طراحی براساس عملکرد یک ساختمان بلند با پلان بیضی شکل در برابر باد

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسنده

دانشیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

چکیده

افزایش جمعیت، محدودیت فضا، عوامل اقتصادی و اجتماعی و مقاصد گردشگری از دلایلی هستند که باعث احداث ساختمان-های بلند شده‌اند. از طرفی، ابداع مصالح سبک و مقاوم باعث شده است که ساختمان‌های بلند دارای میرایی کم و پریود ارتعاشی زیاد بوده و نسبت به نیروهای باد حساس باشند. از این رو، بررسی وتحلیل ساختمان‌های بلند تحت اثر نیروهای باد ضروری به نظر می رسد. هدف از اجرای این پژوهش ارائه راهکارهای لازم جهت طراحی بر اساس عملکرد ساختمان‌های بلند در برابر باد می‌باشد. در پژوهش حاضر، یک ساختمان بلند بیضی شکل در برابر اندرکنش باد قرار داده‌ شده و مدل‌سازی مشخصات باد و ساختمان در نرم‌افزار ANSYS.17 انجام شده است. برای شبیه‌سازی لایه‌مرزی جوی در نرم افزار و بعنوان تونل باد مجازی، به دو پارامتر نیمرخ سرعت میانگین باد و پارامترهای تلاطم یعنی طول و شدت آن نیاز هست. نتایج حاصل از تحلیل نرم‌افزار به‌صورت تاریخچه زمانی شتاب طولی و عرضی در سه ارتفاع مختلف ساختمان‌ و برای سرعت میانگین نهایی باد یعنی 72 متر بر ثانیه در جهت طولی و چهار سرعت میانکین باد در جهت عرضی ارائه و سپس انحراف معیار شتاب استخراج و در منحنی‌های استاندارد آیین‌نامه جاگذاری و تفسیر شدند. تأثیر عوامل مختلف بر عملکرد ساختمان‌های بلند در برابر باد عبارت‌اند از: نوع پاسخ(یعنی طولی یا عرضی)، سرعت میانگین باد، نحوه قرارگیری ساختمان در برابر باد و ارتفاع نقطه موردنظر ازسطح زمین. نتایج پژوهش حاضر نشان می‌دهندکه پاسخ عرضی ساختمان‌های بلند در برابر باد از قاعده خاصی پیروی نمی‌کند و تابع سرعت میانگین باد، ارتفاع مورد نظر از ساختمان و پاسخ عرضی یعنی تغییرمکان و شتاب می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Performance based Design of a tall building having elliptic plan shape against the wind

نویسنده [English]

  • Houshyar Eimani kalehsar
Associate professor, Department of Civil Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
چکیده [English]

Population growth, space limitation, economic and social factors are some of the reasons that led to the construction of tall buildings. However, the invention of light weight and durable materials has made tall buildings with low damping and high vibration period and sensitive to wind forces. Therefore, the study and analysis of tall buildings under wind forces seem necessary. The purpose of the present research work is to provide the necessary solutions for performance based design of a tall building having elliptic plan shape against the wind. In the present study, a tall elliptical building is exposed to wind interaction. Moreover, wind modeling and building specifications are performed in ANSYS.17 software. To simulate the atmospheric boundary layer in the software as a virtual wind tunnel, two parameters of the mean wind speed and turbulence includes length and intensity, are required. The results of software analysis were presented as a time history of longitudinal and transverse acceleration at three different heights of the building for four various mean wind speeds in short afterbody orientation for perpendicular to wind direction and 72 m/s in wind direction, then the standard deviation of acceleration was calculated and placed in standard curves of the regulation and interpreted. The effect of different factors on the performance of tall buildings against the wind is a type of response (alongwind or acrosswind), mean wind speed, orientation of the building, and the height of the desired point from the ground. Results show that the acrosswind response of tall buildings to wind does not follow a specific law and is a function of the mean wind speed, height of the building, and the alongwind and acrosswind response of the building ,i.e, displacement and accelerations .

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tall building
  • ANSYS
  • Mean wind speed
  • Alongwind acceleration
  • Acrosswind acceleration performance based wind engineering(PBWE)

مراجع

[1] Kwok, K. C. S., Burton, M. D., & Hitchcock, P. A. (2007). Occupant comfort and perception of motion in wind-excited tall buildings. In Proceedings of the 12th International Conference on Wind Engineering (pp. 101–115). Cairns, Australia, 2–6 July, 2007.
[2] Burton, M. D., Kwok, K. C. S., & Hitchcock, P. A. (2007). Occupant comfort criteria for wind-excited buildings: based on motion duration. In Proceedings of the 12th International Conference on Wind Engineering (pp. 1207–1214). Cairns, Australia, 2–6 July, 2007.
[3] Hong Kong Code of Practice. (2004a). Code of practice on wind effects in Hong Kong. Hong Kong: Buildings Department.
[4] Jain, A., Spinivasan, M., & Hart, G. C. (2001). Performance based design extreme wind loads on a tall building. The structural design of tall buildings, 10, 9–26.
[5] Griffis, L. G. (1993). Serviceability limit states under wind load. AISC Engineering Journal, 30(1), 1–16
[6] Smith, B. S., & Coull, A. (1991). Tall building structures: Analysis and design. John Wiley & Sons, INC.
[7] Ciampoli, M., Petrini, F. and Augusti, G., (2011). Performance-based wind engineering: towards a general procedure. Structural Safety, 33(6), pp.367-378. https://doi.org/10.1016/J.STRUSAFE.2011.07.001
[8] Ouyang, Z. and Spence, S.M., (2020). A performance-based wind engineering framework for envelope systems of engineered buildings subject to directional wind and rain hazards. Journal of Structural Engineering, 146(5). https://doi.org/10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0002568
 [9] National Standard of the People’s Republic of China (2002). Technical Specification for Concrete Structures of Tall Building (JGJ 3-2002). Beijing, China: New World Press.
[10] Isyumov, N. (1994). Criteria for acceptable wind-induced motions. In Proceedings of the Structural Congress (pp. 642–647). ASCE, Atlanta, USA, pp24–28.
[11] Melbourne, W. H., & Palmer, T. R. (1992). Accelerations and comfort criteria for buildings undergong complex motions. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 41–44, pp105–116. https://doi.org/10.1016/0167-6105(92)90398-T
[12] Chock, G., Boggs, D., & Peterka, J. (1998). A wind and hurricane design framework for multi-hazard performance-based engineering of high-rise buildings. Structural Engineering, World Wide, T139-3.
[13] Mingfeng Huan (2017), High-Rise Buildings Under Multi-Hazard Environment, springer, china.
[14] Shirzadeh Germi, M., Eimani kalehsar, H. (2021). Numerical Investigation of Interference Effects of Two Rectangular Tall Buildings on Aerodynamic Response, Journal of Structural and Construction Engineering-. doi: 10.22065/jsce.2021.261009.2305
[15] Germi, M.S. and Kalehsar, H.E., (2021), April. Numerical investigation of interference effects on the critical wind velocity of tall buildings. In Structures (Vol. 30, pp. 239-252). Elsevier.  https://doi.org/10.1016/j.istruc.2021.01.013
 [16] AL Braun & AM Awruch (2009), Aerodynamic and aeroelastic analyses on the CAARC standard tall building model using numerical simulation, vol.87.issue, 9-10, pp 564-581. https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2009.02.002
[17] Architectural Institute of Japan Recommendations. (2004). Guidelines for the evaluation of abitability to building vibration, AIJ-GEH-2004. Japan: Tokyo.
[18] Shenghong Huang, Rong Li & Q.S.Li.(2012). Numerical Simulation on Fluid-structure Interaction of Wind around Supper-tall Building at High Reynolds Number Conditions, (ACEM’ 12), pp 3875-3891.
19) ایمانی کله سر، هوشیار.(1399). تخمین پاسخ ساختمانهای بلند براساس عملکرد در برابر باد، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران
[20] ANSYS fluent 13.0 Theory Guide, ANSYS Inc., Canonsburg, PA, 2010.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 13 آبان 1400
  • تاریخ بازنگری: 21 بهمن 1400
  • تاریخ پذیرش: 27 بهمن 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار