2017 Fiscal Year Research-status Report
自然界の流体が作る形に基づく空間構造の耐風性と形態創生
| Project/Area Number |
15K14067
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Denki University |
|---|
Principal Investigator |
朝山 秀一 東京電機大学, 未来科学部, 教授 (50120100)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
前 稔文 大分工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (90318171)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 構造デザイン / 流体解析 / 耐風性 / 構造形態創生 / 海洋波 / 河床変動理論 / 風紋 / ラチスシェル |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度は、以下の2種類の空間構造の風圧分布を研究した。
１.海洋波の生成理論に基づく屋根の風圧分布：前年度の研究により、60m×60mのスパンを持ち、上に凸な半周期のy方向の波(周期24秒)に５波の正弦波によるx方向の小波(周期2.4秒)を加えた空間構造モデルでは、風上側の壁周辺の屋根形状が屋根面全体の風圧分布に大きな影響を与えることが判明したので、その部分が緩やかな上に凸の波形になるようにモデルに修正を加え、風の抵抗を減すことを意図したモデルを作成した。
具体的には、上述のモデルの小波を 5.5波（周期2.1818秒）に変更して、屋根の形状が風上側の壁際と風下側で、上に凸な波形となりかつ、左右対象ににした。始めに、自重と2kN/㎡の鉛直荷重に対する骨組解析を行い両モデル比較すると、後者は、剛性が1.7%増加し、最大組合せ応力度で9.1%増加しただけで、形状の違いによる力学的な差は小さかった。しかしながら、流体解析の結果では、風圧を低下させられると考えた風上側の凸の屋根に前者6.1倍もの高い負圧が生じていることが分かった。
２.河床の変動理論に基づく屋根の風圧分布：水流により形成される河床の形態が、ほぼ平坦なモデル、河床の凹凸が生じるモデル、深い凹凸のモデルの３種類を屋根に採用した場合について流体解析を行った。建物の規模と解析パラメータは上述同様である。いずれのモデルも風が最初にモデル衝突する面で高い正圧が生じ、モデルの上面では昇気流が起こり、面に負圧が生じた。
また、風の一部は衝突後外周を回り、背面に吹き付けることも分かった（平成28年度研究実績として報告済み）。
この成果をドイツのハンブルグで開催された国際会議IASS(International Association for Shell and Spatial Structures)2017で前稔文が発表した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究の進捗状況は、前年度からやや遅れた状態となり、「河床の変動理論に基づく屋根の風圧分布に関する研究」については、その結果を2017年度の国際会議IASS(International Association for Shell and Spatial Structures)のProceedings of the IASS Annual Symposium 2017 "Interfaces: architecture, engineering, science"で発表するに至ったが、「海洋波の生成理論に基づく屋根の風圧分布」の研究については、風上側の壁周辺の屋根形状を緩やかな上に凸の波形のモデルが、予想に反して風の負圧を大きく受けることが判明し、その部分を下に凸な形状にして、再度流体解析を行う必要が生じた。このため、全体として研究はやや遅れた状態となった。
|
| Strategy for Future Research Activity |
昨年度末に研究を1年間延長する手続きをして、その期間に「海洋波の生成理論に基づく屋根の風圧分布」について、空間構造のモデルの風上側の壁周辺の屋根形状を緩やかな下に凸な形状に修正し、同時に風下側の壁周辺の屋根形状も同じ形に変更して、再度流体解析を行い、より風に対して風圧を受けにくい形態を確認する予定である。また、その結果について、海外で発表することを計画している。そのために、今年は、大学院生2名をその研究担当者とするほか、流体解析が得意な研究室OBに本研究費の残額を使って、補助作業を依頼することを計画している。また、従来通り、流体解析プログラムは、サポート契約を継続して、流体解析専門のSEの助言を受けることとした。
|
| Causes of Carryover |
海洋波の生成理論に基づく屋根の風圧分布の研究において、平成29年度、60m×60mのスパンを持ち、上に凸な半周期のy方向の波(周期24秒)に5.5波の正弦波によるx方向の小波(周期2.1818秒)を加えた屋根形態を作成し、風上側と風下側の壁際で、上に凸な波形でかつ左右対象になる空間構造モデルを作成して、屋根面に作用する風の抵抗を小さくすることを目指したが、風圧は予想に反して高くなり、壁際で下に凸の屋根形状が優れていることが判明した。そこで、風上側と風下側の壁際で下に凸な波形でかつ左右対象になる空間構造モデルを作成して再度解析する必要が生じた。
繰越した基金は、このデータ処理のアルバイト代金に使う計画である。
|
