Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

強風防災 / フライングデブリ / 都市 / シミュレーション / LES / SGS乱流モデル / 風荷重 / 危険度予測

大都市圏に極大強風が発生した場合、建物の主体構造が耐えることができても、ある建築物が部分的には被害を受け、その際、建築部材、屋根材などの破損部分は、周囲に飛散する可能性を有し(フライングデブリの発生)、都市といった建築物が集中的に存在する場所では、二次的な強風災害を招く可能性が高い。特に、最近の都市における建築物を振り返ってみると、そのデザイン性の要求から窓面が大きくなって、ガラスが広く露出されている場合もあり、フライングデブリに対する脆弱性は重要かつ緊急な検討課題といえよう。
本研究では、そういったことを踏まえ、LESによって予測された都市域での非定常的な強風乱流および個々の建物へ作用する局所負圧のデータを活用し、フライングデブリの発生過程およびその軌道計算を行おうとするものである。さらに予測されたフライングデブリの飛散範囲から都市域での危険度予測を行おうとするものである。
デブリの空力特性に関するデータ整理
デブリが発生した後、そのデブリがどのように飛散するかを算定するためにデブリの空力特性を明らかにした。準定常的な考え方に基づいて軌道計算を行うことの妥当性を吟味した。
強風乱流にするLES計算結果に基づくデブリの軌道計算
得られたデブリの空力特性に基づき、また流速データについては、都市域を想定し、強風に関するLESより得られた乱流場の結果から時々刻々の空間的に分布する風速値を与え、デブリの軌道計算を行った。
デブリの飛散状況の把握
都市域におけるデブリ発生のパターンとその後の飛散状況を推定し、フライングデブリの挙動とその影響負荷を予測した。
フライングデブリによる都市域での危険度予測
フライングデブリの都市社会に与える危険度を推定した。その上で、強風に対して安全な都市域を構築するためのフライングデブリへの対策方法を模索し、今後解決すべき都市の強風防災実現に向けての課題を提示した。

風外乱 / 都市 / 地表形態 / シミュレーション / LES / SGS乱流モデル / ガスト / 耐風設計 / 地方形態

地表に建つ建築構造物の耐風安全性をより確かなものにするには、高さが100から200m程度以下の地表近傍での風の特性の把握が重要である。しかしながら、地表は、様々な形状の建築物あるいは多種多様な植生によって覆われ、近傍領域は一様な空間とはなっていない。特に都市域では、中層から高層の建物などが密集し、高さ数10mから100m程度まで地表の形態は大きく変化している。本研究では、近年の流体計算技術の急激な発展を踏まえ、申請者らが開発してきた計算技術を活用することによって、都市域の地表近傍における建物形状をそのまま取り込みながら強風の乱流構造を高精度に予測できる数理モデルを構築し、解析を実施する。また地表近傍での形態による影響を踏まえた上での強風ガストの構造および強風の変動性状を明らかにし、実際の風作用に基づいた建築物の耐風安全性を確保し、耐風設計の高度化を実現する。得られた成果を以下に示す。
平成14年度はシミュレーション手法における要素技術を開発し、また都市細密データ・観測データを整備した。
1.任意形状まわりの流れのデカルト座標系解析手法の開発
2.領域分割に基づく並列アルゴリズムの開発
3.GISデータに基づく都市計算のモデル作成
4.都市部観測データの収集
平成15年度は実在都市を想定してシミュレーション手法を構築した。
1.風洞実験による実在都市を対象とした接地風外乱の基礎データの整備
2.地表形態を再現した地表近傍の風外乱に関するシミュレーション手法の構築
3.都市密集域における建物形状に対する境界処理法の開発
平成16年度は都市部における風外乱を解明し、建築物の耐風安全性のための基礎資料を提示した。
1.都市部における地表近傍の風外乱データの整備
2.都市密集域に建設される建築物の耐風性能評価

風外乱 / 複雑地形 / シミュレーション / LES / SGS乱流モデル / ガスト / 時空間構造 / 接地大気

地形が険しく複雑であると、場所によっては風の流れが歪められて予想外に高い風速にするので構造物の被害を招くことが度々ある。そのため、構造物の耐風設計には地形性の評価が重要課題であり、これまで比較的単純な地形に対する影響が調べられてきた。しかしながら、実在する地形ははるかに複雑であり、その影響評価は一つひとつ対応するのが本来の方法であろう。したがって数値モデルによる予測は、実験模型を一つひとつ再現する実験的手法の手間を考えると有効な手法と判断される。ただし防災的な観点から風速の瞬間的なピークレータ値(ガスト)を予測するものでなければならない。ここでは時々刻々変化する流入風速を発生する風外乱シミュレータを開発し、複雑地形まわりの乱流のLES非定常計算を実現し、接地大気のガストの時間的ならびに空間的構造を解明することをめざした。以下に得られた成果を示す。
1.複雑な形状まわりの流れのシミュレーションを行うことを想定し、まず一般座標系を導入して様々な物理的な観点からの保存則を満たした数値スキームを構築した。そこに乱流モデリングを導入することで複雑地形に対応できる乱流数理モデルを開発した。
2.熱的効果およびラフネス効果を取り入れた乱流境界層の風洞実験データに基づき、安定・不安定の大気境界層の乱流統計量をまとめた。
3.都市の構成要素である建築物が変化した時のラフネス効果を対象に、都市域での地表境界条件のモデル化を行った。
4.乱流状態となっている大気境界層が複雑地形上を吹走する時、乱流構造が影響を受けてガス構造が変化する。乱流流入条件および地表の粗滑を変化させたシミュレーションを実施し、風速のピーク値の特性を明らかにした。また本研究で得られた成果をまとめ、建築物に与える地形の影響に関する耐風設計資料を提示した。

【研究分担者】
竹見哲也	東京工業大学	大学院・総合理工学研究科	講師	(Kakenデータベース)
曹曙陽	東京工業大学	大学院・総合理工学研究科	助手	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
竹見哲也	東京工業大学	大学院・総合理工学研究科	講師	(Kakenデータベース)
曹曙陽	東京工業大学	大学院・総合理工学研究科	助手	(Kakenデータベース)
坪倉誠	東京工業大学	大学院・総合理工学研究科	講師	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
曹曙陽	東京工業大学	大学院・総合理工学研究科	助手	(Kakenデータベース)
坪倉誠	東京工業大学	大学院・総合理工学研究科	講師	(Kakenデータベース)