ビル風の種類

ビル風の種類は、ビル風の成因(発生原因)と形態によって次の6つに分類されます。

  1. 剥離流
  2. 吹き降ろし
  3. 逆流
  4. 谷間風
  5. 開口部風
  6. 街路風
  7. 渦領域

剥離流 ― ビル風の主要因

 建物に当った風が向きを変えて、建物の角部を過ぎて、建物から剥がれて流れ去る風のことです。この建物角部から剥がれた風はその周囲の風よりも風速が大きいためビル風の主要因となっています。剥離流がなぜ「付着」しないで「剥離」するかというと、建物の風上側の領域が空気の高圧帯に相当し、そこから勢いよく風が吹きだされるからです。
 図-1では風向を16風向に変えて、中央の建物(H45m,W15m,D15m)周りの風速分布(高さ1.5m)を表しています。風速コンター図と呼びます。建物の両側には赤、黄色の風速増加域が発生し、建物の風上側と風下側は青、黄緑の弱風域となっています。風速は同じ高さの流入風速を1とする比で表しています。

剥離流の動画

図-1 15階建て建物(中央)の周りの風速分布(クリックすると動画が見られます)

 図-2ではさらに詳しく「剥離」の様子を拡大して示します。建物角には赤い風速増加域があり、その下流側に風が吹きだします。一方、建物の下流側には青色のよどんだ風が存在していて、風速増加域に向かって逆流が生じ、大きな風速差が生じています。これらをもって剥離流と呼んでいます。

剥離流の動画 図-2 建物角の下流側でみられる風の剥離現象(クリックすると動画が見られます)

吹き降ろし

 風は建物に当たると、建物高さの60〜70%付近で上下左右に分かれます。その1つ、下方向に分かれて建物の前面を上方から下方に向かう流れが吹き降ろしです。吹き降ろしの現象は建物が高層であるほど顕著となります。
 下の図-3では建物風上側の前面に吹き下ろしの風を拡大して示します。この風はあまり風速は速くはなく、地面に到達すると逆流となっています。そして建物側方では下向き成分は無くなってほとんど水平に近い流れとなっています。

吹きおろし風動画

図-3 建物風上側の前面に吹き下ろしの風

ここで整理しておきますと、一般に吹き降ろしの風がビル風の原因と考えられていますが、実際の流れの現象は若干違います。

  • 建物前面の吹き降ろしの風は風速が小さく、ビル風の原因となるような風の勢いは持っていない。
  • ビル風が発生してい建物の側方では、風速はほとんど水平に近く、「吹き降ろし」と呼ばれるような鉛直向下向きの風は観察されない。(風洞実験、コンピューターシミュレーション共に)

 図-4に示すベクトル図で、風速増加域の風が吹き下ろしではないことを見てみましょう。図は地上0.5mから12mまでの水平断面の風速・ベクトルを表しています。
 ビル風が最も早い、すなわち風害が発生しやすいのは建物の風上側の角を過ぎたあたりです。この風速増加域のベクトルは、ほとんど水平に近い斜めの向きを示しており、「吹き下ろし」とは異なります。このためビル風害では水平の風への対策が主となります。

クリックすると吹きおろし風が動画で見られます

図-4 地上から上空までの風速・ベクトル水平分布(風速が大きいの建物の角を過ぎたあたり)

 次に、図-5では、建物風上側前面にできた低風速域を表しています。この低風速域では速度エネルギーが圧力エネルギーに変換されて高圧帯となっており、その周囲から風が吹きだして前述の剥離流が発生している様子がうかがえます。この建物の両側方の赤や黄色の範囲がビル風となります。

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図-5 建物風上側前面には低風速域ができている

以上のことから、ビル風の原因は建物に到来する風が建物風上側前面に作る高圧帯が原因と考えられます。この高圧帯の周囲から風が吹きだすと前述の剥離流が発生してビル風と認知されます。


逆流

 吹き下ろしの風が地面に到達すると、一部分は地面に沿って上空の風とは逆に風上に向かいます。この流れは逆流と呼ばれています。高層建物の前面に低層建物がある場合に逆流が顕著となります。ただし、逆流は剥離風などに比べて比較的風速は小さいと言えます。このため単独ではビル風問題となる可能性は低いものと考えられます。
 図-6では高さ45m(15階建て)建物の前面に高さ10m(3階建て)の低層建物がある場合です。建物の中心付近で逆流が顕著となり地上付近で風速が増しています。このため従前の風環境と比べると変化が感じられるに違いありません。ただし風速は青か黄緑であって建物側方の剥離風などに比べて風速は小さいと言えます。

図-6 15階建て建物の前面に3階建ての低層建物がある場合に生じる逆流

谷間風

 建物が2棟近接して存在する場合には、速い風が建物の間に生じることがあります。この原因は、それぞれの建物からの剥離流が重ね合わさって増速するためであり、この現象は谷間風と呼ばれています。谷間風は、2棟のビルで形成される「谷間」の出口付近で風速が速くなります。
 図-7は、高さ45m(15階建て)建物が2棟並んで立つ場合です。建物の2棟の谷間の出口付近で風速が最大となっています。この原因は谷間の手前では周辺と圧力は変わらないものの、谷間の入り口から出口、さらにその下流にかけての圧力が負圧になり、風が谷間から吸い出されるためと考えられます。

図-7 15階建の建物が2棟並んで立つ場合の谷間風

開口部風

 建物に設けられた開口があると、建物に到来する風によって建物前後に圧力差が生じます。個の結果、建物下層にピロティーなどの開口部では圧力差によって強風が吹き抜けやすくなります。片廊下型のマンションでは、ベランダ側の窓と玄関ドアを開放すると微風の日でも強力な通風が得られることがあり、同様な現象と見ることができます。
  図-8は、高さ幅ともに45m(15階建て)の5建物に15m角の開口部がある場合です。このケースでは開口部の手前は陽圧、開口部の下流側は負圧となります。このためこの建物前後の圧力差が原動力となって、ダクトに流れが生じるような原理により、開口部の全ての場所で風速が速くなります。そして、風に慣性力が付きますので、建物の後ろ側の離れたところまで到達しています。

図-8 15階建て建物に15m角の開口部がある場合の開口部風

街路風

 市街地では街路や路地に沿って風が吹くことが多くあります。この原因は次の2つと考えられます。

  • ビルの壁面が風の抵抗が少ないダクトを形成し、風の速度エネルギーが発達しやすい。
  • 街路と風の方向がわずかに違う場合、街路の片側に添って風が集中する。(街路風として成長する)

 図-9では中央の街路に対して、まっ直ぐな風と角度を付けて斜めに吹く風を示しています。斜めの風が街路の反対側で建物に添って街路風として成長している様子がうかがえます。

図-9 中央の街路に発生する街路風

渦領域

 風の到来方向に対して、建物の背後(風下側)では建物の左右の角から発生した渦が交互に発生し、巻いています。このため渦領域(ウェイク:航跡)と呼ばれています。渦領域は風の向きや風速の変化はありますが、平均風速でみると風速の弱い場所です。

 下の写真は円柱の後ろ側に発生する渦領域を示したものです。

enchu_uzu.jpg (700×239)

下の図はコンピューターシミュレーションで、建物の下流側の渦の流れを表したものです。

uzu.jpg (525×299)

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