軽量大スパン屋根に働く非定常空気力による空力剛性・空力減衰とその荷重評価

由于作用在轻质大跨度屋顶上的不稳定气动力而进行的气动刚度、气动阻尼和载荷评估

• 批准号: 16J01789
• 负责人: 髙舘 祐貴
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J01789/
• 关键词: 大スパン屋根; 数値流体解析; 強制加振法; 非定常空気力; 空力安定性; 自由振動法; 風洞実験; 流体―構造連成解析; 風圧係数分布; LES; 一様流; 境界層乱流

本年度は，強制加振法と自由振動法によって屋根の空力安定性の評価を行った。数値流体解析および風洞実験においては気流の乱れのない一様流と自然風を模擬した境界層乱流を用いた。強制加振法では，対称一次モードと逆対称一次モードで振動する屋根における基本的な風圧特性を調べるとともに，屋根に作用する空力剛性・空力減衰といった非定常空気力特性を明らかにし，屋根の動的応答の評価を行った。また，屋根の空力不安定振動の発生条件を構造減衰と空力減衰の関係による手法と屋根のエネルギー収支による手法の2種類の手法を用いて検討した。これらの結果によると，いずれの評価方法を用いた場合でも，気流の乱れ強さが大きいほど空力不安定振動が発生しにくく，円弧屋根を有する建築物では空力不安定振動が発生しにくいことが明らかとなった。自由振動法では，風洞実験と数値流体解析を用いた検討を行った。風洞実験では，数値流体解析と同様，気流の乱れが屋根の応答に及ぼす影響を明らかにするために，一様流と境界層乱流の2種類の気流を用いた。屋根の応答は，風速が大きくなるほど屋根の変位は大きくなるが，実験の範囲内では，屋根の振動は非定常空気力によるものではなく，接近流の乱れによる成分と流れの剥離による成分によってもたらされた。数値流体解析では，流体－構造連成効果を考慮するために，時々刻々とした屋根の形状変化を考慮した流体―構造連成解析(FSI解析)を行った。FSI解析で適切な相似条件を用いて解析を行った場合でも，強制加振解析で得られるような空力不安定振動の発生条件で空力不安定振動は発生しなかった。これは，屋根の静的変形が屋根を空力的に安定化させたためと考えられる。以上の検討より，本研究では，様々な屋根形状を有する大空間構造物の空力不安定振動の発生風速を示すだけでなく，屋根の静的変形を考慮する必要があるという新しい知見も得られた。

This year, と, forced vibration method と, free vibration method によって, <s:1> aerodynamic stability <s:1> evaluation of house roots 価を, った. The numerical analytical お fluid よ び wind tunnel be 験 に お い て は 気 flow の disorderly れ の な い flow と others in natural wind を simulation し た boundary layer turbulence を with い た. Method of forced vibration and で は, says a seaborne モ ー ド と inverse says a seaborne モ ー ド で す vibration る house root に お け る な 圧 wind characteristics of basic を adjustable べ る と と も に, house root に role す る aerodynamic stiffness, aerodynamic damping と い っ た unsteady 気 force characteristics of を Ming ら か に し, house の move 応 answer の review 価 を line っ た. ま た, house root の aerodynamic unstable vibration の 発 living conditions を structural damping と aerodynamic damping の masato is に よ る gimmick と house root の エ ネ ル ギ ー 収 branch に よ る gimmick の の gimmick を 2 species use い て beg し 検 た. こ れ ら の results に よ る と, い ず れ を 価 の evaluation method with い た occasions で も, strong 気 flow の disorderly れ さ が big き い ほ ど aerodynamic unstable vibration が 発 raw し に く く, house has drifted back towards &yen; arc root を have す る buildings で は aerodynamic unstable vibration が 発 raw し に く い こ と が Ming ら か と な っ た. Free vibration method で で, wind tunnel experiment と, numerical fluid analysis を using で た検 to find を lines った. Wind tunnel be 験 で は, with others, and the numerical analytical と fluid flow 気 の disorderly れ が house root の 応 a に and ぼ す influence を Ming ら か に す る た め に, a と others flow boundary layer turbulence の 2 kinds の 気 flow を with い た. House root の 応 answer は, large wind speed が き く な る ほ ど house root の - a big は き く な る が, be 験 の fan inside 囲 で は, house empty 気 root の vibration は unsteady force に よ る も の で は な く, close flow の れ に よ る composition と flow れ の stripping に よ る composition に よ っ て も た ら さ れ た. The numerical analytical で fluid は, fluid - structure into sharper fruit を consider す る た め に, carved 々 々 at と し た house root の shape - the を consider し た fluid - structure into line (FSI analysis) を っ た. FSI parsing で appropriate な を similar conditions with い analytical line を っ て た occasions で も, forced vibration and parsing で must ら れ る よ う な aerodynamic unstable vibration の 発 living conditions で aerodynamic unstable vibration は 発 raw し な か っ た. <s:1> れ, the deformation of Yonee hyoseki が, yonee を, the に stabilization of aerodynamic forces させたためと, the test えられる. Beg よ above の 検 り, this study で は, others 々 な house root shape を す る large space structures の aerodynamic unstable vibration の 発 を raw wind speed in す だ け で な く, house root の static - shaped を consider す る necessary が あ る と い う new し い knowledge も have ら れ た.

项目成果

大スパン陸屋根構造物の屋根面に作用する風圧と流れ場

大跨度陆地屋面结构屋面风压及流场

• 发表时间: 2017
• 期刊: 日本建築学会大会学術講演梗概集
• 作者: Naritaka Oshita;Jun’ichi Yokoyama;Oshita Naritaka;Oshita Naritaka;大下 翔誉;Naritaka Oshita;髙舘祐貴，植松康;Naritaka Oshita;髙舘祐貴，植松康;Naritaka Oshita;髙舘祐貴，植松康;Naritaka Oshita;Naritaka Oshita;Yuki Takadate and Yasushi Uematsu;Naritaka Oshita;髙舘祐貴，植松康;Naritaka Oshita;髙舘祐貴，植松康;大下翔誉;髙舘祐貴，植松康
• 通讯作者: 髙舘祐貴，植松康

大スパン陸屋根に作用する非定常空気力と空力安定性

大跨度平屋顶的非定常气动力及气动稳定性

• 发表时间: 2018
• 期刊: 第25回風工学シンポジウム論文集
• 作者: Naritaka Oshita;Jun’ichi Yokoyama;Oshita Naritaka;Oshita Naritaka;大下 翔誉;Naritaka Oshita;髙舘祐貴，植松康;Naritaka Oshita;髙舘祐貴，植松康;Naritaka Oshita;髙舘祐貴，植松康
• 通讯作者: 髙舘祐貴，植松康

Wind flow around a long-span flat roof in uniform flow

大跨度平屋顶周围的风均匀流动

• DOI: 10.14887/jaweam.2017.0_153
• 发表时间: 2017
• 期刊: Summaries to Technical Papers of Annual Meeting, Japan Association for Wind Engineering
• 作者: Naritaka Oshita;Jun’ichi Yokoyama;Oshita Naritaka;Oshita Naritaka;大下 翔誉;Naritaka Oshita;髙舘祐貴，植松康;Naritaka Oshita;髙舘祐貴，植松康;Naritaka Oshita;髙舘祐貴，植松康;Naritaka Oshita;Naritaka Oshita;Yuki Takadate and Yasushi Uematsu;Naritaka Oshita;髙舘祐貴，植松康;Naritaka Oshita;髙舘祐貴，植松康
• 通讯作者: 髙舘祐貴，植松康

Wind pressures and flow fields around a large span roof with various shapes

各种形状的大跨度屋顶周围的风压和流场

• 发表时间: 2017
• 期刊: Proceedings of 9th Asia-Pacific Conference on Wind Engineering
• 作者: Yuki Takadate;Yasushi Uematsu
• 通讯作者: Yasushi Uematsu

大スパン構造物の屋根面に作用する風圧と非定常空気力

大跨结构屋顶表面的风压和非定常气动力

• 发表时间: 2018
• 期刊: 日本建築学会学術講演梗概集(東北)
• 作者: Naritaka Oshita;Jun’ichi Yokoyama;Oshita Naritaka;Oshita Naritaka;大下 翔誉;Naritaka Oshita;髙舘祐貴，植松康;Naritaka Oshita;髙舘祐貴，植松康
• 通讯作者: 髙舘祐貴，植松康