Flow field around tall buildings

Abstract

Yüksek binalar, düşey yükleri yanısıra, rüzgar ve deprem yükleri gibi yatay yüklerede maruz kalırlar. Rüzgar akımının etkisinede kalan yüksek yapılar, rüzgar yönünde ve rüzgar yönüne dik olacak şekilde titreşime maruz kalırlar. Bazı durumlarda burulma etkisi dahi ortaya çıkabilir. Daha az sertlik ve sönümleme özelliğine sahip olan ince ve hafif, modern yüksek yapılar hizmet verebilirlik problemlerine karşı daha hassastırlar. Yüksek binalar, hava akım alanı içine gömülmüş kaba yapılardır ve dolayısı ile basınç ve akım hızında meydana gelen değişikliklerden ötürü çeşitli kuvvetlere maruz kalırlar. Rüzgar ve yüksek yapılar arasındaki etkileşim, rüzgar yönü, binaların geometrik şekli, topografya ve etraftaki binalar konumu gibi faktörlerden ciddi oranda etkilernir.Bu çalışmada, basit dikdörtgen, tek girinti köşeli dikdörtgen ve çift girinti köşeli dikdörtgen gibi üç farklı bina plan alanı şekli hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) kulanılarak incelenmiştir. Simülasyonlarda k-ε türbülans modeli kullanıldı ve rüzgar hızı 26 m/s olarak seçildi. Basit dikdörtgen şeklindeki plan alanlı bina modelinin simülasyon analizlerinden elde edilen sonuçlar yaygın olarak kullanılan kodlar ile karşılaştırıldı ve sonuçların bir biri ile iyi uyum gösterdigi tespit edildi. Rüzgar yönünde ve rüzgara dik yönde meydana gelen taban kesme kuvvetleri ve eğilme momentleri bina modellerin plan alanlarının şeklinden etkilendiği tespitine varıldı. Bu kuvvetlerin, çift girinti köşeli dikdörtgen şekil için en düşük iken basit dikdörtgen şekli için en yüksek olduğu kaydedildi .Anahtar Kelimeler: Yüksek Binalar, Rüzgar Etkisi, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği, CFD, ANSYS FLUENT.

Alongside vertical loads, tall buildings are subjected to lateral loads such as wind and seismic loads. Under the action of wind flow, tall buildings oscillate simultaneously both in the direction of wind and orthogonal to the direction of wind. In some cases even torsional effect may occur. Slender and lightweight modern tall structures, which have less stiffness and damping property, are more sensitive and prone to the dynamic serviceability problems. High-rise buildings are bluff bodies submerged in air flow field, which are subjected to various forces due to pressure and velocity changes. The interaction between wind and tall buildings are the great challenge depends on the exposure type of wind, topography, interference with another buildings, wind direction and geometrical shape of the buildings.In this study, three different building plan area shapes; basic rectangle, single corner-recession and double corner-recession were studied by Computational Fluid Dynamics (CFD). In the simulations k-e turbulence closure model was employed with wind velocity of 26 m/s. The results obtained from the simulation analyses of rectangular shaped plan area building model was compared with a number of widely used codes and showed good agreement. Both the along wind and across wind base shear forces and base bending moments acting on the buildings were observed to be affected from the shape of the plan areas of the models. The values of these forces were noted to be the highest for the basic rectangular shape while they were lowest for the double corner-recession shape.Keywords: Tall Buildings, Wind Effect, Computational Fluid Dynamics, CFD, ANSYS FLUENT