Mechanism of coupled vibration and evaluation of maximum response of long-span cantilever roof due to local storm

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19KK0378
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (A))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Building structures/Materials
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Zhang Jingyao 京都大学, 工学研究科, 准教授 (50546736)
• Project Period (FY): 2020 – 2023
• Keywords: 大スパン片持ち屋根 / 局地的突風 / 連成振動 / 応答評価 / 時間周波数解析

Outline of Final Research Achievements

Long-span lightweight structures covering large column-free spaces are of great social importance as they are also utilized as shelters during disasters. This international collaborative research focused on cantilevered long-span roofs, conducting fundamental research to establish their wind-resistant design methods considering extreme local gusts. Specifically, the research progressed through the following tasks: (1) Investigated past occurrences and damage cases of downbursts, (2) Developed a high-precision time-frequency analysis method to capture vibration frequency changes associated with nonlinear large deformations of long-span flexible structures, (3) Conducted downburst simulations based on computational fluid dynamics, and (4) Proposed a wind response prediction method for long-span cantilevered roofs.

Free Research Field

建築構造

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

提案した時間周波数解析法は、建物の固有振動数およびその変動を効率よく抽出できる。この手法は、大スパン片持ち屋根の非線形非定常風応答において、大変形に伴う剛性・振動数の変化を定量的に追跡できる。ダウンバーストの再現シミュレーションでは、計算流体力学を用いて風荷重を算出し、様々なシナリオにおける構造応答を評価することができる。このシミュレーションは、大スパン片持ち屋根の風応答に関する連成解析を通じて、局地的突風による大振幅振動メカニズムを解明し、耐風設計法の確立に貢献する。
本国際共同研究の成果は、地震・強風大国の日本において、大スパン構造の災害に対する強靭性を向上させることに寄与すると考えられる。