建物周りの瞬間最大風速の研究

1. 概要

 高さと幅を変化させた矩形建物モデルを用いて、建物周辺の平均風速及び瞬間最大風速の分布を風洞実験により測定し、建物の大きさが変化した場合の任意点の風速比とガストファクター(突風率、以下G.Fと称する)の回帰式による予測の可能性について検討しました。その結果、建物周辺のG.Fが、建物の幅や高さから予測可能であることが確認できました。

 

 

2.  実験概要

(1)使用風洞

測定断面2.62(W)×2.0m(H)のエッフェル型境界層風洞を使用しました。

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(2)模型

縮尺1/400を想定した、集合住宅を対象としてD=15m(37.5mm)を基本モジュールとして高さ1〜3、幅奥行共に1の合計3体の模型を用いました。

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図-2 実験模型

(3)実験気流

べき指数α=1/4の境界層を使用しました。実験気流の性状を図 3に示します。

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(4)実験風速、風向

基準高さ(120m)で15m/s、風向角は0°としました。

(5)測定方法

I型熱線風速計を使用し、平均風速は各点30秒間の平均値(基準風速比)を風速比Rとしました。

最大瞬間風速については、観測時間0.25s、に相当する△t=0.5msで(ローパスフィルターは200Hzとし、)123600個の瞬時値を測定し、12個(6ms、実時間3秒に相当)毎の平均値206個(1236ms、実時間10分に相当)の最大値を瞬間風速としました。

測定点:測定点を図 4に示します。測定高さは25mm(実物10m相当)。

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図‐4 測定点

3.  瞬間最大風速の解析手法

建物周辺の瞬間最大風速の出現確率がFisher-Tipepet I型分布に近似できることが指摘されています。このため同分布の累積分布関数を用いて、前項で得た各点50個の10分間最大瞬間風速に基づく90%非超過確率風速を求め、この期待値を最大瞬間風速として予測解析を行いました。

 

4.  実験結果

 各点における瞬間最大風速を平均風速で基準化してGFとして求めました。この分布を以下のコンター図に示します。GFの値は建物風上側と、それから風速増加域を含む側方域で小さく、その値は1.4〜1.7程度となっており、建物高さ毎にほぼ一定値となっています。

 一方、建物風下側では、GFは1.6〜3程度まで大きくなっています。これは建物によって発生したカルマン渦が建物風下側の乱れを大きくしており、かつ風速が低減するためと考えられます。

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図-5-1高さ1、幅1、風向0度 図-5-2高さ2、幅1、風向0度 図-5-3高さ3、幅1、風向0度

 

5.  G.Fの測定値の分析結果

 G.Fの測定値は1.7〜8.5の間に分布し、大部分の範囲で既往の報告例で示されたG.F=A×R-aの関係に近似しました。

 また、G.Fの推定を建物寸法や前後比をもとに行ったところ、推定値は測定値と高い相関を示しました。説明変数として影響力の大きい因子は、風速比、原点からの角度、原点からの距離などでした。

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参考文献

1 村上、森川:風環境工学における風洞模型実験法に関する研究−風速・風圧の変動性状の再現を中心として−、第34巻4号、平成6年8月37-39p

2 村上、岩佐、森川:市街地低層部における風の性状と風環境評価に関する研究(V)居住者の日誌による風環境評価と評価尺度に関する研究、日本建築学会論文報告集、第325号1983.3

 

6.  まとめ

 塔状の基本模型を用いた実験結果より、建物周辺の最大瞬間風速が平均風速が、建物の幅や高さから予測可能であることが確認できました。

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