ผลกระทบจากการบดบังของอาคารคู่ต่อแรงดันลมที่กระทำต่ออาคารสูง โดยใช้โปรแกรมทางพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ

มาณพ เจริญยุทธ; ทรงพล จารุวิศิษฏ์

ผู้แต่ง

มาณพ เจริญยุทธ ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์
ทรงพล จารุวิศิษฏ์ ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

คำสำคัญ:

แรงลม, อาคารสูง, พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ, แรงกระทำที่ฐาน, โมเมนต์กระทำที่ฐาน

บทคัดย่อ

การวิเคราะห์โครงสร้างภายใต้กระแสลมโดยใช้วิธีพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (Computational Fluid Dynamics ,CFD) สำหรับกรณีศึกษาผลกระทบจากการบดบังของอาคารต่อแรงดันลมที่กระทำกับอาคารสูงยังมีน้อยมาก และมักทำการศึกษาการบดบังจากอาคารเดี่ยว อีกทั้งยังไม่ค่อยมีการศึกษาผลของบดบังต่อแรงกระทำที่ฐานอาคารซึ่งในทางปฏิบัติแล้วจะเป็นค่าหลักที่ใช้ในการคำนวณออกแบบอาคาร งานวิจัยนี้จึงได้จัดทำขึ้นเพื่อศึกษาผลกระทบต่อโครงสร้างอาคารสูงภายใต้แรงลมกรณีมีอาคารคู่บดบังด้านหน้า 2 อาคาร ซึ่งสนใจพิจารณาตัวแปรหลักคือ ระยะห่างการบดบังไร้หน่วย (u) อาคารคู่ด้านหน้าอาคารหลัก โดยใช้การวิเคราะห์ CFD จำลองอาคารคู่บดบังที่ระยะห่างต่าง ๆ จากอาคารหลัก โดยมีขนาดอาคารคู่บดบังที่เท่ากัน 3 ขนาดคือ ขนาดเล็ก กลาง และขนาดใหญ่ มีช่องว่างระหว่างอาคารบดบังเท่ากับขนาดความกว้างของอาคารหลัก เพื่อให้กระแสลมสามารถลอดผ่านทะลุไปปะทะกับอาคารหลักได้ และนำข้อมูลแรงดันลมและแรงกระทำที่ฐานอาคารหลักที่วิเคราะห์ได้ไปหาความสัมพันธ์ เพื่อสร้างสมการใช้ในการทำนายค่าแรงที่กระทำต่อฐานอาคาร ซึ่งจากผลการศึกษาพบว่า ผลการบดบังต่อแรงที่กระทำต่ออาคารหลักมีน้อยประมาณ 10% ที่ระยะห่างการบดบังไม่เกิน 1 เท่าของความกว้างอาคาร แต่เมื่อระยะห่างเพิ่มมากขึ้นผลของการบดบังต่อแรงที่กระทำต่ออาคารหลักจะเพิ่มมากขึ้น และส่งผลการบดบังสูงสุดที่ระยะห่างประมาณ u = 11 แล้วผลของการบดบังจึงค่อยๆลดลงเมื่ออาคารคู่บดบังอยู่ไกลออกไปและสำหรับการเปรียบเทียบผลการวิเคราะห์ CFD เมื่อเทียบกับผลทดสอบอุโมงค์ลม ได้ค่าแตกต่างกันมากเนื่องจาก ในการทดสอบอุโมงค์ลมมีอาคารข้างเคียงเสมือนจริงอยู่จำนวนหลายอาคาร อีกทั้งมีอาคารเตี้ยขนาดใหญ่ บดบังอยู่ด้านหน้า จึงทำให้ได้ผลค่าแรงเฉือนและโมเมนต์ที่ฐานอาคารแตกต่างกัน สำหรับผลการประมาณค่าแรงกระทำที่ฐานอาคารโดยใช้สมการค่าตัวประกอบการบดบังของแรงเฉือนและโมเมนต์เมื่อเทียบกับผลการวิเคราะห์ด้วย CFD จะเห็นว่าการประมาณให้ค่าที่น้อยกว่าอยู่ 53% และ 56% ตามลำดับ และหากเทียบกับผลทดสอบอุโมงค์ลม การประมาณให้ค่าน้อยกว่าอยู่ 27% และ 38% ตามลำดับ

Author Biography

ทรงพล จารุวิศิษฏ์, ภาควิชาวิศวกรรมโยธา คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

References

Huang S, Li Q S, and Xu S (2007). Numerical evaluation of wind effects on a tall steel building by CFD. Journal of Constructional Steel Research, 63: 612–627.

Braun A L, and Awruch A M (2009). Aerodynamic and aeroelastic analyses on the CAARC standard tall building model using numerical simulation. Computers and Structures, 87: 564–581

Obasaju E D (1992). Measurement of forces and base overturning moments on the CAARC tall building model in a simulated atmospheric boundary layer. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 40: 103–126.

Thepmongkorn S (2004). High frequency force balance model tests for a prediction of wind-induced forces and responses of buildings. The 9th National Convention on Civil Engineering, Phetchaburi, pp.120-125.

Verma S K, Roy A K, Lather S, and Sood M (2015). CFD Simulation for Wind Load on Octagonal Tall Buildings. SSRG International Journal of Civil Engineering, 129-134.

Mohotti D, Danushka K, Mendis P (2015). Wind Design of Slender Tall Buildings: CFD Approach. 6th International Conference on Structural Engineering and Construction Management, Kandy.

Mohotti D (2014). APPLICATION OF COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD) IN PREDICTING THE WIND LOADS ON TALL BUILDINGS- A CASE STUDY. 23rd Australasian Conference on the Mechanics of Structures and Materials, Byron Bay.

Sevalia J K, Desaib A K, Vasanwala S A (2012). EFFECT OF GEOMETRIC PLAN CONFIGURATION OF TALL BUILDING ON WIND FORCE COEFFICIENT USING CFD. International Journal of Advanced Engineering Research and Studies, 1: 127–130.

Parv B, Hulea R, Zoicas R (2012). Comparative study of wind effects on tall buildings using international codes and CFD. European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering, Vienna.

Bairagi A K, Dalui S K (2014). Optimization of Interference Effects on High-Rise Buildings for Different Wind Angle Using CFD Simulation. Electronic Journal of Structural Engineering, 14: 39-49.

Dalui S K, Kar R, Hajra S (2015). Interference Effects on Octagonal Plan Shaped Tall building under Wind - A Case Study. SCIENTIFIC COOPERATIONS WORKSHOPS ON ENGINEERING BRANCHES, Istanbul.

Dagnew A K, Bitsuamlak G T (2010). LES evaluation of wind pressures on a standard tall building with and without a neighboring building. The Fifth International Symposium on Computational Wind Engineering.

Dagnew A K, Bitsuamalk G T, Merrick R (2009). Computational evaluation of wind pressures on tall buildings. 11th Americas Conference on Wind Engineering, San Juan.

Desai A K, Sevalia J K, Vasanwala S A (2014). Wind Interference Effect on Tall Building. World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Civil, Environmental, Structural, Construction and Architectural Engineering, 8: 656-662.

Commonwealth Advisory Aeronautical Research Council (CAARC).

https://uia.org/s/or/en/1100046837