2003 Fiscal Year Annual Research Report
都市域地表形態を再現した風外乱ガスト構造の数理モデルの構築と耐風設計の高度化
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14350298
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
田村 哲郎 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (90251660)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
曹 曙陽 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (00334532)
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| Keywords | 風外乱 / 都市 / 地方形態 / シミュレーション / LES / SGS乱流モデル / ガスト / 耐風設計 |
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| Research Abstract |
地表に建つ建築構造物の耐風安全性をより確かなものにするには、高さが100から200m程度以下の地表近傍での風の特性の把握が重要である。しかしながら地表は、様々な形状の建築物あるいは多種多様な植生によって覆われ、近傍領域は一様な空間とはなっていない。特に都市域では、中層から高層の建物などが密集し、高さ数10mから100m程度まで地表の形態は大きく変化している。本研究では、近年の流体計算技術の急激な発展を踏まえ、申請者らが開発してきた計算技術を活用することによって、都市域の地表近傍における建物形状をそのまま取り込みながら強風の乱流構造を高精度に予測できる数理モデルを構築し、解析を実施する。また地表近傍での形態による影響を踏まえた上での強風ガストの構造および強風の変動性状を明らかにし、実際の風作用に基づいた建築物の耐風安全性を確保し、耐風設計の高度化を実現する。本年度得られた成果を以下に示す。
1.実在都市を対象とした接地風外乱の風洞実験
実在都市における建築物は、必ずしも一様に並んでいる訳ではなく、大きさも様々で不規則に配置されている。従来ラフネス平面上の境界層乱流の構造については、規則的に配置されたものに対しては実験データが充実しているが、このようにランダム配置のラフネス上の乱流構造はほとんど明らかにされていない。ここでは風洞実験により実在都市をモデルに不規則配置での種々の乱流統計量を取得し、水平面の各位置での乱流構造の一様性・非一様性を検討した。さらに規則配置の場合の乱流構造と比較を行い、両者の差異を明確にした。
2.地表形態を再現した地表近傍の風外乱に関するシミュレーション
1の風洞実験で得られた不規則配置のラフネスの上方に発達する乱流境界層の強風乱流に関するシミュレーションを実施した。解析方法は前年度開発された数理モデルを用いる。得られた計算結果を実験結果と比較することにより解の精度の検証を行うと共に不規則配列のラフネス上の乱流境界層の特性を明らかにした。
3.都市密集域における建物形状に対する境界処理法の開発
建築物形状をそのまま再現することによりラフネスの効果を取り入れた効率化な境界処理法を開発した。実在の都市域の風の流れのシミュレーションを実施し、観測データとの比較から数理モデルの検証を行った。
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[Publications] 田村 哲郎: "一様乱流中における二次元円柱の渦励振に関するLES解析"日本建築学会構造系論文集. 569. 23-30 (2003)
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[Publications] 田村 哲郎: "高層建物が密集する地域における強風乱流のLES解析"日本建築学会構造系論文集. 571. 29-38 (2003)
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[Publications] 田村 哲郎: "十分発達したチャンネル乱流における大規模流れ構造について"日本機械学会論文集B. 69・680. 81-88 (2003)
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[Publications] Tetsuro Tamura: "LES analysis on aeroelastic instability of prisms in turbulent flow"Journal of Wind Engineering Industrial Aerodynamics. 91. 1828-1846 (2003)
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[Publications] Tetsuro Tamura: "LES estimation on wind profile in the urban area-Comparison with the observation data during typhoon"11^<th> International Conference on Wind Engineering. 11. 2697-2704 (2003)
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[Publications] Tetsuro Tamura: "LES Analysis on Dispersion in Surface Layer Over Randomly Arranged Toughness Blocks"Third International Symposium of Turbulence and Shear Flow Phenomena. 3. 353-358 (2003)
