Ballio, G.;Lagomarsino, S.;Piccardo, G.;Solari, G.
Wind and Structures
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v.2
no.1
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pp.51-68
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1999
Applying and extending some preceding researches, this paper proposes a map of Italian extreme winds assigning the reference velocity, i.e., the wind velocity averaged over 10 minutes, at 10 m height, in a flat open terrain, with 50 years mean return period, depending on the site and the altitude. Furthermore, an objective criterion is formulated by which the actual values of the local wind velocity are given as a function of the reference velocity. The study has been carried out in view of the revision of the Italian Standards dealing with safety and loads and the introduction of the aeolic Italian map into Eurocode 1.
This paper discusses the appropriate duration for basic gust wind speeds in wind loading codes and standards, and in wind engineering generally. Although various proposed definitions are discussed, the 'moving average' gust duration has been widely accepted internationally. The commonly-specified gust duration of 3-seconds, however, is shown to have a significant effect on the high-frequency end of the spectrum of turbulence, and may not be ideally suited for wind engineering purposes. The effective gust durations measured by commonly-used anemometer types are discussed; these are typically considerably shorter than the 'standard' duration of 3 seconds. Using stationary random process theory, the paper gives expected peak factors, $g_u$, as a function of the non-dimensional parameter ($T/{\tau}$), where T is the sample, or reference, time, and ${\tau}$ is the gust duration, and a non-dimensional mean wind speed, $\bar{U}.T/L_u$, where $\bar{U}$ is a mean wind speed, and $L_u$ is the integral length scale of turbulence. The commonly-used Durst relationship, relating gusts of various durations, is shown to correspond to a particular value of turbulence intensity $I_u$, of 16.5%, and is therefore applicable to particular terrain and height situations, and hence should not be applied universally. The effective frontal areas associated with peak gusts of various durations are discussed; this indicates that a gust of 3 seconds has an equivalent frontal area equal to that of a tall building. Finally a generalized gust response factor format, accounting for fluctuating and resonant along-wind loading of structures, applicable to any code is presented.
The present study revealed comparison the pressure distribution on the surfaces of regular cross plan shaped building with angular cross plan shaped building which is being transformed from basic cross plan shaped building through the variation of internal angles between limbs by $15^{\circ}$ for various wind incidence angle from $0^{\circ}$ to $180^{\circ}$ at an interval of $30^{\circ}$. In order to maintain the area same the limbs sizes are slightly increased accordingly. Numerical analysis has been carried out to generate similar nature of flow condition as per IS: 875 (Part -III):1987 (a mean wind velocity of 10 m/s) by using computational fluid dynamics (CFD) with help of ANSYS CFX ($k-{\varepsilon}$ model). The variation of mean pressure coefficients, pressure distribution over the surface, flow pattern and force coefficient are evaluated for each cases and represented graphically to understand extent of nonconformities due to such angular modifications in plan. Finally regular cross shaped building results are compared with wind tunnel results obtained from similar '+' shaped building study with similar flow condition. Reduction in along wind force coefficients for angular crossed shaped building, observed for various skew angles leads to develop lesser along wind force on building compared to regular crossed shaped building and square plan shaped building. Interference effect within the internal faces are observed in particular faces of building for both cases, considerably. Significant deviation is noticed in wind induced responses for angular cross building compared to regular cross shaped building for different direction wind flow.
Aerodynamic force coefficients are generally prescribed by an ensemble average of ten and/or twenty 10-minute samples. However, this makes it difficult to identify the exact probability distribution and exceedance probability of the prescribed values. In this study, 12,600 10-minute samples on three tall buildings were measured, and the probability distributions were first identified and the aerodynamic force coefficients corresponding to the specific non-exceedance probabilities (cumulative probabilities) of wind load were then evaluated. It was found that the probability distributions of the mean and fluctuating aerodynamic force coefficients followed a normal distribution. The ratios of aerodynamic force coefficients corresponding to the specific non-exceedance probabilities (Cf,Non) to the ensemble average of 12,600 samples (Cf,Ens), which was defined as an adjusting factor (Cf,Non/Cf,Ens), were less than 2%. The effect of coefficient of variation of wind speed on the adjusting factor is larger than that of the annual non-exceedance probability of wind load. The non-exceedance probabilities of the aerodynamic force coefficient is between PC,nonex = 50% and 60% regardless of force components and aspect ratios. The adjusting factors from the Gumbel distribution were larger than those from the normal distribution.
Although machine learning (ML) techniques have been widely used in various fields of engineering practice, their applications in the field of wind engineering are still at the initial stage. In order to evaluate the feasibility of machine learning algorithms for prediction of wind loads on high-rise buildings, this study took the exposure category type, wind direction and the height of local wind force as the input features and adopted four different machine learning algorithms including k-nearest neighbor (KNN), support vector machine (SVM), gradient boosting regression tree (GBRT) and extreme gradient (XG) boosting to predict wind force coefficients of CAARC standard tall building model. All the hyper-parameters of four ML algorithms are optimized by tree-structured Parzen estimator (TPE). The result shows that mean drag force coefficients and RMS lift force coefficients can be well predicted by the GBRT algorithm model while the RMS drag force coefficients can be forecasted preferably by the XG boosting algorithm model. The proposed machine learning based algorithms for wind loads prediction can be an alternative of traditional wind tunnel tests and computational fluid dynamic simulations.
This study conducted aeromechanics modeling and structural load analyses of Tilt Rotor Aeroacoustic Model (TRAM), a 25% scaled V-22 tiltrotor model used in wind tunnel tests. A rotorcraft comprehensive analysis code, CAMRAD II, was used. Analysis results of this study in low-speed forward flights were compared with DNW test and previous analysis results. Blade flap bending moments were in good agreement with measured data. Mean values and oscillatory loads for lead-lag bending and torsion moments were slightly different from measured data. However, when mean values were removed, results of structural loads for one rotor revolution were moderately compared with wind tunnel tests and previous analyses. Total forces and half peak-to-peak forces of the pitch link reasonably well matched with previous analysis results and measured data. Finally, harmonic magnitudes of blade structural loads were investigated.
Journal of Korean Society of Disaster and Security
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v.6
no.2
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pp.49-56
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2013
In this paper, used by the boundary layer wind tunnel test, have conducted a series of wind tunnel experiments, i.e. test the mean velocity profile regarding the surface roughness, turbulence intensity and power spectrum measured by augmentation device. After that, to provide data relevant for the preliminary design step of tall building hazard fluctuating wind loads may be obtained fluctuating pressure coefficients, fluctuating pressure spectrum, autocorrelation coefficients by the boundary layer wind tunnel test. From the results of experiments, this study can be obtained conclusions as follows. 1. We know the fact that the mean velocity profile and the turbulence intensity are well fitted natural wind flow in the boundary layer wind tunnel. 2. The satisfactory agreement of velocity spectrum can be obtained from the compare of fluctuating power spectrum and Von Karman spectrum. 3. We know the fact that the fluctuating pressure spectrums distributed peak at 0.01 Hz-0.1 Hz in the windward surfaces and at 0.1 Hz in the leeward surfaces. 4. We know the fact that the autocorrelation coefficients distributed stationary random processes with application time of hazard fluctuating wind loads.
Zaheer, Mohd Moonis;Hasan, Syed Danish;Islam, Nazrul;Aslam, Moazzam
Ocean Systems Engineering
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v.11
no.1
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pp.17-42
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2021
Articulated loading platforms (ALPs) belongs to a class of offshore structures known as compliant. ALP motions have time periods falling in the wind excitation frequency range due to their compliant behaviour. This paper deals with the dynamic behavior of a double hinged ALP subjected to low-frequency wind forces with random waves. Nonlinear effects due to variable submergence, fluctuating buoyancy, variable added mass, and hydrodynamic forces are considered in the analysis. The random sea state is characterized by the Pierson-Moskowitz (P-M) spectrum. The wave forces on the submerged elements of the platform's shaft are calculated using Morison's Equation with Airy's linear wave theory ignoring diffraction effects. The fluctuating wind load has been estimated using Ochi and Shin wind velocity spectrum for offshore structures. The nonlinear dynamic equation of motion is solved in the time domain by the Wilson-θ method. The wind-structure interactions, along with the effect of various other parameters on the platform response, are investigated. The effect of offset of aerodynamic center (A.C.) with the center of gravity (C.G.) of platform superstructure has also been investigated. The outcome of the analyses indicates that low-frequency wind forces affect the response of ALP to a large extent, which otherwise is not enhanced in the presence of only waves. The mean wind modifies the mean position of the platform surge response to the positive side, causing an offset. Various power spectral densities (PSDs) under high and moderate sea states show that apart from the significant peak occurring at the two natural frequencies, other prominent peaks also appear at very low frequencies showing the influence of wind on the response.
Tornado-induced damages to high-rise buildings and low-rise buildings are quite different in nature. Tornado losses to high-rise buildings are generally associated with building envelope failures while tornado-induced damages to low-rise buildings are usually associated with structural or large component failures such as complete collapses, or roofs being torn off. While studies of tornado-induced structural damages tend to focus mainly on low-rise residential buildings, transmission towers, or nuclear power plants, the current rapid expansion of city centers and development of large-scale building complexes increases the risk of tornadoes impacting tall buildings. It is, therefore, important to determine how tornado-induced load affects tall buildings compared with those based on synoptic boundary layer winds. The present study applies an experimentally simulated tornado wind field to the Commonwealth Advisory Aeronautical Research Council (CAARC) building and estimates and compares its pressure coefficient effects against the Atmospheric Boundary Layer (ABL) flow field. Simulations are performed at the Wind Engineering, Energy and Environment (WindEEE) Dome which is capable of generating both ABL and tornadic winds. A model of the CAARC building at a scale of 1:200 for both ABL and tornado flows was built and equipped with pressure taps. Mean and peak surface pressures for TLV flow are reported and compared with the ABL induced wind for different time-averaging. By following a compatible definition of the pressure coefficients for TLV and ABL fields, the resulting TLV pressure field presents a similar trend to the ABL case. Also, the results show that, for the high-rise building model, the mean and 3-sec peak pressures are larger for the ABL case compared to the TLV case. These results provide a way forward for the code implementation of tornado-induced pressures on high-rise buildings.
Double-Skin Facades (DSF) on tall buildings are becoming increasingly common in urban environments due to their ability to provide architectural merit, passive design, acoustic control and even improved structural efficiency. This study aims to understand the effects of porous DSF on the aerodynamic characteristics of tall buildings using wind tunnel tests. High Frequency Force Balance and pressure tests were performed on the CAARC standard tall building model with a variable porous DSF on the windward face. The introduction of a porous DSF did not adversely affect the overall mean forces and moments experienced by the building, with few differences compared to the standard tall building model. There was also minimal variation between the results for the three porosities tested: 50%, 65% and 80%. The presence of a full-height porous DSF was shown to effectively reduce the mean and fluctuating wind pressure on the side face of the building by about 10%, and a porous DSF over the lower half height of the building was almost as effective. This indicates that the porous DSF could be used to reduce the design load on cladding and fixtures on the side faces of tall buildings, where most damage to facades typically occurs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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