日本建築学会委員会によるベンチマークテスト結果

 日本建築学会、風環境数値計算ワーキンググループによって検証された結果についてご説明します。同ワーキンググループでは風の数値解析(コンピュータ・シミュレーション)の信頼性を高めるため、現在開発されている数々の手法について検証し、その精度について「市街地風環境予測のための流体数値解析ガイドブック」にまとめています。当社が用いるビル風用解析プログラムはzephrus(ゼフィルス)という大林組によって開発されたプログラムであって、大林組技術研究所の研究者が多数、前述のワーキンググループに参加されて、風洞実験とのベンチマークテストを行われました。

 このベンチマークテスト(風洞実験と計算の比較)では、下の図のような新潟市内の高さ60mのビルと18mのビル2棟について、市街地模型を用いて風環境評価が行われています。左の図は風洞実験の模型で水色の用地が建設前の様子です。右はコンピュータ・シミュレーションのモデルであり、黄色の計画建物が建設されています。

当社が用いるk-ε2方程式モデルの検証、大林組技術研究所による

 この模型、モデルに対して建設地の新潟地域の卓越風向である北北東と西の2風向について、比較実験されています。


 検証結果


 建物の後流以外、すなわち建物の側方や斜め後ろのビル風の影響を直接受ける、比較的風速の大きい場所(△のプロット)は赤い楕円で示す範囲内に入っており、コンピュータ・シミュレーションの結果は風洞実験と高い相関を示しています。北北東、西風ともにこうした傾向はほぼ共通しています。このことから、風速の大きい、ビル風の危険性の高い場所ではコンピュータ・シミュレーションは精度よく計算できているということです。

 なお、グラフには●でプロットされた建物の後流のデータも示されています。これらは概ねy=xの線より下にあり、コンピュータ・シミュレーションの結果は風洞実験より小さめの値となっています。これはコンピュータ・シミュレーションでは平均流を計算するため、建物風下側のカルマン渦等を表現できず値が小さくなりがちだからです。カルマン渦とはビル風が建物に当たって通過した後、風下側に作る左右交互に発生する渦のことを言います。風洞実験ではカルマン渦が発生するかまたは、建物の後流側は風の乱れが大きく、風速センサーのサーミスター風速計では細かい風速まで計測してしまうので、値が大きくなってしまうということです。ただし、ほとんどが弱風域に相当しますので、風環境評価ではあまり問題になりません

当社が用いるk-ε2方程式モデルの検証、大林組技術研究所による

 


 村上法による風環境評価


 ベンチマークテストは、さらに村上法による風環境評価も行っており、その評価結果は下の図のように良く一致しています。建築学会ワーキンググループではこの結果に対して次のように知見をまとめています。。

  • 高層建物近傍の風速増加領域においては、計算と実験は全体的に良い相関を示した。
  • 村上らの風環境評価尺度のランク評価で風洞実験結果と比較した場合も、両者は一部では差があるものの、全体的にはよく一致した。

 

当社が用いるk-ε2方程式モデルの検証、大林組技術研究所による

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