Rüzgar-Yapı Etkileşiminin Ön Tasarım Aşamasında Tahminine Yönelik Bir Algoritma

Yapı - rüzgar etkileşimi, üç yaklaşımdan biri ile veya bunların bir kombinasyonu ile tahmin edilebilir: (1) yerinde ölçümler, (2) rüzgar tüneli ile deneysel analiz veya (3) hesaplamalı akışkanlar dinamiği (Computational Fluid Dynamics) yazılımları ile sayısal analiz. Ön tasarım aşamasında kullanılmaları söz konusu olduğunda bu yöntemlerin çok zaman alıcı olduğu ve akışkanlar dinamiği açısından detaylı çalışmalar yapılmasını gerektirdikleri bilinmektedir. Bu yöntemler özellikle bina formunun dinamik olarak değişmesi durumunda verimli değildir. Ayrıca, verilerinin gerçek zamanlı olarak alınması söz konusu olduğunda hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) simülasyonları ön tasarım aşamasında değerlendirme yapmak açısından pratik değildir. Tüm bu nedenlerden dolayı hızlı ve güvenilir bir yönteme ihtiyaç duyulmaktadır. Bu noktada gerçek zamanlı çalışabilecek, geometriye dair sınırlamalar barındırmayan ve en önemlisi çözüm ağına (mesh) ihtiyaç duymayan bir algoritma yazılması öngörülmüştür. Bu çalışma kapsamında yazılan algoritmaya ve alınan çıktılara dair detaylar verilmektedir. Buna ek olarak temel bina geometrilerinin geliştirilen algoritma ile simülasyonu yapılmış ve Ansys Fluent yazılımı ile doğrulaması gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak geliştirilen algoritmanın ön tasarım aşamasında mimarlar için yapı-rüzgar etkileşimi analizlerinde kullanılabileceği ve değerlendirme yapılabileceği ortaya konulmuştur.

An Algorithm for Estimation of Wind-Building Interaction in the Early Design Stage

Wind-building interaction can be estimated with one of three approaches, or a combination of these: (1) on-site measurements, (2) reduced-scale wind tunnel measurements or (3) numerical simulation based on Computational Fluid Dynamics (CFD). It’s clear that for early design stage, existing fore mentioned methods are very time consuming and they require detailed study in terms of of fluid dynamics. These methods are not efficient especially in the case that the building form changes dynamically. Besides, both wind tunnel analysis and CFD simulations are not efficient when it comes to take output data in real-time. Due to all of these reasons, a need for a fast and robust method occurs. At this point, a very powerful method which doesn’t require solid geometry as an input, besides in which there’s no need to use mesh (control volume) is developed. In this study, the details of the developed algorithm and the output of it are given. In addition, the principal building forms are also simulated by the algorithm and the results are validated by the Ansys Fluent software. As a result, it is seen that the developed algorithm can be a guide in wind-building interaction analysis for architects in the preliminary design stage.

PDF

___

ASCE/SEI 49-12. (2012). Wind tunnel testing for buildings and other structures: Reston, VA: American Society of Civil Engineers.
Blocken, B., & Carmeliet, J. (2004). Pedestrian Wind Environment around Buildings: Literature Review and Practical Examples. Journal of Thermal Envelope and Building Science, 28(2), 107-159. doi:10.1177/1097196304044396.
Bragança, L., Vieira, S. M., & Andrade, J. B. (2014). Early Stage Design Decisions: The Way to Achieve Sustainable Buildings at Lower Costs. The Scientific World Journal, 2014, 1-8. doi:10.1155/2014/365364.
Hensen, J.L.M. (2003). Simulating building performance: just how useful is it? REHVA Journal, nr. 4, Federation of European Heating, Ventilating and Air-conditioning Associations - REHVA, Brussels.
House, D., & Keyser, J. C. (2017). Foundations of physically based modelling and animation. Boca Raton: CRC Press, Taylor & Francis Group.
Liu, G. (2002). Mesh Free Methods. doi:10.1201/9781420040586.
M. DeKay & G.Z. Brown, Sun Wind & Light, Architectural design strategies, 3rd ed. Wiley, 2014.
NIST Technical Report. (2009). “Toward a standard on the wind tunnel method”.
Stathopoulos, T., & Blocken, B. (2016). Pedestrian Wind Environment Around Tall Buildings. Advanced Environmental Wind Engineering, 101-127. doi:10.1007/978-4-431-55912-2_6.
Stathopoulos, T. ve Storms, R, 1986, “Wind Environmental Conditions in Passages between Buildings”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 24: s. 19–31.
Stathopoulos, T., Wu, H. ve Be´dard, C., 1992, “Wind Environment Around Buildings: A Knowledge-Based Approach”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 41–44: 2377–2388.
Stathopoulos, T. ve Wu, H., 1995, “Generic models for pedestrian- level winds in built-up regions”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 54-55: s. 515-525.
To, A. P. ve Lam, K.M., 1995, “Evaluation of pedestrian-level wind environment around a row of tall buildings using a quartile- level wind speed descriptor”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 54-55: s. 527-541.
Uematsu, Y., Yamada, M., Higashiyama, H. ve Orimo, T.,1992, “Effects of the corner shapes of high-rise buildings on the pedestrian-level wind environment with consideration for mean and fluctuating wind speeds”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol.41-44, pp2289-2300.
Visser, G.T., Folkers, C.J. and Weenk, A., 2000, “KnoWind: a Database- Oriented Approach to Determine the Pedestrian Level Wind Environment Around Buildings”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 87: s. 287–299.
Wiren, B.G., 1975, “A Wind Tunnel Study of Wind Velocities in Passages between and through Buildings”, In: Proceedings of the 4. International Conference on Wind Effects on Buildings and Structures, Cambridge University Press, Heathrow, s. 465–475.