The modern tall buildings are often constructed as an unconventional plan and as twin buildings. Wind load on the tall building is significantly influenced by the presence of another building in the near vicinity. So, it is imperative to study wind forces on an unconventional plan shaped tall building. Mean wind pressure coefficients of a square and 'H' plan shape tall buildings are investigated using wind tunnel experiments. The experiments were carried out for various wind directions from 00 to 900 at an interval of 300 and various locations of the identical interfering building. The experimental results are presented at the windward face from the viewpoint of effects on cladding design. To quantify the interference effects, interference factors (I.F) are calculated. Mean pressure coefficients of both models are compared for isolated and interference conditions. The results show that pressure reduces with an increase in wind angle till 600 wind direction. The interfering building at full blockage interference condition generates more suction than the other two conditions. The interference factor for both models is less than unity. H-plan building model is subjected to a higher pressure than the square model.
Many tall buildings possess through-building gaps at middle levels of the building elevation. Some of these floors are used as sky gardens, or refuge floors, through which wind can flow with limited blockage. It has been reported in the literature that through-building gaps can be effective in reducing across-wind excitation of tall buildings. This paper systematically examines the effectiveness of two configurations of a through-building gap, at the mid-height of a tall building, in reducing the wind-induced dynamic responses of the building. The two configurations differ in the pattern of through-building opening on the gap floor, one with opening through the central portion of the floor and the other with opening on the perimeter of the floor around a central core. Wind forces and moments on the building models were measured with a high-frequency force balance from which dynamic building responses were computed. The results show that both configurations of a through-building gap are effective in reducing the across-wind excitation with the one with opening around the perimeter of the floor being significantly more effective. Wind pressures were measured on the building faces with electronic pressure scanners to help understand the generation of wind excitation loading. The data suggest that the through-building gap reduces the fluctuating across-wind forces through a disturbance of the coherence and phase-alignment of vortex excitation.
Tall buildings have been traditionally designed to be symmetric rectangular, triangular or circular in plan, in order to avoid excessive seismic-induced torsional vibrations due to eccentricity, especially in seismic-prone regions like Japan. However, recent tall building design has been released from the spell of compulsory symmetric shape design, and free-style design is increasing. This is mainly due to architects' and structural designers' challenging demands for novel and unconventional expressions. Another important aspect is that rather complicated sectional shapes are basically good with regard to aerodynamic properties for crosswind excitations, which are a key issue in tall-building wind-resistant design. A series of wind tunnel experiments and numerical simulation have been carried out to determine aerodynamic forces and wind pressures acting on tall building models with various configurations: corner cut, setbacks, helical and so on. Dynamic wind-induced response analyses of these models have also been conducted. The results of these experiments have led to comprehensive understanding of the aerodynamic characteristics of tall buildings with various configurations.
Synchronous wind-induced pressures, measured in wind-tunnel tests on model buildings instrumented with hundreds of pressure taps, are an invaluable resource for designing safe buildings efficiently. They enable a much more detailed, accurate representation of the forces and moments that drive engineering design than conventional tables and graphs do. However, the very large volumes of data that such tests typically generate pose a challenge to their widespread use in practice. This paper explains how a wavelet representation for the time series of pressure measurements acquired at each tap can be used to compress the data drastically while preserving those features that are most influential for design, and also how it enables incremental data transmission, adaptable to the accuracy needs of each particular application. The loss incurred in such compression is tunable and known. Compression rates as high as 90% induce distortions that are statistically indistinguishable from the intrinsic variability of wind-tunnel testing, which we gauge based on an unusually large collection of replicated tests done under the same wind-tunnel conditions.
A pulsed impinging jet is used to simulate the gust front of a thunderstorm downburst. This work concentrates on investigating the peak transient loading conditions on a 30 mm cubic model submerged in the simulated downburst flow. The outflow induced pressures are recorded and compared to those from boundary layer and steady wall jet flow. Given that peak winds associated with downburst events are often located in the transient frontal region, the importance of using a non-stationary modelling technique for assessing peak downburst wind loads is highlighted with comparisons.
ZHANG, Jun-Feng;LIU, Qing-Shuai;GE, Yao-Jun;ZHAO, Lin
Structural Engineering and Mechanics
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제72권5호
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pp.541-555
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2019
Wind induced dynamic responses on hyperbolic cooling tower (HCT) shells are complicated functions of structure and wind properties, such as the fundamental frequency fmin, damping ratio ζ, wind velocity V, correlationship in meridian direction and so on, but comprehensions on the sensitivities of the dynamic responses to these four factors are still limited and disagree from each other. Following the dynamic calculation in time domain, features of dynamic effects were elaborated, focusing on the background and resonant components σB and σR, and their contributions to the total rms value σT. The σR is always less than σB when only the maximum σT along latitude is concerned and the contribution of σR to σT varies with responses and locations, but the σR couldn't be neglected for structural design. Then, parameters of the above four factors were artificially adjusted respectively and their influences on the gust responses were illustrated. The relationships of σR and the former three factors were expressed by fitted equations which shows certain differences from the existing equations. Moreover, a new strategy for wind tunnel tests aiming at surface pressures and the following dynamic calculations, which demands less experiment equipment, was proposed according to the influence from meridian correlationship.
To better understand the vortex-induced vibration (VIV) characteristics of a 5:1 rectangular cylinder, the distribution of aerodynamic force and the non-dimensional power spectral density (PSD) of fluctuating pressure on the side surface were studied in different VIV development stages, and their differences in the stationary state and vibration stages were analyzed. The spanwise and streamwise correlations of surface pressures were studied, and the flow field structure partitions on the side surface were defined based on the streamwise correlation analysis. The results show that the variation tendencies of mean and root mean square (RMS) pressure coefficients are similar in different VIV development stages. The RMS values during amplitude growth are larger than those at peak amplitude, and the smallest RMS values are observed in the stationary state. The spanwise correlation coefficients of aerodynamic lifts increase with increase of the peak amplitude. However, for the lock-in region, the maximum spanwise correlation coefficient for aerodynamic lifts occurs in the VIV rising stage rather than in the peak amplitude stage, probably due to the interaction of vortex shedding force (VSF) and self-excited force (SEF). The streamwise correlation results show that the demarcation point positions between the recirculation region and the main vortex region remain almost constant in different VIV development stages, and the reattachment points gradually move to the tailing edge with increasing amplitude. This study provides a reference to estimate the demarcation point and reattachment point positions through streamwise correlation and phase angle analysis from wind tunnel tests.
Offshore wind power generation is an energy generation field that is rapidly developing owing to the increasing demand for clean energy. However, the physiological response of fish to the underwater noise generated during construction or operation of wind turbines is unclear. We confirmed the effects of sound pressures of 125, 135, 145, and 155 dB/µPa, including 140 dB/µPa (the standard sound pressure for noise damage recognition in South Korea), through serum analysis in rock bream (Oplegnathus fasciatus). High mortality induced by reduced immunity through artificial infection after stimulation was confirmed. These results suggest that rock bream is negatively affected by the noise generated during the construction of offshore wind power plants.
한 구조물에 작용하는 풍압력 시계열이 자기회귀 이동평균(ARMA) 모델을 사용하여 모델화 된다. AR 과정에서 시계열의 현재 값은 유한한 수의 이전 값들의 선형적 결합과 한 백색잡음에 의해 나타난다. MA 과정에서 시계열의 현재값은 유한한 수의 이전 백색잡음들에 선형적이다. ARMA 과정은 AR과 MA 과정의 결합이다. 본 논문에서, AR, MA와 ARMA 모델이 풍압력 시계열에 적용되고, 데이터를 나타내기에 가장 적합한 ARMA 모델을 선정하는 과정이 소개된다. 모델의 변수들은 최대 가능도법을 사용하여 산정되고, 압력 시계열의 시간적 복잡성의 척도인 모델 차수를 최적화하기 위해 AICC 모델 선정 기준이 사용된다. 또한, 모델의 유효성을 조사하기 위해 LBP 검사가 사용된다. 본 연구로부터, AR 과정이 풍압력 시계열을 나타내기에 가장 적합하다는 결론이 얻어진다.
A Combination Random Flow Generation (CRFG) technique for obtaining the fluctuating inflow boundary conditions for Large Eddy Simulation (LES) is proposed. The CRFG technique was developed by combining the typical RFG technique with a novel calculation of k and ${\varepsilon}$ to estimate the length- and time-scales (l, ${\tau}$) of the target fluctuating turbulence field used as the inflow boundary conditions. Through comparatively analyzing the CRFG technique and other existing numerical/experimental results, the CRFG technique was verified for the generation of turbulent wind velocity fields with prescribed turbulent statistics. Using the turbulent velocity fluctuations generated by the CRFG technique, a series of LESs were conducted to investigate the wind flow around S-, R-, L- and U-shaped building models. As the pressures of the models were also measured in wind tunnel tests, the validity of the LES, and the effectiveness of the inflow boundary generated by the CRFG techniques were evaluated through comparing the simulation results to the wind tunnel measurements. The comparison showed that the LES accurately and reliably simulates the wind-induced pressure distributions on the building surfaces, which indirectly validates the CRFG technique in generating realistic fluctuating wind velocities for use in the LES. In addition to the pressure distribution, the LES results were investigated in terms of wind velocity profiles around the building models to reveal the wind flow dynamics around bluff bodies. The LES results quantitatively showed the decay of the bluff body influence when the flow moves away from the building model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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