będzie najbardziej narażony na oddziaływania wiatru na panele żaluzji elewacyjnej (rys. 3 i 4).
Rys. 3 Schematyczny rysunek planu budynku z zaznaczeniem badanego fragmentu (narożnika)
Rys. 4 Wizualizacja paneli elewacyjnych i schematyczny rzut wybranego fragmentu elewacji
Badania tunelowe przeprowadzono na makiecie wykonanej w skali 1: 5. Skalę modelu dostosowano odpowiednio do wymiarów wybranego fragmentu budynku, co pozwoliło na uzyskanie możliwie najlepszych wyników badań. Ponadto skalę makiety uzależniono od wymiarów przestrzeni pomiarowej oraz dostępnych materiałów (fot. 3). W ramach modelu sekcyjnego ujęto część budynku zawierającą cztery panele elewacyjne zlokalizowane w jednym z jego narożników. Wysokość makiety dla przyjętej skali odpowiada wysokości jednej z kondygnacji powtarzalnych. Model wykonano w taki sposób, aby umożliwić przeprowadzenie pomiarów każdorazowo na jednym z trzech paneli, zwalniając tym samym jego zamocowanie na jednym z końców. Wykonany model ma charakter modelu sekcyjnego fragmentu żaluzji elewacyjnej, z dodatkowymi tarczami na jego końcach (rys. 5). Ze względu na charakter pomiarów (obrót wokół osi badanego panelu) granica płaszczyzn poziomych ograniczających makietę ma formę zaokrągloną.
Fot. 3 Widok makiety w przestrzeni pomiarowej tunelu aerodynamicznego
Każdy z paneli elewacyjnych wykonano z płyt aluminiowych grubości 0,5 mm o perforacji wiernie odwzorowanej w zadanej skali. Do odtworzenia ścian budynku wykorzystano elementy z płyt mdf o grubości 8 mm oraz elementy z drewna sosnowego (krawędziaki 4 x 4 cm). Poszczególne części modelu łączono wkrętami do drewna Ø 4 mm (o różnej długości) oraz śrubami stalowymi Ø 3 mm i Ø 4 mm, a także drutem stalowym Ø 0,5 mm. Panele nieruchome zamocowano do elementów aluminiowych o przekrojach prostokątnych 20 x 20 mm odpowiadających w modelu wspornikom montażowym konstrukcji poszczególnych segmentów elewacji.
Ze względu na charakter makiety – sekcja odpowiadająca wycinkowi jednej z kondygnacji budynku – wykonano specjalny podest podnoszący model ponad podłogę tunelu aerodynamicznego o 21,8 cm. Niniejsza konstrukcja sprzyja wytworzeniu przepływu powietrza pod makietą oraz ogranicza powstałe w ten sposób zaburzenia występujące w warstwie przyściennej tunelu. Połączenia poszczególnych elementów makiety wykonano w taki sposób, aby możliwie najpełniej odwzorować sposób pracy statycznej konstrukcji elewacji, uwzględniając przy tym także możliwość dokonywania ewentualnych zmian.
Rys. 5 Schematyczny rysunek modelu sekcyjnego fragmentu żaluzji elewacyjnej do badań aerodynamicznych budynku biurowego przy ul. 17 Stycznia w Warszawie wraz z opisem poszczególnych elementów
Wizualizacja komputerowa prezentująca docelowy wygląd budynku wraz z otoczeniem
Geometria i materiały
Wymiary całości modelu wraz z tarczami poziomymi wynoszą odpowiednio 149 x 99,2 cm; wysokość makiety wraz z płaszczyznami – 83,4 cm (rys. 6). Pozostałe wymiary wraz z opisami poszczególnych elementów makiety przedstawiono na rys. 5, 6 i 7.
Do konstrukcji makiety użyto: prętów aluminiowych, perforowanych płyt aluminiowych, krawędziaków sosnowych, a także płyt MDF. Podstawą i zwieńczeniem makiety jest płyta meblowa MDF o grubości 8 mm cięta mechanicznie. Do wykonania modelu paneli elewacyjnych wykorzystano płyty z aluminium o grubości 3 mm cięte i perforowane techniką precyzyjną (frezarka numeryczna), a następnie obrabiane mechanicznie (zaginanie po określonych promieniach). Elementy łączące panele elewacyjne wykonano z rur aluminiowych o średnicy Ø18 mm. Połączenie elementów rurowych paneli pomiarowych do wagi tensometrycznej wykonano jako pręt stalowy zamocowany wewnątrz rury i skręcony śrubami stalowymi Ø4 mm.
Rys. 6 Schematyczny rysunek prezentujący proporcje (wymiary) podziału makiety na poszczególne części
Rys. 7 Schematyczny rzut prezentujący zakres obrotu (możliwe położenia) makiety wewnątrz przestrzeni pomiarowej tunelu
Oznaczenia i definicje wykorzystywane w badaniach aerodynamicznych
qref – ciśnienie referencyjne (odniesienia): średnia wartość ciśnienia dynamicznego wiatru w przepływie powietrza w tunelu aerodynamicznym przed modelem na wysokości środka badanego elementu żaluzji [Pa];
gdzie:
p – gęstość powietrza atmosferycznego (przyjęto p = 1,25 kg/m3),
Vref – wartość średnia prędkości wiatru na wysokości referencyjnej,
Dref, Href – wymiary odniesienia (szerokość i wysokość) badanych elementów żaluzji elewacyjnej; dla wszystkich trzech paneli elewacyjnych przyjęto takie same wymiary odniesienia przedstawione na rys. 8;
Θ – średni kąt natarcia wiatru [deg]; badania przeprowadzono przy pięciu kątach natarcia wiatru oznaczonych numerami 1–5, przedstawionych na rys. 9;
V(z) – pionowy profil wiatru;
Wx(t) – składowa siły aerodynamicznej działająca w poziomie zamocowania modelu elementu żaluzji w kierunku napływającego strumienia powietrza w tunelu aerodynamicznym:
gdzie: CWχ(t) – współczynnik oporu aerodynamicznego jako funkcja czasu t o wartości średniej 
i fluktuacyjnej: C'wχ(t)
Cwχ(t) = Cwχ + C'wχ(t)
wχ(t) – oddziaływanie wiatru w kierunku x na jednostkę długości elementu żaluzji jako funkcja czasu t o wartości średniej 
i fluktuacyjnej w'χ(t):
Wy(t) – składowa siły aerodynamicznej działająca w poziomie zamocowania modelu elementu żaluzji w kierunku poprzecznym do napływającego strumienia powietrza w tunelu aerodynamicznym:
gdzie: CWy(t) – współczynnik oporu aerodynamicznego jako funkcja czasu t o wartości średniej 
i fluktuacyjnej C'wy(t):
C'wy(t) = Cwy + C'wy (t)
wy (t) – oddziaływanie wiatru w kierunku y na jednostkę długości elementu żaluzji jako funkcja czasu t o wartości średniej 
i fluktuacyjnej w'y(t)
Wm(t) = Wz(t) – moment aerodynamiczny skręcający:
gdzie: CWm(t) – współczynnik oporu aerodynamicznego jako funkcja czasu t o wartości średniej 
i fluktuacyjnej C'Wm (t):
CWy (t) = CWm + C'Wm (t)
wm(t) – oddziaływanie wiatru na jednostkę długości elementu żaluzji jako funkcja czasu t o wartości średniej 
i fluktuacyjnej w'm(t)
Cwx = Cx' Cwy = Cy', Cwm = Cm – współczynniki aerodynamiczne:
Schemat znakowania sił i momentów aerodynamicznych – rys. 10.
Rys. 8 Wymiary odniesienia Dref i Href badanych panelach elewacyjnych w [mm]
Rys. 9 Kąty natarcia wiatru badanego modelu
Rys. 10 Schemat znakowania sił i momentów aerodynamicznych
Wielkości mierzone na wadze aerodynamicznej Wx, Wy, Wm oraz składowe oddziaływań aerodynamicznych na panele żaluzji elewacyjnej wx, wy, wm pokazano na rys. 11.
Badania przeprowadzono przy poziomie intensywności turbulencji napływającego strumienia powietrza w tunelu aerodynamicznym 
= 15%. Głównymi elementami generującymi turbulencję przepływu w tunelu aerodynamicznym były klocki i iglice umieszczone przed modelem w przestrzeni pomiarowej tunelu aerodynamicznego. Sytuacje pomiarowe przedstawiono na fot. 4.
Po przeprowadzeniu badań otrzymano następujące wyniki:
1. Panel I; kierunek wiatru 4; wysokość odniesienia zref = 25 m; wymiar odniesienia Dref = 0,54 m; współczynniki aerodynamiczne: Cx = 2,42; Cy = 0,43; Cm = –0,11
2. Panel II; kierunek wiatru 4; wysokość odniesienia zref = 25 m; wymiar odniesienia Dref = 0,54 m; współczynniki aerodynamiczne: Cx = 0,77; Cy = 0,82; Cm = –0,10
3. Panel III; kierunek wiatru 4; wysokość odniesienia zref = 25 m; wymiar odniesienia Dref = 0,54 m; współczynniki aerodynamiczne: Cx = 0,73; Cy = 0,27; Cm = –0,11
Jak widać, najbardziej narażona na oddziaływanie wiatru jest żaluzja narożna. Można zaobserwować zależność, że im dalej położony element od naroża budynku, tym to oddziaływanie jest mniejsze.
Rys. 11 Wielkości mierzone na wadze aerodynamicznej Wx, Wy, Wm oraz składowe oddziaływań wiatru na elementy żaluzji
Fot. 4 Sytuacje pomiarowe badanego modelu żaluzji przy pięciu kątach natarcia wiatru 1–5
Wnioski
Wyniki badań przedstawiają obciążenie obliczeniowe wiatrem działające na żaluzję jako liniowe wzdłuż żaluzji. Okazało się, że wartości obciążeń przyjęte w modelu obliczeniowym są większe niż te, które otrzymano w badaniu żaluzji w tunelu aerodynamicznym. Badanie wykazało więc, że nie ma ryzyka występowania ponadnormatywnych oddziaływań wiatru na elementy elewacji.
mgr inż.Paweł Rypień
PROFIL Władysław Budek (wykonawca elewacji z żaluzji Greenwings Offices)
