بررسي اثر اندركنش باد- سازه بر پاسخ طولي ساختمان‌هاي بلند

Investigation into the effect of wind-structure interaction on the along-wind response of tall buildings

افزايش سريع جمعيت، محدوديت فضا، عوامل اقتصادي و اجتماعي از دلايلي هستند كه باعث احداث ساختمان‌هاي بلند شده است. از طرفي، ابداع مصالح سبك و مقاوم باعث شده است كه ساختمان‌هاي بلند داراي ميرايي كم و پريود ارتعاشي زياد باشند. بدين سبب، بررسي و آناليز ساختمان‌هاي بلند تحت اثر نيروهاي باد ضروري به نظر مي‌رسد. در اين پژوهش، با استفاده از روش ديناميك سيال محاسباتي (CFD) و ديناميك سازه محاسباتي(CSD) ، اثر اندركنش باد و سازه بر روي ساختمان بلند استاندارد CARRC، با استفاده از نرم افزار اجزاي محدود آباكوس انجام شده است. پروفيل سرعت ميانگين باد در لايه مرزي اتمسفر با فرمول نمايي و آشفتگي جريان با استفاده از روش پيچك‌هاي بزرگ ضمني (ILES) شبيه‌سازي شد و يك روش هم- شبيه‌سازي براي انتقال بارهاي غيريكنواخت از قلمرو سيال به گره‌هاي سازه‌اي به‌كار برده شد. ميرايي سازه‌اي نيز توسط روش رايلي تعيين شد و صحت‌سنجي مدل‌سازي‌ها با نتايج آزمايشگاهي و عددي معتبر انجام شدند. نتايج حاصل نشان مي‌دهند كه پاسخ سازه‌هاي فاقد ميرايي در برابر باد، به طور قابل توجهي بيشتر از پاسخ سازه‌هاي داراي ميرايي است. نتيجه‌گيري شد كه مشخصات متوسط سرعت باد بر توزيع فشار ميانگين باد روي ساختمان‌هاي بلند خيلي تأثير گذار است، لذا به منظور اطمينان در طراحي ساختمان‌هاي بلند در برابر باد مسئله اندركنش باد و سازه بايد مد نظر قرار بگيرد.

Rapid growing of population, limitation of space, economic and social parameters are reasons that have led to the construction of tall buildings. On the other hand, due to invention of strong and lightweight materials, tall buildings had low damping ratio and long vibrational periods. For this reasons, it is necessary to investigate and analyze tall buildings under wind loads. In the present research, wind-structure interaction is performed on standard tall building CAARC using computational fluid dynamics (CFD), computational structural dynamics (CSD) and ABAQUS finite element software. The wind mean velocity profile is modelled using exponential formula in the boundary layer of atmosphere, wind turbulence is simulated using implicit large eddy simulation method (ILES), and co-simulation method is used to transfer non-uniform loads from fluid domain to structural nodes. Structural damping is determined by Rayleigh method. To validate the modelling, results are compared with reliable numerical and experimental findings. Results show that non-damped structures have responses significantly higher than damped structures. It is concluded that the distribution of the average wind pressure in high-rise buildings is influenced by the average wind speed. Therefore, in order to assurance in the design of tall structures, mechanical properties of wind and structure must be considered.