In this study, the characteristics of wind pressure distribution on circular retractable dome roofs with a low rise-to-span ratio were analyzed under various approaching flow conditions by obtaining and analyzing wind pressures under three different turbulent boundary layers. Compared to the results of previous studies with a rise-to-span ratio of 0.1, it was confirmed that a lower rise-to-span ratio increases the reattachment length of the separated approaching flow, thereby increasing the influence of negative pressure. Additionally, it was found that wind pressures varied significantly according to the characteristics of the turbulence intensity. Based on these experimental results, a model for peak net pressure coefficients for cladding design was proposed, considering variations in turbulence intensity and height.
Various types of pilotis frames are used on the ground level of high-rise buildings. In some cases, their interior finishing is destroyed by strong winds or typhoons. In the case of a corner pilotis, the peak wind pressure coefficients were greater on the ceiling than they were on the wall for all wind angles. Specifically, on the ceiling portion of a pilotis, the coefficient increased gradually from the outside to the inside in a symmetrical form that centered on the corner edge. However, the minimum peak wind pressure coefficient was greater at the center of the ceiling than it was on the edge of the pilotis' interior. Additionally, the higher the height of the pilotis, the greater the peak wind pressure coefficient was due to the turbulent flow that occurs within a pilotis. In this study, we evaluated peak wind pressures to design an interior finishing for the end edge of a pilotis and for corner piloti. In terms of specific wind angles, the maximum and minimum peak wind pressure coefficients were each observed. They were a maximum of $320^{\circ}$ and a minimum of $270^{\circ}$ for corner piloti and $0^{\circ}$ and $270^{\circ}$, respectively, for the end edge piloti.
In order to examine the effects of different wind deflectors on the wind load distribution characteristics of extra-large cooling towers, a comparative study of the distribution characteristics of wind pressures on the surface of three large cooling towers with typical wind deflectors and one tower without wind deflector was conducted using wind tunnel tests. These characteristics include aerodynamic parameters such as mean wind pressures, fluctuating wind pressures, peak factors, correlation coefficients, extreme wind pressures, drag coefficients and vorticity distribution. Then distribution regularities of different wind deflectors on global and local wind pressure of extra-large cooling towers was extracted, and finally the fitting formula of extreme wind pressure of the cooling towers with different wind deflectors was provided. The results showed that the large eddy simulation (LES) method used in this article could be used to accurately simulate wind loads of such extra-large cooling towers. The three typical wind deflectors could effectively reduce the average wind pressure of the negative pressure extreme regions in the central part of the tower, and were also effective in reducing the root of the variance of the fluctuating wind pressure in the upper-middle part of the windward side of the tower, with the curved air deflector showing particularly. All the different wind deflectors effectively reduced the wind pressure extremes of the middle and lower regions of the windward side of the tower and of the negative pressure extremes region, with the best effect occurring in the curved wind deflector. After the wind deflectors were installed the drag coefficient values of each layer of the middle and lower parts of the tower were significantly higher than that without wind deflector, but the effect on the drag coefficients of layers above the throat was weak. The peak factors for the windward side, the side and leeward side of the extra-large cooling towers with different wind deflectors were set as 3.29, 3.41 and 3.50, respectively.
Rao, K. Balaji;Anoop, M.B.;Harikrishna, P.;Rajan, S. Selvi;Iyer, Nagesh R.
Wind and Structures
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제19권6호
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pp.623-647
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2014
In this paper, a probability distribution which is consistent with the observed phenomenon at the roof corner and, also on other portions of the roof, of a low-rise building is proposed. The model is consistent with the choice of probability density function suggested by the statistical thermodynamics of open systems and turbulence modelling in fluid mechanics. After presenting the justification based on physical phenomenon and based on statistical arguments, the fit of alpha-stable distribution for prediction of extreme negative wind pressure coefficients is explored. The predictions are compared with those actually observed during wind tunnel experiments (using wind tunnel experimental data obtained from the aerodynamic database of Tokyo Polytechnic University), and those predicted by using Gumbel minimum and Hermite polynomial model. The predictions are also compared with those estimated using a recently proposed non-parametric model in regions where stability criterion (in skewness-kurtosis space) is satisfied. From the comparisons, it is noted that the proposed model can be used to estimate the extreme peak negative wind pressure coefficients. The model has an advantage that it is consistent with the physical processes proposed in the literature for explaining large fluctuations at the roof corners.
This paper presents recent research on the experimental evaluation of wind loads on low buildings and the recommendations provided in the form of traditional codification. These mainly include the wind loads on buildings with geometries different from those examined in previous studies. This is followed by the evaluation of simulated wind loads on low building roofs. The overall application of a recently proposed simulation methodology for codification purposes is discussed in detail. The traditional codification provides for a group of roof geometries a single peak design pressure coefficient for each roof zone considering a nominal worst-case scenario; this may often lead to uneconomical loads. Alternatively, the presented methodology is capable of providing peak pressure coefficients corresponding to specific roof geometries and according to risk levels; this can generate risk consistent and more economical design wind loads for specific roof configurations taking into account, for instance, directional design conditions and upstream roughnesses.
Various pilotis are installed in the lower part of high rise buildings. Strong winds can generate sudden airflow around the pilotis, which can cause unexpected internal airflow changes and may cause damage to the exterior of the piloti ceiling. The present study investigates the characteristics of peak wind pressure coefficient for the design of piloti ceiling exteriors by conducting wind pressure tests on high rise buildings equipped with penetration-type and end-type pilotis in urban and suburban areas. The minimum peak wind pressure coefficient for penetration-type piloti ceilings ranges from -2.0 to -3.3. Minimum peak wind pressure coefficient in urban areas was 30% larger than in suburban areas. In end-type piloti ceilings, maximum peak wind-pressure coefficient ranges from 0.5 to 1.9, and minimum peak wind-pressure coefficient ranges from -1.3 to -3.6. With changes in building height, peak wind pressure coefficient decreases as the aspect ratio increases. Peak wind-pressure coefficient increases with taller pilotis. On the other hand, when piloti height decreases, the absolute value of the minimum peak wind pressure coefficient increases.
The present study investigates the two dimensional flow and heat/mass transfer characteristics of wavy duct with various corrugation angles. For the heat/mass transfer coefficients, a naphthalene sublimation technique is used. Numerical analysis and wall pressure measurement show detailed two dimensional flow features. The corrugation angles change from 145$^{\circ}$ to 100$^{\circ}$. The operating Reynolds numbers based on the duct hydraulic diameter vary from 700 to 3,000. The duct aspect ratio maintains 7.3. On the pressure wall, strong flow mixing enhances heat/mass transfer coefficients at the front position. In addition, the rear side of pressure wall, the near of peak, is affected by the acceleration and the shedding of main flow. On the suction wall, however, flow separation and reattachment lead to the valley and the peak of heat/mass transfer coefficient. Also, highly increasing boundary layer at the suction wall affects the decrease of heat/masst transfer. As decreasing corrugation angles, the spanwise average Sherwood number increases and the peak or the valley positions of the local Sherwood number are varied.
Li, Yonggui;Yan, Jiahui;Chen, Xinzhong;Li, Qiusheng;Li, Yi
Wind and Structures
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제31권4호
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pp.287-298
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2020
This paper presents an experimental investigation on the surface pressures on the CAARC standard tall building model concerning the effects of freestream turbulence. Two groups of incidence turbulence are generated in the wind tunnel experiment. The first group has an approximately constant turbulence intensity of 10.3% but different turbulence integral scale varying from 0.141 m to 0.599 m or from 0.93 to 5.88 in terms of scale ratio (turbulence integral scale to building dimension). The second group presents similar turbulence integral scale but different turbulence intensity ranging from 7.2% to 13.5%. The experimental results show that the mean pressure coefficients on about half of the axial length of the side faces near the leading edge slightly decrease as the turbulence integral scale ratio that is larger than 4.25 increases, but respond markedly to the changes in turbulence intensity. The root-mean-square (RMS) and peak pressure coefficients depend on both turbulence integral scale and intensity. The RMS pressure coefficients increase with turbulence integral scale and intensity. As the turbulence integral scale increases from 0.141 m to 0.599 m, the mean peak pressure coefficient increases by 7%, 20% and 32% at most on the windward, side faces and leeward of the building model, respectively. As the turbulence intensity increases from 7.2% to 13.5%, the mean value of peak pressure coefficient increases by 47%, 69% and 23% at most on windward, side faces and leeward, respectively. The values of cross-correlations of fluctuating pressures increase as the turbulence integral scale increases, but decrease as turbulence intensity increases in most cases.
In coastal residential communities, especially along the coastline, flooding is a frequent natural hazard that impacts the area. To reduce the adverse effects of flooding, it is recommended to elevate coastal buildings to a certain safe level. However, post storm damage assessment has revealed severe damages sustained by elevated buildings' components such as roofs, walls, and floors. By elevating a structure and creating air gap underneath the floor, the wind velocity increases and the aerodynamics change. This results in varying wind loading and pressure distribution that are different from their slab on grade counterparts. To fill the current knowledge gap, a large-scale aerodynamic wind testing was conducted at the Wall of Wind experimental facility to evaluate the wind pressure distribution over the surfaces of a low-rise gable roof single-story elevated house. The study considered three different stilt heights. This paper presents the observed changes in local and area averaged peak pressure coefficients for the building surfaces of the studied cases. The aerodynamics of the elevated structures are explained. Comparisons are done with ASCE 7-16 and AS/NZS 1170.2 wind loading standards. For the floor surface, the study suggests a wind pressure zoning and pressure coefficients for each stilt height.
Wind flow and pressure on the roof of the Texas Tech Experimental Building are studied along with the incident wind in an effort to understand the wind-structure interaction and the mechanisms of roof pressure generation. Two distinct flow phenomena, cornering vortices and separation bubble, are investigated. It is found for the cornering vortices that the incident wind angle that favors formation of strong vortices is bounded in a range of approximately 50 degrees symmetrical about the roof-corner bisector. Peak pressures on the roof corner are produced by wind gusts approaching at wind angles conducive to strong vortex formation. A simple analytical model is established to predict fluctuating pressure coefficients on the leading roof corner from the knowledge of the mean pressure coefficients and the incident wind. For the separation bubble situation, the mean structure of the separation bubble is established. The role of incident wind turbulence in pressure-generation mechanisms for the two flow phenomena is better understood.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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