اصلاح آيروديناميكي برج‌هاي مرتفع با روش الحاقي به منظور كاهش نيروي ناشي از باد

Aerodynamic Modification of High-rise Buildings based on Adjoint Method to Reduce Wind Induced Forces

در اين تحقيق، يك تكنيك جديدي ارائه شده كه بر اساس آن مي‌توان اجسام سه بعدي حجيم مثل برج‌هاي مرتفع ساخته شده را از جنبه آيروديناميكي بهينه و اصلاح كرد و به اين طريق بر عمر برج ها و آسايش ساكنان آن‌ها افزود. اين تكنيك مدرن تلفيقي از حل عددي جريان سيال و روش الحاقي است و توانايي اصلاح قسمت‌هاي مختلف پيكره برج را دارد. در اولين گام، پارامترهاي شكل، موقعيت قرارگيري ساختمان، زاويه حمله و شرايط جوي مختلف به عنوان پارامتر‌هاي اثرگذار بر آيروديناميك برج‌ها مطالعه مي‌شود و با استفاده از اين روش، ميزان حساسيت هر يك از اين متغيرها بر نيروهاي آيروديناميكي بدست مي‌آيد؛ به طوري كه نتايج حاصله حاكي از تاثيرگذاري 76% شكل سطح برج‎ها در مقابل ديگر پارامترها مي‌باشد. در گام بعدي، با حل معادلات الحاقي گسسته در كل محدوده حل، ميزان اثرگذاري جريان سيال بر بخش‌هاي مختلف ساختمان مشخص شده و با ايجاد تغييرات مطلوب در آن نواحي، اصلاحات آيروديناميكي انجام مي‌شود. نتايج نشان مي‌دهند كه اين روش مي‌تواند منجر به كاهش بارهاي وارده بر پيكره برج به ميزان 31% شود كه اين مقدار كاهش بسيار براي مهندسان و طراحان ساختمان‌هاي مرتفع جالب توجه خواهد بود.

In this research, a new numerical approach which is capable of modifying the shape of three dimensional massive bodies like tall buildings respect to aerodynamic loads is presented therefore, the aerodynamic forces are improved consequently, the comfortability of the buildings is increased. This method is drawn into 2 parts a numerical simulation of fluid flow and Adjoint method. As a result of it, some modifications are performed in the different parts of the building. In the primarily step, the building shape and its setting position are investigated in different flow conditions as effective parameters on the aerodynamic of buildings. Subsequently, the sensitivity level of each variable is studied on aerodynamic loads. The results illustrate that the building pattern has the highest impressments (76%) on the excited forces. In the next step, the amount of sensitivity of the fluid flow on the various areas of the tower is assessed by solving Adjoint equation in the whole fluid domain. As a result of that, some aerodynamic modifications are performed and it has been proved that the imposed loads on the tower have been declined around 31% whereas this amount of improvement is interested for designing of tall buildings.