A full-scale instrumented low-rise building with gable roof was built at a coastal site with a high incidence of tropical cyclones for monitoring of wind effects on the building during windstorms. This paper presents the field measurements of the wind velocity field around and the wind-induced pressures on the low-rise building during the passage of severe tropical storm Soudelor. Near-ground wind characteristics such as wind speed, wind direction, turbulence intensity, gust factor, turbulence integral length scale and wind velocity spectra were investigated. The wind-induced pressures on the roof of the building were analyzed and discussed. The results revealed that the eave and ridge edges on the roof were subjected to the most severe suction pressures under quartering winds. These suction pressures showed obvious non-Gaussian behavior. The measured results were compared with the provisions of ASCE 7-10 to assess the suitability of the code of practice for the wind-resistant design of low-rise buildings under tropical cyclones. The field study aims to provide useful information that can enhance our understanding of the extreme wind effects on low-rise buildings in an effort to reduce tropical cyclone wind damages to residential buildings.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.23
no.12
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pp.1035-1044
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2013
Because of the high specific stiffness and strength inherent in the sandwich structure composed of facesheet that resists in-plane loads and a core that resists out-of-plane loads, it is often used for large and light-weighted structures. However, inevitably the increased flexibility allows greater deformation-based disturbances in the structures. Thus, it is necessary to analyze the structural safety. To obtain more accurate analytical results, the input disturbances must more closely simulate real load conditions; to improve accuracy, non-linear elements such as gust effects were considered. In addition, the structural safety was analyzed for the iso-grid sandwich panel structure using fluid-structure interactions. For a more realistic simulation, flow velocity fields, which consider the effects of irregular gust fluctuation, were generated and the coupled field was analyzed by mapping the pressure and displacement.
In this study, a turbulence simulation is carried out in a suction type wind tunnel using grids, where turbulent flows with various turbulence intensity are successfully produced by the change of grid size, arrangement of grids and settling position, respectively. Response tests of rectangular cylinder models with aspect ratio of 2 and 4 are carried out in smooth flow and generated turbulent flows. Additionally, two types of fairing are considered such as right triangle and regular triangle. The effects of wind velocity fluctuations and fairing are discussed on vortex-induced oscillation.
The Yingxian wooden tower in China is currently the tallest wooden tower in the world. It was built in 1056 AD and is 65.86 m high. Field measurements of wind speed and wind-induced response of this tower are conducted. The wind characteristics, including the average wind speed, wind direction, turbulence intensity, gust factor, turbulence integral length scale and velocity spectrum are investigated. The power spectral density and the root-mean-square wind-induced acceleration are analyzed. The structural modal parameters of this tower are identified with two different methods, including the Empirical Mode Decomposition (EMD) combined with the Random Decrement Technique (RDT) and Hilbert transform technique, and the stochastic subspace identification (SSI) method. Results show that strong wind is coming predominantly from the West-South of the tower which is in the same direction as the inclination of the structure. The Von Karman spectrum can describe the spectrum of wind speed well. Wind-induced torsional vibration obviously occurs in this tower. The natural frequencies identified by EMD, RDT and Hilbert Transform are close to those identified by SSI method, but there is obvious difference between the identified damping ratios for the first two modes.
Palmeri, A.;Ricciardelli, F.;Muscolino, G.;De Luca, A.
Wind and Structures
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v.7
no.2
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pp.89-106
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2004
The response of tall buildings to gust buffeting is usually evaluated assuming that the structural damping is of a viscous nature. In addition, when dampers are incorporated in the design to mitigate the response, their effect is allowed for increasing the building modal damping ratios by a quantity corresponding to the additional energy dissipation arising from the presence of the devices. Even though straightforward, this procedure has some degree of inaccuracy due to the existence of a memory effect, associated with the damping mechanism, which is neglected by a viscous model. In this paper a more realistic viscoelastic model is used to evaluate the response to gust buffeting of tall buildings provided with energy dissipation devices. Both cases of viscous and hysteretic inherent damping are considered, while for the dampers a generic viscoelastic behaviour is assumed. The Laguerre Polynomial Approximation is used to write the equations of motion and find the frequency response functions. The procedure is applied to a 25-story building to quantify the memory effects, and the inaccuracy arising when the latter is neglected.
This paper presents statistical analysis results of wind speed and atmospheric turbulence data measured from more than 30 anemometers installed at 15 different height levels on 325 m high Beijing Meteorological Tower and is primarily intended to provide useful information on boundary layer wind characteristics for wind-resistant design of tall buildings and high-rise structures. Profiles of mean wind speed are presented based on the field measurements and are compared with empirical models' predictions. Relevant parameters of atmospheric boundary layer at urban terrain are determined from the measured wind speed profiles. Furthermore, wind velocity data in longitudinal, lateral and vertical directions, which were recorded from an ultrasonic anemometer during windstorms, are analyzed and discussed. Atmospheric turbulence information such as turbulence intensity, gust factor, turbulence integral length scale and power spectral densities of the three-dimensional fluctuating wind velocity are presented and used to evaluate the adequacy of existing theoretical and empirical models. The objective of this study is to investigate the profiles of mean wind speed and atmospheric turbulence characteristics over a typical urban area.
This paper presents the field measurement results of wind effects on a super-tall building (CITIC Plaza, 391 m high) located in Guangzhou. The field data such as wind speed, wind direction and acceleration responses were simultaneously and continuously recorded from the tall building by a wind and vibration monitoring system during two typhoons. The typhoon-generated wind characteristics including turbulence intensity, gust factor, peak factor, turbulence integral length scale and power spectral density of fluctuating wind speed were presented and discussed. The dynamic characteristics of the tall building were determined based on the field measurements and compared with those calculated from a 3D finite element model of the building. The measured natural frequencies of the two fundamental sway modes of the building were found to be larger than those calculated. The damping ratios of the building were evaluated by the random decrement technique, which demonstrated amplitude-dependent characteristics. The field measured acceleration responses were compared with wind tunnel test results, which were found to be consistent with the model test data. Finally, the serviceability performance of the super-tall building was assessed based on the field measurement results.
Downbursts are transient phenomena that produce wind profiles that are distinctly different from synoptic boundary layers. Wind field data from Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations of isolated downburst-like impinging jets, are used to investigate structural loads of tall buildings due to these high intensity winds. The base shear forces and base moments of tall buildings of heights between 120 and 250 m produced by downburst winds of various scales are compared with the forces from the equivalent boundary layer gust winds, with matched 10-metre wind velocity. The wind profiles are mainly functions of the size of the downburst and the radial distance from the centre of the storm. Wind forces due to various downburst profiles are investigated by placing the building at different locations relative to the storm center as well as varying the size of the downburst. Overall it is found that downbursts larger than approx. 2,000 m in diameter might produce governing design wind loads above those from corresponding boundary layer winds for tall buildings.
Su, Yanwen;Huang, Guoqing;Liu, Ruili;Zeng, Yongping
Wind and Structures
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v.32
no.2
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pp.89-104
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2021
Non-synoptic winds generated by tornadoes, downbursts or gust fronts exhibit significant non-stationarity and can cause significant wind load effect on flexible structures such as long-span bridges. However, conventional assumptions on stationarity used to evaluate the structural wind-induced vibration are inadequate. In this paper, an efficient frequency domain scheme based on fast CQC method, which can predict non-stationary buffeting random responses of long-span bridges, is presented, and then this approach is applied to evaluate the buffeting response of a long-span suspension bridge located in a complex mountainous wind environment as an example. In this study, the data-driven method based on one available measured wind speed sample is firstly presented to establish non-stationary wind models, including time-varying mean wind speed, time-varying intensity envelope function and uniformly modulated fluctuating spectrum. Then, a linear time-variant (LTV) system based on the proposed scheme can be generally applied to calculate the non-stationary buffeting responses. The effectiveness and accuracy of the proposed scheme are verified through Monte Carlo time domain simulation implemented in ANSYS platform. Also, the transient effect nature of the bridge responses is further illustrated by comparison of the non-stationary, quasistationary and steady-state cases. Finally, buffeting response analysis with traditional stationary treatment (10 min constant mean plus stationary wind fluctuation) is performed to illustrate the importance of the non-stationary characteristics embedded in original wind speed samples.
This paper describes an investigation of the net wind loads on solar panels and wind loads on the underlying roof surface for panels mounted parallel to pitched roofs of domestic buildings. Typical solar panel array configurations were studied in a wind tunnel and the aerodynamic shape factors on the panels were put in a form appropriate for the Australian/New Zealand Wind Actions Standard AS/NZS 1170.2:2011. The results can also be used to obtain more refined design data on individual panels within an array. They also suggest values for the aerodynamic shape factors on the roof surface under the panels, based on a gust wind speed at roof height, of ${\pm}0.5$ for wind blowing parallel to the ridge, and ${\pm}0.6$ for wind blowing perpendicular to the ridge. The net loads on solar arrays in the middle portion of the roof are larger than those on the same portion of the roof without any solar panels, thus resulting in increased loads on the underlying roof structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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