2023 Fiscal Year Annual Research Report

Development of innovative wind resistant design method for high-rise buildings with corner modification using online aerodynamic database

Research Project

Project/Area Number	23H01496
Allocation Type	Single-year Grants
Research Institution	Tokyo Polytechnic University
Principal Investigator	吉田昭仁東京工芸大学, 工学部, 教授 (90329219)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	金容徹東京工芸大学, 工学部, 教授 (30572416) 田村幸雄東京工芸大学, 工学部, 名誉教授 (70163699)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2026-03-31
Keywords	耐風設計 / 隅角部形状 / 超高層建築物 / オンライン設計
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的である隅角部形状の異なる超高層建築物の耐風設計法を確立し、WEB上で空力データベースに基づき構造骨組用・外装材用風荷重を評価できる風荷重評価システムを開発するために下記の研究を実施した。・隅角部形状の異なる超高層建築物の風力実験を実施した。隅角部形状は角柱、隅欠、隅切、隅丸に限定し、それぞれの隅角部変化率をそれぞれ16種類程度変化させた。また、建物の平面形状を変化させるため、建物幅と奥行の比である辺長比を1から5まで6種類の風力模型を作成し、隅角部形状を組合せて合計96種類の超高層建築物を模した風力実験を実施した。実験風向を変化させることで、1800ケース以上の風力係数を整備した。・今後空力データベースで公開する不整形超高層建築物の実験データを利用して、オンライン構造骨組用風荷重評価システムを構築するためのシステム開発として、本研究ではオープンソースのウェブアプリケーションであるJupyter Notebook を用いることとした。現時点では設計風速の算定システムなどが実装されており、今後実装予定の構造骨組用風荷重評価システムの計算フローについて検討した。スペクトルモーダル解析による変位・加速度応答（居住性能評価）などの評価を風洞実験データからWEB上で求めることができるようなシステムとした設計フローをとりまとめた。・2024年度以降に実施する外装材風荷重評価のためには数多くの風圧実験を行う必要があるが、模型製作の費用を全て賄えないため、光造形3Dプリンターを用いて風圧模型を自作する検討を行った。造形物内部の導圧管の作成方法や造形時のレジン液の逃げ道の作成などの知見を蓄積し、導圧管の曲率半径が圧力変動に与える影響を検討した。作成した光造形による風圧模型と専門業者が製作した模型による実験結果は概ね同程度の結果を示しており、風圧模型の自作が可能であることが分かった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 申請書に記載した2023年度に実施予定であった研究項目は下記の5項目であった。 (1) 不整形超高層建築物の風力実験の実施と風力係数の整備、(2) 空力データベースへの追加・公開、(3) 不整形超高層建築物の構造骨組用風荷重評価システムの設計、(4) 構造骨組用風荷重評価フローの設計、(5) 3Dプリンターによる外装材設計用荷重評価模型の自作このうち、(1)の風洞実験の実施については計画通り実施しており、その結果を項目(2)として東京工芸大学空力データベースで公開するための準備を進めている（データの質の確認を含めて）段階であり、計画通り順調に進んでいると評価できる。(3)の評価システムについては、オンライン荷重評価システムとして、様々な選択肢を検討してPythonをベースとしてJupyter Notebookを用いることとし、システムの構築を行った。(4)の評価フローの設計については評価項目などの方向性は決定したため、次年度以降の実装に向けてユーザーインターフェースの部分を含めて構築を進めることにしており、こちらも概ね計画通り実施できていると評価できる。また、(5)の風洞実験模型の自作については、光造形方式の3Dプリンターの選定および作成時の問題点等の課題の蓄積ができているが、造形物内部に設ける導圧管の取扱い等のクリアすべき課題も残っており、次年度以降に風圧模型を量産できるには至っていない。次年度にも追加で実施する必要があり、こちらは計画よりも若干遅れていると評価している。以上のことから、全体的な進捗としては概ね計画通り順調に進展していると評価できる。
Strategy for Future Research Activity	当初の研究計画から変更せずに、今後も計画通り推進する予定である。2024年度は下記５項目について実施する計画である。 (1) 複合形状隅角部の風力実験の実施、(2) 外装材用風圧実験の実施とピーク風圧係数の整備、(3) 空力データベースへの追加・公開、(4) 外装材用風荷重評価フローの設計、(5) 光造形方式の3Dプリンターによる風圧模型および風力模型の試作詳細は実施計画書に記載したが，大別すると下記の通り実施する予定であり，研究を遂行する上での問題点があるとすれば，風洞実験に用いる自作の模型製作の遅れの可能性が考えられる。その場合は，実験ケース数（模型数）を絞って模型製作会社に外注することで対応することを考えている。・風洞実験の実施とデータ解析・空力データベースの公開・オンライン設計システムの構築