2022 Fiscal Year Annual Research Report
合理的な耐風設計のための地表面付近の設計風速の提案
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21K14237
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| Research Institution | Building Research Institute |
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Principal Investigator |
高舘 祐貴 国立研究開発法人建築研究所, 構造研究グループ, 研究員 (20848311)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 地表面付近の風速 / 設計風速 / 風洞実験 / 数値流体解析 / POD解析 / 建築基準法 / 低層建築物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では風洞実験及び数値流体解析を用いて，建築基準法の告示基準(平成12年建設省告示第1454号)や日本建築学会の建築物荷重指針・同解説等で一定値とされている高さZb以下の地表面付近の設計風速に着目して検討を進めた。
風洞実験では熱線風速計を用いた風速測定によって正方形の粗度ブロックを均質に配置したときの粗度ブロック内部とその上部の風速を測定した。熱線風速計では逆流成分の測定ができないことや多点での風速の同時測定が困難であるため，風洞実験を模擬した形で数値流体解析も実施した。解析はLES(Large Eddy Simulation)とし，風洞実験と同様のラフネスブロックを配置して別途事前に計算した流入変動風を用いて解析を行った。
風洞実験及び数値流体解析の結果によると，水平方向の平均風速の鉛直分布は，今回測定した範囲では測定高さが地面に近づくにつれて徐々に減少し，増速する箇所は見られなかった。つまり，告示や荷重指針で与えられている設定値であれば安全側の評価であった。様々な地表面の粗度の影響を考慮した上でどこまでZb以下の風速を定量的に低減できるかは今後さらに検討を進めることで明らかにする。変動風速は，風洞実験及び数値流体解析のデータと既往の研究で提案されているガストファクター(最大風速と平均風速との比)及び気流の乱れ強さの推定式を比較し，既往の研究で提案されている推定式を平均風速が小さく，気流の乱れが非常に大きくなる場合でも適用できるように拡張した。さらに，数値流体解析で得られた空間的な風速の時刻歴データを用いて固有直交関数展開(Proper Orthogonal Decomposition(POD解析))で変動風速場の組織的な構造を抽出し，基本的な粗度配置での変動風速性状と変動風速に含まれる支配的な変動成分を明らかにした。
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