A three-degree-of-freedom base hinged assembly (BHA) for aeroelastic model tests of tall building was developed. The integral parts of a BHA, which consists of two perpendicular plane frames and a flexural pivot, enable this modeling technique to independently simulate building translational and torsional degree-of-freedom. A program of wind tunnel aeroelastic model tests of the CAARC standard tall building was conducted with emphasis on the effect of (a) torsional motion, (b) cross-wind/torsional frequency ratio and (c) the presence of an eccentricity between center of mass and center of stiffness on wind-induced response characteristics. The experimental results highlight the significant effect of coupled translational-torsional motion and the effect of eccentricity between center of mass and center of stiffness on the resultant rms acceleration responses in both along-wind and cross-wind directions especially at operating reduced wind velocities close to a critical value of 10. In addition, it was sound that the vortex shedding process remains the main excitation mechanism in cross-wind direction even in case of tall buildings with coupled translational-torsional motion and with eccentricity.
고층건물의 진동응답을 저감시키기 위한 다양한 방법들이 연구되고 있다. 이들 진동응답의 저감 연구는 건물의 외관을 병화 시키는 방법과 건물에 부가감쇠장치를 설치하는 방법들이 있는데 본 논문에서는 고층 건물의 형태의 변화에 다른 진동변위응답의 특성을 파악하고자 한다. 고층건물의 형태변화 중에서도 외관에 테이퍼를 수는 방법을 사용하였다. 기류의 특성은 도심 및 교외지역을 중심으로 풍동실험을 실시하였다.
A fuzzy hybrid control technique using a semi-active tuned mass damper (STMD) has been proposed in this study for mitigation of wind induced motion of a tall building. For numerical simulation, a third generation benchmark is employed for a wind-excited 76-story building. A magnetorheological (MR) damper is used to compose an STMD. The proposed control technique employs a hierarchical structure consisting of two lower-level semi-active controllers (sub-controllers) and a higher-level fuzzy hybrid controller. Skyhook and groundhook control algorithms are used as sub-controllers. When a wind load is applied to the benchmark building, each sub-controller provides different control commands for the STMD. These control commands are appropriately combined by the fuzzy hybrid controller during realtime control. Results from numerical simulations demonstrate that the proposed fuzzy hybrid control technique can effectively reduce the STMD motion as well as building responses compared to the conventional hybrid controller. In addition, it is shown that the control performance of the STMD is superior to that of the sample TMD and comparable to an active TMD, but with a significant reduction in power consumption.
To determine tornadic wind loads, the wind pressure, forces and moments induced by tornadoes on civil structures have been studied. However, in most previous studies, only the individual building of interest was included in the wind field, which may be suitable to simulate the case where a tornado strikes rural areas. The statistical data has indicated that tornadoes induce more significant fatalities and property loss when they attack densely populated areas. To simulate this case, all buildings in the community of interest should be included in the wind field. However, this has been rarely studied. To bridge this research gap, this study will systematically investigate the influence of a community of buildings on tornadic wind fields by modeling all buildings in the community into the wind field (designated as "the Community case under tornadic winds"). For comparison, the case in which only a single building is included in the tornadic wind field (designated as "the Single-building case under tornadic winds") and the case where a community of buildings are included in the equivalent straight-line wind field (designated as "the Community case under straight-line winds") are also simulated. The results demonstrate that the presence of a number of buildings completely destroys the pattern of regular circular strips in the distribution of tangential velocity and pressure on horizontal planes. Above the roof height, the maximum tangential velocity is lower in the Community case under tornadic winds than that in the Single-building case under tornadic winds because of the higher surface friction in the Community case; below the roof height, greater tangential velocity and pressure are observed in the Community case under tornadic wind fields, and more unfavorable conditions are observed in the Community case under tornadic winds than under the equivalent straight-line winds.
본 연구에서는 미기상 수치 모델 ENVI-MET3.0을 이용하여 고층 건물 입지에 따른 바람장과 기온 변화를 분석하였다. 대상지역은 고층 아파트 단지가 계획되어 있는 전주시 도심지이며, 실제 설계 자료를 적용하였다. 건물 입지에 따른 미기상 변화를 분석하기 위해 건물 입지전과 후에 대해 모델링을 수행한 후, 그 변화량을 분석하였다. 모델링 수행시 기상 조건은 연구대상 지역의 기후분석을 통해 두 가지를 선정하였는데, 첫 번째 조건은 풍향을 남남동(SSE)풍, 두 번째 조건은 풍향을서(W)풍 계열로 하였다. 바람길 분석은 풍속, 열섬 분석은 기온 변화량을 통해 분석을 실시하였다. 풍속 분석 결과, 건물 높이보다 낮은 고도에서는 바람이 유입되는 지역에서는 0.2~2.5 m/s 정도 증가한 반면, 건물 사이에서는 0.5~2.0 m/s 정도 감소하였다. 건물 높이 이상의 고도에서는 건물이 위치한 단지 내에서는 0.1~0.8 m/s m/s 정도 감소하는 반면, 단지 외부에서는 0.2~0.4 m/s 정도 증가하였다. 열섬 분석 결과, 건물 높이보다 낮은 고도에서는 건물이 위치한 단지 내와 풍하방향 지역에서는 기온이 $0.01{\sim}0.1^{\circ}C$ 증가한 반면, 단지 외부에서는 $0.01{\sim}0.05^{\circ}C$ 감소하였다. 건물 최고 높이 부근에서는 대부분의 지역에서 $0.05{\sim}0.2^{\circ}C$ 정도 감소하였다.
While there are a number of guidelines used throughout the world in the assessment of acceptability of tall building accelerations, none are based on systematically conducted surveys of occupant reaction to wind-induced motion. In this study, occupant response data were gathered by both a self-reporting mechanism and by interviewer-conducted surveys in control tower structures over a period of four years. These two approaches were designed in conjunction with experimental psychologists to ensure unbiased reporting. The data allowed analysis of perception thresholds and tolerability at different building frequencies and in different wind climates. The long-term nature of the studies also allowed an investigation of the causes and effects of adaptation to building motion. As the surveys were designed to allow multiple use during single storms, the effects of exposure duration were investigated. A final exit survey was conducted at the primary survey location to investigate views of the acceptability of wind-induced motion and the factors underlying these views. The findings of the field studies indicate that none of the currently used acceleration guidelines address all of the factors that contribute to occupant dissatisfaction. An alternative framework for assessing acceleration acceptability is proposed.
With the rapid development of urbanization the problems of pedestrian-level wind comfort and natural ventilation of tall buildings are becoming increasingly prominent. The velocity at the pedestrian level ($\overline{MVR}$) and variation of wind pressure coefficients $\overline{{\Delta}C_p}$ between windward and leeward surfaces of tall buildings were investigated systematically through numerical simulations. The examined parameters included building density ρ, height ratio of building αH, width ratio of building αB, and wind direction θ. The linear and quadratic regression analyses of $\overline{MVR}$ and $\overline{{\Delta}C_p}$ were conducted. The quadratic regression had better performance in predicting $\overline{MVR}$ and $\overline{{\Delta}C_p}$ than the linear regression. $\overline{MVR}$ and $\overline{{\Delta}C_p}$ were optimized by the NSGA-II algorithm. The LINMAP and TOPSIS decision-making methods demonstrated better capability than the Shannon's entropy approach. The final optimal design parameters of buildings were ρ = 20%, αH = 4.5, and αB = 1, and the wind direction was θ = 10°. The proposed method could be used for the optimization of pedestrian-level wind comfort and natural ventilation in a residential area.
Bubryur Kim;K.R. Sri Preethaa;Zengshun Chen;Yuvaraj Natarajan;Gitanjali Wadhwa;Hong Min Lee
Wind and Structures
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제36권6호
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pp.379-392
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2023
Structural health monitoring is used to ensure the well-being of civil structures by detecting damage and estimating deterioration. Wind flow applies external loads to high-rise buildings, with the horizontal force component of the wind causing structural displacements in high-rise buildings. This study proposes a deep learning-based predictive model for measuring lateral displacement response in high-rise buildings. The proposed long short-term memory model functions as a sequence generator to generate displacements on building floors depending on the displacement statistics collected on the top floor. The model was trained with wind-induced displacement data for the top floor of a high-rise building as input. The outcomes demonstrate that the model can forecast wind-induced displacement on the remaining floors of a building. Further, displacement was predicted for each floor of the high-rise buildings at wind flow angles of 0° and 45°. The proposed model accurately predicted a high-rise building model's story drift and lateral displacement. The outcomes of this proposed work are anticipated to serve as a guide for assessing the overall lateral displacement of high-rise buildings.
This paper presents a practical numerical method to determine both the spatial and temporal distribution of driving rain on buildings. It is based on an existing numerical simulation technique and uses the building geometry and climatic data at the building site as input. The method is applied to determine the 3D spatial and temporal distribution of wind-driven rain on the facade a low-rise building of complex geometry. Distinct wetting patterns are found. The important causes giving rise to these particular patterns are identified : (1) sweeping of raindrops towards vertical building edges, (2) sweeping of raindrops towards top edges, (3) shelter effect by various roof overhang configurations. The comparison of the numerical results with full-scale measurements in both space and time for a number of on site recorded rain events shows the numerical method to yield accurate results.
This paper studies the wind pressure distribution over the Commonwealth Advisory Aeronautical Council building model (CAARC model) using CFD. We also considered the interaction between the CAARC model and other buildings. The Reynolds number based on the building height was 380,000. The number of sells for the simulation was about 500,000. The wind pressure was lowest when the wind direction was blowing at an angle 45 degrees of the CAARC model. When the gap between the two buildings in front of the CAARC was over 1/2 the horizontal length of the CAARC model, the wind pressure was higher than the pressure without the two buildings. When the distance between the two front buildings and the CAARC was less than 1.5 times the vertical length of the CAARC model, the wind pressure increased. Accordingly, the relative distance between two buildings or the distance from the CAARC model should be considered when extra wind exists due to other buildings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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