Disaster estimation of wind gust considering turbulence structure and uncertainty of peak wind velocity in urban boundary layer for extreme weather event

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K14869
• Research Institution: Ochanomizu University
• Principal Investigator: 河合 英徳 お茶の水女子大学, 基幹研究院, 准教授 (00735376)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 耐風設計 / 不確定性の定量化 / LES

Outline of Annual Research Achievements

昨年度生じた課題に基づき，鉛直方向に風向の分布のある気象場に対応するために，複数の面の風速の時空間データベースを作成し，建物・地形を解像した市街地のLESに接続した。その結果，台風下での風向の分布を有する気象場に対して，境界層の発達に関する相似則に基づいた高周波な変動の付加が実現されるとともに，風向の分布や変動に対応した市街地の流入変動風のデータベースの作成が可能となった。また，メソ気象モデル解析に基づいて作成された低周波な変動を含む流入条件については，平均風速や乱れの強さなどの鉛直プロファイルのばらつきを整理した。
また，流入条件の不確定性の影響に関する基礎的な検討として，サンプルや境界層厚，乱流強度の異なる流入変動風を複数作成し，複数の流入条件に基づく三次元角柱解析を実施した。特に，粗度条件が同一となる複数サンプルの流入条件の解析では，乱れの強さのばらつきは小さいものの，側面のピーク風圧係数のばらつきは隅角部からの剥離せん断層の影響を強く受けており，風上面や背面の風圧係数のばらつきと比較して相対的に大きいことが示された。今後，アプローチングフローの乱流構造や剥離せん断層の挙動等，ばらつきを発生させる要因についてさらなる吟味が必要である。なお，本研究で得られた風圧力のばらつきについては，多項式カオス（Polynominal Chaos）展開などの不確定性定量化（UQ）手法を適用することで外装材の風圧力のばらつきの要因を明らかにし，将来的には設計値の理論的・客観的な根拠を示す資料として提示する予定である。