Воздействие ветра на высотное здание определяется рельефом местности, наличием зданий и сооружений, а также объемно-пространственной структурой самого здания. При расчете учитываются такие характеристики, как скорость, направление и характер ветра, причем средняя скорость ветра, как правило, возрастает с высотой.
За рубежом основным инструментом определения распространения ветрового давления на высотное здание и влияние возведенного здания на окружающую застройку является специальная аэродинамическая труба. В аэродинамической трубе, в зависимости от поставленных задач, проверяются модели различного масштаба, например, М 1:1250, М 1:1500 или М 1:500, определяются параметры давления на здание, влияние на окружающую среду, шум от ветра и другие показатели. Результаты, полученные при испытании в аэродинамической трубе, переносятся на реальный объект с различными коэффициентами точности.
Имеющиеся аэродинамические трубы в России (в МГУ, Бауманском университете) позволяют продувать модели в малом масштабе, что само по себе сокращает достоверность этого эксперимента. Аэродинамические трубы в ЦАГИ, напротив, позволяют продувать модели в большом масштабе: 1:50, 1:75 (ОАО «ЦНИИЭП жилища» продувал модель высотного здания на ул. Маршала Жукова в ЦАГИ в масштабе 1:75). Более того, во многих трубах в ЦАГИ можно продувать фрагменты фасадов наружных стен зданий и фрагменты квартир в натуральную величину.
Но все эти трубы пока не позволяют создавать поток воздуха, соответствующий пограничному слою. При воздействии ветра на здание, помимо прямого ветрового потока, возникают потоки повышенной скорости - турбулентные потоки и завихрение воздуха. Вихри с высокой скоростью вызывают круговые восходящие потоки и всасывающие струи вблизи здания, из-за чего появляются небольшие ощущаемые колебания здания. Кроме колебаний при завихрении возникают неприятные звуки от перекоса конструкций шахт лифтов, от проникания таких потоков через щели в окнах, а также "завывание" вокруг здания. Такие колебания отрицательно воспринимаются людьми и поэтому должны учитываться при проектировании высотных зданий.
Не зря трубы в Аахене, трубы фирм «Wacker Ingenieure» и «Niemann & Partner» называются аэродинамическими и аэроакустическими трубами пограничного слоя. От исследований в аэродинамических трубах надо получить не только нагрузки от ветра по нормируемой в России ветровой эпюре, но и «панельные» — пульсационные нагрузки, моделирующие городское пространство и конкретные здания, окружающие продуваемую модель.
Интенсивные ветровые воздействия определяют выбор общей формы здания. Наиболее часто применяется башенный тип, с повышенной устойчивостью в обоих направлениях благодаря развитому поперечному сечению и обтекаемой объемной форме, способствующей уменьшению аэродинамического коэффициента при определении расчетных усилий от ветровых воздействий. Наряду с этим сохраняется применение четких призматических форм. Ветровые воздействия, сопровождающиеся ускорениями колебаний сооружений при динамических порывах ветра, могут вызвать нарушения нормальных условий эксплуатации в помещениях верхних этажей высотных зданий.
При этом могут возникнуть как нарушения стабильности обстановки, так и неприятные физиологические ощущения у людей, живущих или работающих в здании. Во избежание таких дискомфортных условий выявлены и количественно оценены границы комфортности и стадии дискомфортного пребывания в помещении в зависимости от величины ускорения колебаний перекрытий под воздействием пульсационной составляющей ветровой нагрузки в % от ускорения силы тяжести.
В соответствии с характеристиками в МГСН 4.19-2005 регламентирована практически неощутимая величина ускорения колебаний - 0,08 м/с2. Специфичным для проектирования конструкций высотных зданий является ограничение прогиба верха здания (с учетом крена фундаментов) в зависимости от его высоты. При таких ограничениях не возникает нарушений в работе лифтов и заметных перекосов в ограждающих конструкциях. Основополагающими при разработке конструктивного решения высотного здания являются выбор конструктивной системы и материала несущих конструкций, наряду с решением отдельных конструктивных элементов, обеспечивающих, комплексную безопасность эксплуатации высотных зданий.
