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A Study for Systematizing Calculation Method of Tornado-induced Loads Considering Roughness Condition Near the Ground

Research Project

Project/Area Number 19H02293
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 23010:Building structures and materials-related
Research InstitutionNational Institute for Land and Infrastructure Management

Principal Investigator

KIKITSU Hitomitsu  国土技術政策総合研究所, 建築研究部, 室長 (10370694)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 奥田 泰雄  国立研究開発法人建築研究所, 構造研究グループ, シニアフェロー (70201994)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords竜巻 / 地表面粗度 / 突風荷重
Outline of Research at the Start

本研究は、室内実験と観測事例から地表面付近の竜巻による気流特性を評価し、竜巻の突風によって建築物に作用する荷重(竜巻荷重)の算定法を構築するものである。竜巻荷重の算定では、地表面付近での気圧降下特性を適切にモデル化する必要があり、流体の基礎方程式に地表面粗度の影響を表す外力項の適用を試みる。このモデルの前提となる速度分布は竜巻発生装置を用いた実験から取得し、導出された気圧降下の傾向を風圧実験や観測事例と比較検証する。そして、既往の風力係数モデルに粗度効果を新たに導入し、竜巻荷重の算定法の体系化を図る。

Outline of Final Research Achievements

This study examines the load due to the tornado-like wind (tornadic load) considering the roughness effect near the ground surface. First, the relationship between surface roughness and wind characteristics of the tornado was analyzed through technical papers on the tornado observations near the ground. It was confirmed that the tendency of the observation record is almost consistent with the wind speed distribution obtained in the flow visualization experiment using the tornado-like wind generator. Next, wind pressure experiments were conducted to grasp drag characteristics of the roughness blocks on the floor, and it was confirmed that the absolute value of the drag force increases as the swirl ratio increases. Furthermore, assuming that the external force term of the Euler equation is balanced with the drag of the roughness blocks, a pressure dip model that reflects the roughness effect was examined by reflecting the above qualitative tendency.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

一般に建築物への竜巻による作用は、小スケールかつ急激な気圧降下を伴う点で台風等の強風による作用と異なる。したがって、竜巻荷重の体系化においては現行の風荷重と異なる観点でモデル検討をする必要があり、本研究はその一助となることを目的に実施したものである。竜巻による顕著な建築物被害が報告されている近年の状況を踏まえ、本研究での地表面粗度を考慮した検討の成果は、より竜巻作用の実状に近い荷重モデルの整備に寄与でき、被害の軽減に資する可能性もある点において学術的、社会的な意義があると考える。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2022 2020 2019

All Journal Article (7 results) (of which Open Access: 3 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] 瓦屋根と木造小屋組の耐風性能向上に資する調査研究の概要2022

    • Author(s)
      喜々津仁密
    • Journal Title

      Journal of Timber Engineering

      Volume: 153 Pages: 7-11

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Journal Article] 建築物等の被害2020

    • Author(s)
      喜々津仁密、石原直、奥田泰雄、中島昌一、高舘祐貴、槌本敬大、山崎義弘
    • Journal Title

      国総研資料「令和元年(2019年)房総半島台風および東日本台風による土木施設・建築物等災害調査報告」

      Volume: 1111 Pages: 300-407

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] 竜巻状の旋回流による突風荷重モデルに関する研究 その4 地表面粗度の影響を考慮した屋根の風力係数2019

    • Author(s)
      喜々津仁密、奥田泰雄
    • Journal Title

      日本建築学会学術講演梗概集

      Volume: 構造Ⅰ Pages: 157-158

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] 竜巻等突風に対する建築物の性能検証に向けた取り組み2019

    • Author(s)
      喜々津仁密
    • Journal Title

      JSSC

      Volume: 38 Pages: 13-15

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Journal Article] 集成材と折板屋根構成材とのねじ接合部に関するFEM解析の試み2019

    • Author(s)
      喜々津仁密
    • Journal Title

      日本風工学会誌

      Volume: 44(2) Pages: 167-168

    • NAID

      130007662547

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] 令和元年台風第15号に伴う強風による建築物等被害の現地調査報告(概要)2019

    • Author(s)
      国土技術政策総合研究所・建築研究所(喜々津・奥田が共著者)
    • Journal Title

      建築防災

      Volume: 503 Pages: 57-66

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Journal Article] 令和元年台風第15及び19号等による災害の緊急調査速報2019

    • Author(s)
      国土技術政策総合研究所他(喜々津・奥田が共著者)
    • Journal Title

      土木技術資料

      Volume: 61(12) Pages: 36-47

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 竜巻状の旋回流による突風荷重モデルに関する研究 その5 境界層乱流場での作用を準用した突風荷重との比較2020

    • Author(s)
      喜々津仁密
    • Organizer
      日本建築学会
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  • [Presentation] 過去10年の台風・突風災害の概要:頻発する極端気象に対する強風被害調査・要因分析・荷重設定2019

    • Author(s)
      喜々津仁密
    • Organizer
      日本建築学会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 強風・豪雪等による建築物の被害:異常気象にどう対応するか?-都市・建築環境分野への視座2019

    • Author(s)
      喜々津仁密
    • Organizer
      日本建築学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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