竜巻状気流による風力と部材耐力を考慮した建築物外装材の有限要素解析

摘要

This paper studies structural vulnerability of steel roofing and walls subjected to tornado-induced load. Using Finite Element (FE) method, the presented methodology will predict the successive stages of structural damage by a translating tornado. Wind pressure experimental data was applied to the FE model as the dynamic effects of changing pressures. The results of FE analysis show that the model case with a dominant opening is more vulnerable than the model case without it and extensive failure is observed under the maximum tangential velocity of 60m/s and more, which is consistent with past actual damage. The methodology described here will enable accurate prediction of tornado-induced damage to cladding of low-rise buildings.%多くの建物の耐風設計は台風時の強風を想定している。想定した以上の風荷重を被る竜巻被害の対策は喫緊の課題であるが，竜巻に伴う風向風速や気圧の急激な変化による強い非定常性が風力に及ぼす影響など未解明な点が多く残されており，竜巻突風に対する建物の脆弱部位を系統的に検討する手段はほとんど知られていない。本報告は，竜巻状気流を生成できる特殊な装置を用いて得られた建物模型の風圧係数情報を利用して，竜巻突風に対する実際の建物の損傷箇所を，有限要素解析で洗い出す手順を丁寧に提示している。また，1例ではあるが，過去の竜巻被害事例との比較からその検討結果の妥当性を示している点は，同手法の信頼性を示すものと評価できる。風圧係数情報でrnは，建物の卓越開口について言及しているが，この種の実験装置としrnては比較的大きな建物模型を使用できるので，建物容積と建物密閉度の関係が及ぼすと考えられる内圧変動への精査を今後の研究進展の中に期待したい。