Krishna Sai Vutukuru;James Erwin;Arindam Gan Chowdhury
Wind and Structures
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제38권3호
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pp.171-191
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2024
Wind Driven Rain (WDR) poses a significant threat to the building environment, especially in hurricane prone regions by causing interior and content damage during tropical storms and hurricanes. The damage due to rain intrusion depends on the total amount of water that enters the building; however, owing to the use of inadequate empirical methods, the amount of water intrusion is difficult to estimate accurately. Hence, the need to achieve full-scale testing capable of realistically simulating rain intrusion is widely recognized. This paper presents results of a full-scale experimental simulation at the NHERI Wall of Wind Experimental Facility (WOW EF) aimed at obtaining realistic rain characteristics as experienced by structures during tropical storms and hurricanes. A full-scale simulation of rain in strong winds would allow testing WDR intrusion through typical building components. A study of rain intrusion through a sliding glass door is presented, which accounted for the effects of multiple wind directions, test durations and wind speeds; configurations with and without shuttering systems were also considered. The study showed that significant levels of water intrusion can occur during conditions well below current design levels. The knowledge gained through this work may enhance risk modeling pertaining to loss estimates due to WDR intrusion in buildings, and it may help quantify the potential reduction of losses due to the additional protection from shuttering systems on sliding glass doors during winds.
Crandell, Jay H.;Farkas, William;Lyons, James M.;Freeborne, William
Wind and Structures
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제3권3호
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pp.143-158
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2000
This report presents the findings of a one-year monitoring effort to empirically characterize and evaluate the nature of near-ground winds for structural engineering purposes. The current wind engineering practice in the United States does not explicitly consider certain important near-ground wind characteristics in typical rough terrain conditions and the possible effect on efficient design of low-rise structures, such as homes and other light-frame buildings that comprise most of the building population. Therefore, near ground wind data was collected for the purpose of comparing actual near-ground wind characteristics to the current U.S. wind engineering practice. The study provides data depicting variability of wind speeds, wind velocity profiles for a major thunderstorm event and a northeaster, and the influence of thunderstorms on annual extreme wind speeds at various heights above ground in a typical rough environment. Data showing the decrease in the power law exponent with increasing wind speed is also presented. It is demonstrated that near-ground wind speeds (i.e., less than 10 m above ground) are likely to be over-estimated in the current design practice by as much as 20 percent which may result in wind load over-estimate of about 50% for low-rise buildings in typical rough terrain. The importance of thunderstorm wind profiles on determination of design wind speeds and building loads (particularly for buildings substantially taller than 10 m) is also discussed. Recommendations are given for possible improvements to the current design practice in the United States with respect to low-rise buildings in rough terrain and for the need to study the impact of thunderstorm gust profile shapes on extreme value wind speed estimates and building loads.
A first step review is completed on the suitability of European designed wind turbines in an East Asia climate. Six parameters are chosen for detailed analysis of proper meteorological measures from flat, hilly, forested, coastal and offshore sites in West Europe and East Asia: mean wind speed, 10 minute mean wind speed distribution, turbulence intensity, wind shear, 3 second extreme wind speed and 10 minute direction change. All six parameters are assessed with a view for contrast with the wind turbine design standard IEC61400. The diurnal and seasonal variation, average and extreme values of each parameter are calculated where appropriate. Industry standard software and analysis techniques have been employed to assess the applicability of existing wind turbine design standards and design guidelines for the East Asian market.
The expediency of revising universal rules for the combination of gravity and lateral actions of wind force-resisting steel structures recommended by the Standards EN 1990 and ASCE/SEI 7-05 is discussed. Extreme wind forces, gravity actions and their combinations for the limit state design of structures are considered. The effect of statistical uncertainties of extreme wind pressure and steel yield strength on the structural safety of beam-column joints of wind force-resisting multistory steel frames designed by the partial factor design (PFD) and the load and resistance factor design (LRFD) methods is demonstrated. The limit state criterion and the performance process of steel frame joints are presented and considered. Their long-term survival probability analysis is based on the unsophisticated method of transformed conditional probabilities. A numerical example illustrates some discrepancies in international design standards and the necessity to revise the rule of universal combinations of loads in wind and structural engineering.
Wind-adaptable design (WAD) provides a new method for super-tall buildings to lessen design conflicts between architectural prerequisites and aerodynamic requirements, and to increase the efficiency of structural system. Compared to conventional wind-resistant design approach, the proposed new method is to design a building in two consecutive stages: a stage in normal winds and a stage during extreme winds. In majority of time, the required structural capacity is primarily for normal wind effects. During extreme wind storms, the building's capacity to wind loads is reinforced by on-demand operable flow control measures/devices to effectively reduce the loads. A general procedure for using WAD is provided, followed by an exploratory case study to demonstrate the application of WAD.
Park, Sung Boo;Shin, Seong Yun;Shin, Da Gyun;Jung, Kwang Hyo;Choi, Yong Ho;Lee, Jaeyong;Lee, Seung Jae
한국해양공학회지
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제34권1호
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pp.26-36
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2020
An extreme value analysis of metocean data which include wave, wind, and current data is a prerequisite for the operation and survival of offshore structures. The purpose of this study was to provide information about the return wave, wind, and current values for the Barents Sea using extreme value analysis. Hindcast datasets of the Global Reanalysis of Ocean Waves 2012 (GROW2012) for a waves, winds and currents were obtained from the Oceanweather Inc. The Gumbel distribution, 2 and 3 parameters Weibull distributions and log-normal distribution were used for the extreme value analysis. The least square method was used to estimate the parameters for the extreme value distribution. The return values, including the significant wave height, spectral peak wave period, wind speed and current speed at surface, were calculated and it will be utilized to design offshore structures to be operated in the Barents Sea.
본 연구에서는 열대성 저기압에 의하여 지배를 받는 우리나라 서남해안의 풍속을 추정하기 위한 개선된 태풍 몬테카를로 시뮬레이션 방법을 제시하였다. 이를 위하여 적절한 태풍의 물리적 모델을 제시하고 실측치와 비교하여 검증하였다. 아울러 태풍을 구성하는 파라메터의 확률분포 모델을 제시하고 우리나라 인근을 통과한 태풍자료를 사용하여 적합성을 검사하였다. 본 연구의 방법으로 서남해안 주요 지점의 재현기간별 풍속을 추정하여 제시하였는데, 위도가 낮아질수록 풍속이 높아지며, 도로교설계기준의 기본풍속은 과다한 것으로 나타났다.
This study presents rational methods for probability-based estimates of basic design wind speeds in Korea and develops a risk-bases nation-wide map of design wind speeds. The paper examines the fitting of the Type-I extreme model to maximum yearly non-typhoon wind data from long-term records based on the conventional method and to maximum monthly nod-typhoon wind data from short-term records following Grigorin's approach. The paper also reviews the applicability of the method using short records of about 5 years. The basic design wind speeds for typhoon and non-typhoon wind at a station are made to be obtained from a mixed model which is given as a product of typhoon and non-typhoon extreme wind distributions. A practical method which is based on the fitting of the Type I model to records or typhoon and non-typhoon mixed wind data at a station is also preposed in this study.
To investigate the non-Gaussian properties of fluctuating wind pressures and the error margin of extreme wind loads on a long-span curved roof with matching and mismatching ratios of turbulence integral scales to depth (Lux/D), a series of synchronized pressure tests on the rigid model of the complex curved roof were conducted. The regions of Gaussian distribution and non-Gaussian distribution were identified by two criteria, which were based on the cumulative probabilities of higher-order statistical moments (skewness and kurtosis coefficients, Sk and Ku) and spatial correlation of fluctuating wind pressures, respectively. Then the characteristics of fluctuating wind-loads in the non-Gaussian region were analyzed in detail in order to understand the effects of turbulence integral-scale. Results showed that the fluctuating pressures with obvious negative-skewness appear in the area near the leading edge, which is categorized as the non-Gaussian region by both two identification criteria. Comparing with those in the wind field with matching Lux/D, the range of non-Gaussian region almost unchanged with a smaller Lux/D, while the non-Gaussian features become more evident, leading to higher values of Sk, Ku and peak factor. On contrary, the values of fluctuating pressures become lower in the wind field with a smaller Lux/D, eventually resulting in underestimation of extreme wind loads. Hence, the matching relationship of turbulence integral scale to depth should be carefully considered as estimating the extreme wind loads of long-span roof by wind tunnel tests.
A solar power generator is usually installed outdoors and it is exposed to extreme environments such as snow weight and wind loading. The solar tracker structure should be designed to have sufficient stiffness and strength against such loads. In this paper, simulations are performed by varying the parameters such as wind directions, wind speeds and the pose of the solar panel to evaluate the effects of extreme wind on solar tracker. As the effects of wind load, maximum displacement and maximum equivalent stress in the solar tracker are calculated. Finite element stress analysis is carried out by using the pressure distribution that is obtained by prior wind load analysis due to the flow around the solar tracker. The stress analysis of solar tracker to check and/or improve structural robustness provides some useful instructions for structural design or revision of solar tracker.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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