Wind load and responses are the major factors which govern the design norms of tall buildings. Corner modification is one of the most commonly used minor shape modification measure which significantly reduces the wind load and responses. This study presents a comparison of wind load and pressure distribution on different corner modified (chamfered and rounded) Y plan shaped buildings. The numerical study is done by ANSYS CFX. Two turbulence models, k-epsilon and Shear Stress Transport (SST), are used in the simulation of the building and the data are compared with the previous experimental results in a similar flow condition. The variation of the flow patterns, distribution of pressure over the surfaces, force and moment coefficients are evaluated and the results are represented graphically to understand the extent of nonconformities due to corner modifications. Rounded corner shape is proving out to be more efficient in comparing to chamfered corner for wind load reduction. The maximum reduction in the maximum force and moment coefficient is about 21.1% and 19.2% for 50% rounded corner cut.
Due to shortage of land and architectural aesthetics, sometimes the buildings are constructed as unconventional in plan. The wind force acts differently according to the plan shape of the building. So, it is of utter importance to study wind force or, more specifically wind pressure on an unconventional plan shaped tall building. To address this issue, this paper demonstrates a comprehensive study on mean pressure coefficient of 'E' plan shaped tall building. This study has been carried out experimentally and numerically by wind tunnel test and computational fluid dynamics (CFD) simulation respectively. Mean wind pressures on all the faces of the building are predicted using wind tunnel test and CFD simulation varying wind incidence angles from $0^{\circ}$ to $180^{\circ}$ at an interval of $30^{\circ}$. The accuracy of the numerically predicted results are measured by comparing results predicted by CFD with experimental results and it seems to have a good agreement with wind tunnel results. Besides wind pressures, wind flow patterns are also obtained by CFD for all the wind incidence angles. These flow patterns predict the behavior of pressure variation on the different faces of the building. For better comparison of the results, pressure contours on all the faces are also predicted by both the methods. Finally, polynomial expressions as the sine and cosine function of wind angle are proposed for obtaining mean wind pressure coefficient on all the faces using Fourier series expansion. The accuracy of the fitted expansions are measured by sum square error, $R^2$ value and root mean square error.
The low-rise buildings with gable roofs are commonly used in a number of industries. In order to study the characteristics of peak external pressure coefficient on low-rise buildings with gable roofs, wind-tunnel test have been carried out. Wind-induced pressures were measured simultaneously at many points on wind-pressure models, typical of simple low-rise buildings with gable roofs, which have seven different roof slope with constant width(D), height(H), and length(D). The pressure measurements were made in one kind of turbulent boundary layer, which simulated the natural winds over typical suburban terrains at a geometric scale of 1/150. The results indicate that peak external pressure coefficient on the roof and wall edges were increased. The results compared with wind standard of KBC-2005 and standards of various nations. The comparative resultant, experimental result appeared very similar at AIJ-2004. But the results were somewhat larger then wind standard of KBC-2005.
Kargarmoakhar, Ramtin;Chowdhury, Arindam G.;Irwin, Peter A.
Wind and Structures
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v.20
no.2
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pp.327-347
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2015
This paper investigates the effects of Reynolds number (Re) on the aerodynamic characteristics of a twin-deck bridge. A 1:36 scale sectional model of a twin girder bridge was tested using the Wall of Wind (WOW) open jet wind tunnel facility at Florida International University (FIU). Static tests were performed on the model, instrumented with pressure taps and load cells, at high wind speeds with Re ranging from $1.3{\times}10^6$ to $6.1{\times}10^6$ based on the section width. Results show that the section was almost insensitive to Re when pitched to negative angles of attack. However, mean and fluctuating pressure distributions changed noticeably for zero and positive wind angles of attack while testing at different Re regimes. The pressure results suggested that with the Re increase, a larger separation bubble formed on the bottom surface of the upstream girder accompanied with a narrower wake region. As a result, drag coefficient decreased mildly and negative lift coefficient increased. Flow modification due to the Re increase also helped in distributing forces more equally between the two girders. The bare deck section was found to be prone to vortex shedding with limited dependence on the Re. Based on the observations, vortex mitigation devices attached to the bottom surface were effective in inhibiting vortex shedding, particularly at lower Re regime.
One of the most destructive forces around greenhouses is wind. Wind loads can be obtained by multiplying velocity pressure by dimensionless wind force coefficient. Generally, wind force coefficients can be determined by wind tunnel experiments. The wind force coefficient distribution on a single - span arched greenhouse was estimated using experimental data and compared with reported values from various countries. The results obtained are as follows : 1. The coefficients obtained from this study agree with the values proposed by G. L. Nelson except about 0.5 of difference in the middle region of roof section. This discrepancy is mainly attributed to the dissimilarity of experimental conditions (or wind tunnel test such as Reynolds number, type of terrain, surface roughness of model, location of the lapping and measuring methods. 2. Considering that the wind force coefficients are varied along the height of a wall at wind direction perpendicular to wall, structural analysis using subdivided wind force coefficient distribution is more resonable for wall. 3. It is recommendable that wind force coefficient distribution on a roof should take more subdivision than the existing four equal divisions for more accurate structural design. 4. Structural design using wind forces close to real values is more advantageous in safety and expense.
Kateris, D.L.;Fragos, V.P.;Kotsopoulos, T.A.;Martzopoulou, A.G.;Moshou, D.
Wind and Structures
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v.15
no.6
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pp.481-494
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2012
The greenhouse type metal structures are increasingly used in modern construction of livestock farms because they are less laborious to construct and they provide a more favorable microclimate for the growth of animals compared to conventional livestock structures. A key stress factor for metal structures is the wind. The external pressure coefficient ($c_{pe}$) is used for the calculation of the wind effect on the structures. A high pressure coefficient value leads to an increase of the construction weight and subsequently to an increase in the construction cost. The EC1 in conjunction with EN 13031-1:2001, which is specialized for greenhouses, gives values for this coefficient. This value must satisfy two requirements: the safety of the structure and a reduced construction cost. In this paper, the Navier - Stokes and continuity equations are solved numerically with the finite element method (Galerkin Method) in order to simulate the two dimensional, incompressible, viscous air flow over the vaulted roofs of single span and twin-span with eaves livestock greenhouses' structures, with a height of 4.5 meters and with length of span of 9.6 and 14 m. The simulation was carried out in a wind tunnel. The numerical results of pressure coefficients, as well as, the distribution of them are presented and compared with data from Eurocodes for wind actions (EC1, EN 13031-1:2001). The results of the numerical experiment were close to the values given by the Eurocodes mainly on the leeward area of the roof while on the windward area a further segmentation is suggested.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.38
no.2
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pp.145-151
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1996
Wind force coefficients of multi-span arched greenhouses with respect to wind direction of $0^{\circ}$ and $30^{\circ}$ were estimated to give more reasonable coefficient. The conventional and subdivided division types of wind force coefficient distribution diagrams were constructed by using the wind tunnel experimental data. Bending moments on the greenhouses were determined through structural analysis using obtained wind force coefficients, and were analyzed. Because actual wind pressure values on a face of greenhouse varied with locations, the more divisions of wind force coefficient distribution were subdivided, the better distribution type was coincided with actual state. In order to calculate the more accurate section force occurred on the arched greenhouse by the wind loads, it was recommendable that the wind force coefficient distribution should take more subdivision type. The maximum bending moment at the multi-span greenhouse frame at wind direction of $30^{\circ}$ was greater than that at O。, therefore the wind force coefficient at inclined wind direction to the wall was needed to be considered for the multi-span greenhouse structural design.
Wind tunnel tests are conducted to investigate the wind loads on vertical fixed-roof cylindrical tanks with a very low aspect ratio of 0.275, which is a typical ratio for practical tanks with a volume of $100,000m^3$. Both the flat-roof tank and the dome-roof tank are investigated in present study. The first four moments of the measured wind pressure, including the mean and normalized deviation pressure, kurtosis and skewness of the pressure signal, are obtained to study the feature of the wind loads. It is shown that the wind loads are closely related to the behavior of flow around the structure. For either tank, the mean wind pressures on the cylinder are positive on the windward area and negative on the sides and the wake area, and the mean wind pressures on the whole roof are negative. The roof configurations have no considerable influence on the mean pressure distributions of cylindrical wall in general. Highly non-Gaussian feature is found in either tank. Conditional sampling technique, envelope method, and the proper orthogonal decomposition (POD) analysis are employed to investigate the characteristics of wind loads on the cylinder in more detail. It is shown that the patterns of wind pressure obtained from conditional sampling are similar to the mean pressure patterns.An instantaneous pressure coefficient can present a wide range from the maximum value to the minimum value. The quasi-steady assumption is not valid for structures considered in this paper according to the POD analysis.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.11
no.2
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pp.63-70
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2011
Livestock buildings are rural facilities as vulnerable to natural disasters as vinyl houses. Many of livestock buildings have a roof but without side walls. The roof of such structures is easily blown away by a typhoon and this results in a heavy loss. Therefore, farmers install winch curtains on the sides to prevent damages caused by typhoons. This study purposed to examine the distribution of wind pressure coefficient among different positions of livestock shed roof according to the opening of side walls. It was found that according to the distribution of peak external pressure coefficient on the roof surface of livestock shed, the wind blowing at wind angle $0^{\circ}$ was disadvantageous to roof surface regardless of the presence of side walls. However, it was confirmed that the peak external pressure coefficient was affected by wind angle and the length of eave depending on the presence of side walls.
The environmental elements which naturally occur can result in structural damages and operating faults of vessels under the navigation and mooring. These primary factors are considered as wind, waves and tide. In order to investigate wind shielding effects with respect to wind load conditions between two ships which face the wind directly or slantingly to the wind direction, this numerical simulation was preferred in terms of the variation of wind loads according to different distances, wind velocities and wind directions between two ships. The results were proved to be quite reasonable, comparing with experimental data from Danish Maritime Institute, and the report, "Environmental Conditions And Environmental Loads" published by Det Norske Veritas.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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