接地境界層乱流中の構造物に作用する風荷重の評価に関する研究

低層構造物に作用する風荷重評価において、風荷重を支配する接近流の乱流因子について考察した.特に、風洞実験的な手法で、この種の荷重を決定する場合に、風洞内に模擬すべき境界層乱流について、支配的な因子を明確にすることで、相似条件を緩和することの可能性が拡がる。ここでは、低層陸屋根構造を対象とし、これを特性の異る数種の境界層中に設置して、屋根面圧力の変化を計測し、圧力形成を支配する乱流パラメーターを抽出することを試みた。本研究で着目した乱流因子は、境界層厚さ、平均風速鉛直分布(速度勾配)、乱れの強さ、乱れのスケール、パワースペクトル等である。これらの乱流を生成させる手段としては、スパイヤとラフネスブロックによる境界層乱流と、格子による一様乱流場が用いられた。実験的手法による検討の結果、従来から指摘されていた実験相似上重要であるとされる「乱れの強さ」は、屋根面圧力の形成において必ずしも支配的な役割を持たず、むしろ軒高レベルにおける平均風速の「速度勾配」の働きが重要であることが示された。また、この軒高での速度勾配は、従来から風洞相似則として用いられていたJensen number(H/Zo;軒高/粗度長)の逆数に対応するものであることも同時に示した。さらには、速度勾配が支配的な働きをする理由として、構造物前面における死水領域の役割を指摘している。これについては、今後なお検討を進める必要があるが、現時点では、風洞実験においては、速度勾配を相似させることが極めて重要であるとの結論を得た。

低層構造物に作用する風荷重評価において、風荷重を支配する接近流の乱流因子について考察した.特に、風洞実験的な手法で、この種の荷重を決定する場合に、風洞内に模擬すべき境界層乱流について、支配的な因子を明確にすることで、相似条件を緩和することの可能性が拡がる。ここでは、低層陸屋根構造を対象とし、これを特性の異る数種の境界層中に設置して、屋根面圧力の変化を計測し、圧力形成を支配する乱流パラメーターを抽出することを試みた。本研究で着目した乱流因子は、境界層厚さ、平均風速鉛直分布(速度勾配)、乱れの強さ、乱れのスケール、パワースペクトル等である。これらの乱流を生成させる手段としては、スパイヤとラフネスブロックによる境界層乱流と、格子による一様乱流場が用いられた。実験的手法による検討の結果、従来から指摘されていた実験相似上重要であるとされる「乱れの強さ」は、屋根面圧力の形成において必ずしも支配的な役割を持たず、むしろ軒高レベルにおける平均風速の「速度勾配」の働きが重要であることが示された。また、この軒高での速度勾配は、従来から風洞相似則として用いられていたJensen number(H/Zo;軒高/粗度長)の逆数に対応するものであることも同時に示した。さらには、速度勾配が支配的な働きをする理由として、構造物前面における死水領域の役割を指摘している。これについては、今後なお検討を進める必要があるが、現時点では、風洞実験においては、速度勾配を相似させることが極めて重要であるとの結論を得た。