屋上広告板のピーク風力に与える建築物の影響
Influences of building on the peak wind force coefficients for signboards installed on the rooftop of buildings
〇益山 由佳１） 植松 康２） 中村 修３）
Yuka MASUYAMA1) Yasushi UEMATSU2) Osamu NAKAMURA3) １．はじめに 屋上広告板は適切な耐風設計がなされていない場合 が多いことを背景に，その強風被害の減少を目的とし て，筆者らはこれまで屋上広告板に作用するピーク風 力係数について検討を行ってきた。文献1 では広告板 端部で大きなピーク風力が発生することを示し，文献 2 では建築物の形状と建築物隅角部と広告板の位置関 係が広告板端部の正のピーク風力(外側から押す力，図 1)に大きな影響を与えることを示した。一方で，地上 に自立する平板に作用する風力についてはいくつか既 往の研究例えば3)があり，これらは平板の幅b と高さ h の 比（b/h）が平板に作用する風力に影響を与えることを 示している。しかし筆者らの研究1）では屋上広告板の b/h とピーク風力の関係は明確ではなかった。 本報では，広告板端部の正のピーク風力に対する建 築物の影響をより明確にすることを目的とし，広告板 単体の状況を対象に実験を行い，建築物屋上に設置さ れる広告板の結果と比較し，建築物の影響を検討する。 ２．風洞実験概要 対象建築物を図1 に，広告板の形状を表 1 に示す。 模型の縮尺は1/100，実験気流は建築物荷重指針・同解 説の定める地表面粗度区分Ⅲ相当の境界層乱流である （図2）。建築物軒高さに相当する高さ 300mm におけ る風速は約10m/s とした。実験風向は図 1 に示すよう に，広告板の面に正対する方向を0°とし，0°～360° の範囲を10°間隔で変化させた。 図3 に広告板の設置状況を示す。図 3(c)は，図 3(a)お よび(b)の屋上広告板に作用する接近流と乱れの強さの 条件を合わせた実験を行うことを意図したものである。 すなわち，建築物模型と同じ高さ 300mm にφ900mm の円盤を設置し，その中心付近に広告板を設置した。 この場合の広告板頂部における乱れ強さは，図2 に示 すように円盤がない場合に対して約1%大きい。 ３．ピーク風力係数 広告板に作用する表裏の外圧係数および広告板の風 力係数は，広告板頂部高さにおける平均速度圧で基準 化し算定した。平均化時間は実時間で0.13 秒2)とし， 実時間10 分間を 10 波計測した。ピーク値は 10 個のデ ータのアンサンブル平均により評価した。
Table 1 Size of signboard models. 広告板の高さh 30mm，80mm 広告板の幅b 100mm，200mm
Figure 1 Experiment
model. Figure 2 Experimental flow conditions. ４．実験結果 ４．１ 正のピーク風力係数分布 図4 に全風向中最大ピーク風力係数分布の一例を示 す。屋上中央設置の広告板は，文献1 に示したとおり， 広告板端部で大きな風力が作用している(図 4(a))。円 盤上設置の広告板の場合も，広告板端部で大きな風力 が作用しており(図4(b))，以下，大きな風力が作用する 部位の代表として広告板上段端部の測定点に着目する。 ４．２ 正のピーク風力係数発生風向角 図5 に着目した測定点における風力係数の風向変化 を示す。全風向中最大のピーク風力が発生する風向角 は，図5(a)～(c)より，広告板の屋上における設置位置に よらず，面に対して50°～60°である。さらに，図 5(c) より，円盤上設置の広告板でも同様の風向角で全風向 中最大のピーク風力が発生する。ただし，屋上設置の 場合は屋上に向かって吹き上げる風の流れがあるため， 広告板まわりの3次元的な流れは異なると考えられる。 ４．３ 広告板アスペクト比とピーク風力係数の関係 文献3 を参考に，広告板の b/h と全風向中最大のピー ク風力の関係を図6 に示す。参考までに，文献 3 の結 果も同図に併記している。全体的な傾向として，b/h の 増加に従いピーク風力係数が大きくなる点では，文献 １） 風工学研究所 研究員
Researcher , Wind Engineering Institute Co., Ltd.
２） 東北大学 教授
Professor , Tohoku University
３） 風工学研究所 会長
Chairman, Wind Engineering Institute Co., Ltd
h b θ° 0° 300mm 300mm 200mm positive 100 1000 0.1 1 H ei gh t[ m m ] Iu(without plate) Iu(with plate) AIJ Ⅲ U(without plate) U(with plate) Top of signboard
3 の結果と同様である。ただし値に大きな差が見られる のは，文献3 での平均化時間が 1 秒（模型縮尺 1/75， 地上設置型の平板）であるのに対し，本報では0.13 秒 であるためと考えられる。形状別に見ると，円盤上設 置は文献3 の 0.5<b/h<3 の範囲において明確な増加傾 向を示すが，3<b/h の範囲では緩やかな増加となる。ま た，屋上設置の場合の図6(b1)および(b2)では、b/h に対 して複雑な変化を示している。これは，広告板のピー ク風力に対する建築物の影響が無視できないことを示 唆している。 ５．まとめ 広告板端部の正のピーク風力に対する建築物の影響 を明確にするため，円盤上設置のケースの実験を行っ た。円盤上設置の実験結果は，文献3 と類似傾向を示 すものの，屋上設置のケースは b/h に対して複雑な変 化を示した。これは建築物の影響といえる。 参考文献 １） 益山ら, 屋上広告板に作用する風力特性および外 装材用設計風力係数の提案, 日本風工学会論文集、 第41 巻 1 号, 平成 28 年 1 月, pp.12-23 ２）益山ら, L 型屋上広告板端部に作用する正のピーク 風力発生メカニズムの検討, 第 25 回風工学シンポ ジウム, 2018, pp.277-282
３）C. W. Letchford et al., Wind loads on free-standing walls in turbulent boundary layers, Journal of wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 1994, pp.1-27
(a) Rooftop signboard,
location of center (b) Rooftop signboard, location of corner
(c) Signboard on the plate
Figure 3 Location of signboards.
(a) Rooftop signboard
location of center (b) Signboard on the plate Figure 4 Distribution of the most critical positive wind
force coefficients irrespective of wind angle.
(a) Rooftop signboard location of center
(b1) Rooftop signboard location of corner (right side point)
(b2) Rooftop signboard location of corner (left side point)
(c) Signboard on the plate
Figre 5 Variation of wind force coefficients with wind angle.
Figure 6 Relationship between the maximum peak wind force coefficient of signboard and b/h
6.5 6.5 6 5 5.5 4.5 7 6.5 7.5 6 5 4 5.5 5.5 4.5 7 -10 -5 0 5 10 0 60 120 180 240 300 360 C f deg[°] max min mean 50° -10 -5 0 5 10 0 60 120 180 240 300 360 C f deg[°] 60° max min mean -10 -5 0 5 10 0 60 120 180 240 300 360 C f deg[°] max min mean 60° -10 -5 0 5 10 0 60 120 180 240 300 360 C f deg[°] max min mean 60° 2 0.5 5 3 4 5 6 7 8 M ax im um pe ak w in d fo rc e co ef fi ci en t b/h (b1) (b2) (a) (c) b/h=1.3 b/h=2.3 b/h=6.7 b/h=3.3 C.W. Letchford et al.
