東急建設技術研究所報 No. 44

U.D.C 699.83

屋上目隠し壁風上側の剥離流の性状と風圧分布の関係
胡要

約：家龍 ＊

栗田剛＊

本田宏武 ＊

近年，流体の流速分布を調べるため，流れを可視化して，流れ場の瞬時の流速情報を抽出する計測手法である
PIV（Particle Image Velocimetry）が広く使われている。筆者らはこれまでに，高さ 45 m の建物の屋上に設置した目隠し壁を対象として，目隠し壁の高さ・建物端部からの離隔距離が変化した場合や塔屋の規模・位置が異なる場合のピーク風力係数を検討した。離隔を有する目隠し壁の中央部における最大ピーク風力係数は，目隠し壁の離隔距離によって高さ方向の分布が異なる知見を得た。その原因は，屋根面風上端からの剥離流の影響と考えている。
本研究では，屋根面風上端の剥離流の性状を把握し，剥離流が目隠し壁に作用する際に風圧力の高さ方向の分布に及ぼす影響を明らかにすることを目的として，一様流と勾配流における PIV 測定を行い，剥離流の性状と風圧分布との関係を検討した。
検討の結果，離隔を有する目隠し壁風上端からの剥離流により生じる渦の大きさは離隔距離に比例し，最大ピーク風力係数は剥離流の付着点付近で大きな値を示す傾向があることが得られた。

キーワード：

PIV，目隠し壁，風洞実験，建物近傍気流，離隔距離，ピーク風力係数

目1．はじめに

4．剥離流と風圧分布との関係

2．実験および解析概要

5．まとめ

次：

3．解析結果1．はじめに筆者らは，これまでに高さ 45 m の建物の屋上に設置した目隠し壁を対象として風洞実験を行い，目隠し壁の高さ・建物端部からの離隔距離が変化した場合や塔屋の規模・位置が異なる場合のピーク風力係数について検討した 1)。離隔を有する目隠し壁の最大ピーク風力係数について，目隠し壁が高いケースの中段と低いケースの上段では，離隔距離が大きくなるほど，やや大きい値を示す傾向が見られた。これは屋根面風上端からの剥離流の影響によるものと考えられた。これらの影響を明らかにするためには，目隠し壁近傍の流れ場の性状を詳細に把握する必要がある。
従来，剥離流の性状を明らかにする手法としては，スプリットファイバープローブ等のベクトル成分を測定できる熱線流速計もしくは，レーザードップラー流速計（LDV）が用いられてきたが，いずれの手法も点計測であり，剥離流を面的に計測するのは難しい。近年，高速度カメラで撮影した粒子画像解析を用いて，流れ場の瞬時の流速情報を抽出する計測手法である PIV（Particle Image Velocime図1try）が普及してきた。建築分野では，セットバック建物実験模型および実験ケースの局部風圧の性状 2) や，建物屋上に設置する設備機器 3) の気流場の性状を分析する事例がみられる。

した。測定の気流場は，流体現象を考察するための一様流

本 報 で は，屋 上 目 隠 し 壁 を 有 す る 建 物 を 対 象 と し たと風圧実験の条件を再現するための勾配流の 2 種類としPIV 測定を行い，目隠し壁近傍の流れ場を明らかにし，目隠し壁風上側の剥離流の性状と風圧分布との関係を検討＊技術研究所

温熱・風グループ

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た。

東急建設技術研究所報 No. 44

図2

図3

測定状況

表2

撮影条件

実験する勾配流の気流性状

2．実験および解析概要
2.1

実験模型

模型の概略を図 1 に示す。模型の縮尺は 1/100 とした。
建物は幅 150 mm，奥行 150 mm，高さ 450 mm の正方形角柱模型を使用し，模型上部に目隠し壁を設置した。実験
ケースは，目隠し壁の建物端部からの離隔距離を 0 mm（x=0, 0）， 10 mm （x=B/15, 10）， 25 mm （x=B/6, 25）の 3 種類，目隠し壁の高さを 30 mm（h=H/15, L）と 50mm（h=H/9, H）の 2 種類の計 6 ケースとした。
2.2

実験気流

一様流の風速は 2.5 m/s，乱れは 1% 以下，建物風上側の風速の鉛直分布はほぼ一様である。
勾配流は，風圧実験と同様に，建築物荷重指針 4)に示されている地表面粗度区分 III を目標に作成した。図 2 に平図4

均風速の鉛直分布，乱れの強さの鉛直分布を示す。
2.3

PIV 実験で撮影した写真（一様流，ケース 25H）

PIV 撮影及び解析条件

撮影および解析条件は，PIV ハンドブック 5)を参照して表3

写真プロパティと解析条件設定した。
2.3.1

撮影条件

測定状況を図 3 に，撮影条件を表 2 に示す。追跡粒子の発生装置は模型の風上側に設置し，気流に及ぼす影響を少なくするため櫛形の噴出口を使用した。撮影面は，レーザーシートを風洞の天井から模型中心線に向けて鉛直方向に投影して作成した。解析画像は，測定洞の外から High
Speed Camera により 0.5 μs の間隔で 4 秒間撮影した。1回の撮影は 8000 枚の粒子画像を取得した。画像の解像度は 1280 ピクセル×800 ピクセル，輝度は 12 bit のグレースケールとした。図 4 に本実験にて撮影した写真を示す。
2.3.2

解析条件

解析は Dantec 社の Dynamic Studio を使用し，2 枚の画像を用いた FFT 相互相関法で粒子の移動量を計算した。

一である。検査領域と探査領域のサイズは 16 ピクセル×渦度 ω は断面上渦の回転の強さを表す微分量であり，解16 ピクセル，隣接領域とのオーバーラップは水平方向と析した風速ベクトルを用いて次の式により算出する。

鉛直方向とも 75% とした。解析結果のベクトル図から，∂U∂V−ω =∂
∂

長さまたは方向が周りのベクトルと全く関連性がない誤ベ渦度の計算式より，正の値はその領域に反時計回りの渦均値から補間した。

クトルの除去を行い，除去した部分は周囲のベクトルの平の存在を示し，負の値は時計回りの渦を示す。
解析条件を表 3 に示す。一様流と勾配流の解析条件は同90

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図5図6

一様流の断面瞬間風速ベクトル

一様流の断面瞬間渦度

3．解析結果3.1

一様流における目隠し壁近傍の流れ場の特性

目隠し壁近傍の瞬間風速ベクトルを図 5 に示す。建物端部からの離隔が無い 0 H では，目隠し壁外側の気流は壁に沿って上方に流れ，壁の内側では渦が出来ている様子が確認できた。建物端部と目隠し壁との離隔がある場合では，屋根面風上端で剥離した流れが目隠し壁に付着し，付着点から上下に流れが分離した。下方への流れは屋根面に渦を形成し，上方への流れは壁に沿って上方へ流れていく。付着点の高さは，建物端部からの離隔距離とほぼ同じであり，渦の大きさは，離隔距離の大きい 25 H，25 L のほうが 10 H，10 L よりも大きかった。
断面の瞬間渦度を図 6 に示す。離隔の無い 0 H では目隠し壁外側に渦が見られなかった。離隔のあるケースでは，目隠し壁外側に時計回りの渦が見られ，特に，離隔距離の大きい 25 H，25 L では屋根面上で時計回りの渦の大きさ，強さともに大きくなっていることが確認できた。
3.2

勾配流における目隠し壁近傍の流れ場の特性

10 H，25 H，25 L の目隠し壁近傍の瞬間風速ベクトルを図 7 に示す。図には示していないが，離隔無しの場合，一様流と同様に気流は壁の上方に流れていくことが確認できた。離隔のあるケースでは，屋根からの剥離流は一様流の場合と同様に，離隔距離とほぼ同じ高さで壁に付着し，付着点上方への流れは変わらなかった。付着点下方への流図7

れが形成した渦の大きさは一様流より小さくなり，回転部

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勾配流の断面瞬間風速ベクトル

図8

勾配流の断面瞬間渦度

東急建設技術研究所報 No. 44の流速も低くなっていた。
断面の瞬間渦度を図 8 に示す。一様流に比べて，接近流に含まれる乱れが大きいため，屋根からの剥離流の渦度は相対的に小さい値を示したが，勾配流でも，一様流と同様の剥離流が確認できた。
4．剥離流と風圧分布との関係
図 9 に風圧実験 1)で得られた目隠し壁風上側中心線上の測定点の最大ピーク風力係数を示す。25 H の目隠し壁中段のピーク風力係数が，0 H，10 H に比べて大きな値を示
すのは，屋根面からの剥離流が付着する高さと一致するためと考えていた。25 H の風速ベクトル図を見ると，剥離図9流が目隠し壁中段付近に付着しており，この推察は妥当で風圧実験で得られた最大ピーク風力係数あると思われる。
25 L の上段の風力係数が大きな値を示しているのは，5．まとめ剥離流が付着せずに上部に流れていると考えていたが，25一様流及び勾配流中において建物端部からの離隔距離がL のベクトル図を見ると，剥離流が目隠し壁上段の測定点異なる屋上目隠し壁近傍の流れ場の性状を PIV により明付近に付着することが見られ，25 L 上段の風力係数が大らかにした。

きい値を示したのは 25 H と同様に，剥離流の付着による1)ものと考えられる。

一様流と勾配流では，接近流に含まれる乱れの大きさが異なるため，渦度の大きさは異なるが，同様の剥離また，25 H，25 L の目隠し壁下段のピーク風力係数が流の性状を確認できた。

小さくなる原因は屋根面上に形成される渦によるものと考

2)

えられる。

流れ場の解析結果から，離隔を有する目隠し壁の場
合，屋根面風上端から生じる渦の大きさは離隔距離に比例することが得られた。

3)

最大ピーク風力係数は剥離流付着点付近で大きな値を示す傾向があることを確認した。

参考文献
1) 本田宏武，栗田剛：屋上目隠し壁に作用するピーク風力係数に関する研究―その 2

目隠し壁の高さおよび塔屋の有無によるピーク風力係数の性状―，東急建設技術研究所所報，No. 43, pp. 57‑60, 20172) ファム バン フック，小野梓，野津剛，菊池浩利，日比一喜，田村幸雄：一様流のセットバック建物の局部風圧，日本建築学会学術講演梗概集，pp 219‑220, 20143) 藤原理紗，甲谷寿史，桃井良尚，山中俊夫，相良和伸：屋上設置物の配置計画のための屋上近傍気流場に関する研究（その 5）塔屋および目かくし壁が空調室外機周辺気流場に与える影響，日本建築学会近畿支部研究発表会，pp 253‑256, 20144) 日本建築学会：建築物荷重指針・同解説，2015
5) 可視化情報学会：PIV ハンドブック（第二版），森北出版，2018

THE CHARACTERISTICS AND INFLUENCES ON THE WIND PRESSURE DISTRIBUTION OF
SEPARATION FLOW ON THE WINDWARD OF A ROOFTOP SCREEN WALL
J. Hu, T. Kurita, H. Honda
The Particle Image Velocimetry（PIV）is widely used in acquiring instantaneous information of a flow field. Yet it has
been involved in analyzing the local wind pressure distributions of the building with a setback, and the flow field aroundrooftop equipments in architectural fields. The authors have conducted experiments with a 45m‑height building withvarious screen walls and penthouses atop it and founded that the vertical distribution of maximum peak wind force
coefficients in the central line of the rooftop screen wall differed when the separate distance of the screen wall changed.
In this report, the separate flow from the roof corner on the windward side was investigated, which was considered as
the reason to the different vertical distribution of maximum peak wind force coefficients. The PIV experiments werecarried out in both uniform flow and profile flow, the relationships between the characteristics of separation flow and thedistributions of wind pressure was discussed.

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