大きい

Scientific Reports volume 13、記事番号: 14236 (2023) この記事を引用

17 アクセス

メトリクスの詳細

この研究では、3D ラージ渦シミュレーションを利用して、横風の変動を受ける角筒にかかる横風抗力を調査しました。 変動を生成するために、入口境界での所定の正弦関数と風上バリアという 2 つの異なる方法が採用されました。 周波数は同じストローハル数形式で正規化されました。 0.05 を超える正規化周波数を持つ横方向の風の変動は、同じ周波数帯域で角筒を横方向に励起する傾向があります。 周波数効果は、角柱のサイズの半分の障害物の風下にある角柱にも存在します。 しかし、角柱の 2.5 倍の大きさの障害物は、正規化周波数 0.04 の横風変動を発生させ、角柱を横方向に励起することができません。 風上バリアからの周波数効果は距離とともに大幅に減衰し、四角柱サイズの 8 ～ 10 倍で消滅します。

経済的および技術的発展に伴い、建築における軽量材料の使用が増加し続けるにつれて、高層建築物における横風応答を緩和するという問題は、安全性と居住性にとってますます重要になっています1。 強風が建物に近づくと、乱流や伴流渦により、高層建物の横方向に風による荷重が生じる可能性があります2、3、4、5。 建物の剛性が低下するにつれて、ストローハル数 (St) によって特徴付けられる渦放出周波数は、建物構造の固有周波数に近づく可能性があります。 風速が増加すると、構造物の振動周波数は渦放出周波数に従います。 周波数ロックが発生すると、振動周波数は固有振動数にロックされ、非ロック状態と比較して動きの振幅が大幅に増加します6、7。 したがって、風の作用下での建物の横方向の動的応答を調査し、ロックイン状態に至る条件を予測して、高層建物の安全な運用を確保することが重要です6、7、8、9、10。 、11．

CTBUH 世界高層ビルデータベース 12 によると、中国はマンハッタン化の傾向を推進しており、世界トップ 100 の超高層ビルのうち 51 棟が全国で完成し、トップ 10 の超高層ビルのうち 6 棟が中国に位置しています。 この高層ビルの集中化により、構造物が受ける風荷重の変動が変化します。 さらに、近距離の障害物の影響により、高層ビルに作用する渦励起の力を予測することが困難になります。 この現象は長大橋の箱桁構造でも観察され、より大きなスケールでも風速変動が正規分布に従わない13,14。 高層ビルの渦誘起振動（VIV）と構造物表面の風の変動との相関は十分ではありません。 風場の変動は、時間の経過とともに建物表面の圧力変動を引き起こす可能性があるため、変動する風場における風の振動応答は重要な科学的問題となります15。

さらに、ほとんどの高層ビルは、中心業務地区 (CBD) などの都市の市街地に建つ傾向があります。 都市部の下層表面は変動性が高いため、気流と建物の間の運動量の相互作用により、複雑な空間的および時間的な乱流特性が生じます。 限られた測定データまたは入口境界条件としての平均対数風速プロファイルに基づいて、信頼性の高い VIV 予測を取得することは困難です9。 したがって、特に都市環境における高層建築物に対する風場の変動の影響について理解を深めることが不可欠です。

この研究では、横方向の風変動下での角柱の渦励起力 (VEF) を調査するために、大渦シミュレーション (LES) を実行しました。 横風の変動は、正弦波関数を利用した周期的に変動する横風速度と、風上に設置されたバリアの 2 つの方法で生成されます。 角柱に加わる渦励振力の周波数を解析し，横風変動の影響を議論した。 この研究は、変動する風場の下での角形円筒の横風抗力についての洞察を提供します。