Wind Load Study for Sukhumvit 24 Project by Wind Tunnel Test

Abstract

This report presents final results for pressure measurement study for cladding design of Tower E Building by wind tunnel test. Sukhumvit 24 project comprises two phase. Phase 1 consists of two high-rise towers and phase 2 consists of three high-rise towers. The project is developed on between sukhumvit 22 and 24 Road. The tower E is in phase 2 of the Sukumvit 24 project. This building consists of 50-story building with 183 m height of top tower, 14.77 m width, and 43.36 m depth. This building has the following special characteristics: a) the irregular geometry of the building shape, b) close spacing of many high-rise buildings, and c) close spacing of many high-rise buildings. These special characteristics result in pressure distributions significantly different from those specified in the building codes. Accordingly, the wind-tunnel tests are essential to achieve structural designs that are not overly costly and for which the risk of wind damage is realized at the lever chosen for the design. All wind-tunnel wind simulation and testing are in conformance with provision of ASCE Manual and Reports on Engineering Practice No. 67, ”Wind Tunnel Studies of Buildings and Structures” and the requirement of the Department of Public Works and Town & Country Planning, Thailand - Standard No. 1311-50, “Wind Loading Calculation and Response of Buildings“. Wind Tunnel Test Procedure The studied building was specially constructed by an acrylic rigid model. The 1:400 scale models of studied building and its surrounding buildings within 400 m radius from the studied building were mounted on a 2-m diameter turntable, allowing any wind direction to be simulated by rotating the model to the appropriate angle in the wind tunnel. The studied building model and its surroundings were tested in a boundary layer wind tunnel where the mean wind velocity profile, turbulence intensity profile, and turbulence spectrum density function of the winds approaching the study site are simulated for urban exposure based on the ASCE7 Standard and ASCE Manual and Reports on Engineering Practice No. 67. In this study, the wind load for cladding design obtained from a wind tunnel test were measured on a direction-by-direction basis for 36 directions at 10-degree intervals, on the 1:400 scale model of the building exposed to an approaching wind. According to the DPT Standard 1311-50 [DPT 2007], the reference velocity pressure, q, for the design of main structure and cladding shall be based on a probability of being exceeded in any one year of 1 in 50 (50-year return period) corresponding to reference wind speed of 25 m/s at the height of 10 m in open terrain. Because the proposed building is located in the urban terrain, the exposure C was applied in this study, and the typhoon factor = 1.0. Then, design wind speed is = 1.0 * 25 = 25 m/s, and corresponding to design wind speed of 30.32 m/s at the 183 m equivalent roof height in the exposure C. Recommended Peak Maximum Pressures and Minimum Pressures (Suctions) for Cladding Design The results of predicted peak maximum pressures and peak minimum pressures (negative or suctions) in kPa (1 kPa = 1,000 N/m2) for studied building are presented graphically in Figs. E.1 and E.2 of Appendix E, respectively. In addition, the results of recommended peak maximum pressures and peak minimum pressures (negative or suctions) in kPa for cladding design of walls of studied building are presented graphically in Figs. 4.1 and 4.2 of chapter 4, respectively, and shown in executive summary for convenient as Figs 1 and 2. The recommended peak maximum pressures are generally in the range of 750 to 1,500 N/m2 (0.75 kPa to 1.50 kPa). The recommended peak minimum pressures (negative or suctions) are in the range of 1,000 to 2,000 N/m2 (1.00 kPa to 2.00 kPa) in most part of the tower and in the range of 2,000 to 3,000 N/m2 (2.00 kPa to 3.00 kPa) in some areas of edge zones of building walls. The largest peak maximum pressure and peak minimum pressures (negative or suctions) are 1,500 and 2,911 N/m2, respectively. It is found that the largest peak maximum pressure was observed at the pressure tap M33 at the level of 135.46 m and the largest minimum pressure (negative or suction) occurred at the pressure tap M21 at the level of 135.46 m. When comparisons of the wind tunnel test results with the ASCE7 standard, it was found that:1) The local peak maximum pressures in most parts obtained from wind tunnel test agree well in general with those based on the ASCE7. 2) The local peak minimum pressures (suctions) in the longer side (side 1 and 3) of building wall obtained from wind tunnel test agree fairly in general with those based on the ASCE7 standard. 3) The local peak minimum pressures (suctions) in in narrow side (side2 and 4) obtained from wind tunnel test are slightly to moderately higher than those based on the ASCE7 standard. These high peak minimum pressures (suctions) are induced by the interference effects of surrounding buildings. Therefore, wind tunnel test of studied building is essential to achieve the building safety and reduction in the risk of wind damage.

รายงานฉบับนี้เป็นรายงานฉบับสุดท้ายเรื่อง การศึกษาแรงลมของโครงการอาคารสุขุมวิท 24 โดยการทดสอบในอุโมงค์ลม: การวัดหน่วยแรงลม วัตถุประสงค์ของการศึกษาแรงลมของโครงการอาคารสุขุมวิท 24 โดยการทดสอบในอุโมงค์ลม มีดังนี้ 1) การศึกษาแรงลมโดยรวมและการตอบสนองของอาคาร ด้วยวิธีการวัดแรงลมที่ฐานอาคารในอุโมงค์ลม เพื่อนำแรงลมไปออกแบบโครงสร้างหลักต้านทานแรงลม และคำนวณอัตราเร่งสูงสุดที่ยอดอาคารภายใต้แรงลม 2) ศึกษาแรงลมเฉพาะที่สำหรับออกแบบผนังภายนอกอาคาร ด้วยวิธีวัดหน่วยแรงลมของแบบจำลองในอุโมงค์ลม เพื่อนำหน่วยแรงลมไปออกแบบกระจกรอบอาคารตามหน่วยแรงลมที่เกิดขึ้นจริง ซึ่งทำให้ปลอดภัย และประหยัด กล่าวคือบริเวณที่มีหน่วยแรงลมมากก็เสริมกระจกให้มีความหนามากขึ้น ส่วนบริเวณที่มีหน่วยแรงลมน้อยก็ใช้กระจกที่บางลงได้ อาคารกรุงศรี เพลินจิต ที่ศึกษาเป็นอาคารสูง 50 ชั้น สูงเทียบเท่า 183 ม. กว้าง 14.77 ม. ลึก 43.36 ม. อาคารตั้งอยู่บนถนนสุขุมวิท 24 อาคารที่ศึกษาต้องมีการทดสอบต้านทานแรงลม เนื่องจากมีลักษณะดังนี้ 1) อาคารที่มีความสูงและอ่อนตัวมาก 2) อาคารที่มีรูปทรงไม่สม่ำเสมอ ไม่เป็นสี่เหลี่ยม และ 3) สภาพแวดล้อมของอาคารที่ตั้งอยู่ในที่มีอาคารสูงหนาแน่น ลักษณะดังกล่าวข้างต้น ทำให้หน่วยแรงลมที่เกิดขึ้นจริงจะแตกต่างจากการคำนวณโดยใช้มาตรฐานการคำนวณ ดังนั้นการศึกษาแรงลมโดยการทดสอบในอุโมงค์ จึงมีความจำเป็นเพื่อให้ได้อาคารที่แข็งแรง ปลอดภัย และประหยัด เนื่องจากการทดสอบจะได้แรงลมที่กระทำกับรูปทรงอาคารจริงได้อย่างถูกต้อง ภายใต้สภาพแวดล้อมของอาคารจริง รวมถึงการคำนวณการสั่นไหวของอาคารภายใต้แรงลมได้อย่างถูกต้อง เพื่อไม่ให้ผู้ใช้อาคารรู้สึกไม่สบายหรือเกิดอาการวิงเวียน วิธีการทดสอบในอุโมงค์ การทดสอบอาคารสูงทำโดย การสร้างแบบจำลองอาคารที่ทดสอบให้เหมือนจริง และสร้างแบบจำลองสภาพแวดล้อมอาคารที่เหมือนจริงในรัศมี 400 ม. ในอัตราการย่อส่วน 1 ต่อ 400 แล้วนำแบบจำลองมาวางบนพื้นโต๊ะหมุนในอุโมงค์ลม ที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 2 ม. พื้นโต๊ะหมุนนี้สามารถหมุนได้ 360 องศา หลังจากนั้นเปิดลมแล้ววัดแรงลมที่กระทำกับอาคารโดยรวมที่ฐานอาคาร หรือวัดหน่วยแรงลมเฉพาะที่ที่ผนังอาคาร การทดสอบจะทำการหมุนพื้นโต๊ะหมุนครั้งละ 10 องศา เพื่อศึกษาแรงลมที่กระทำกับอาคารทุกทิศทาง การจำลองลักษณะลมในอุโมงค์ลม ให้เหมือนลักษณะลมในสภาพภูมิประเทศจริง ต้องจำลองลักษณะลมดังนี้ 1. ลักษณะความเร็วลมเฉลี่ยที่แปรเปลี่ยนตามความสูงจากพื้นดิน 2. ลักษณะลมที่แปรปรวน (หรือผันผวน) ในรูปของความเข้มข้นของความแปรปรวน ที่แปรเปลี่ยนตามความสูงจากพื้นดิน และ 3. ค่าสเปกตรัมลมที่แปรปรวน การจำลองลักษณะลมได้อ้างอิงตามมาตรฐาน ASCE 7 ของประเทศสหรัฐอเมริกา ตามมาตรฐานการคำนวณแรงลมและการตอบสนองของอาคาร ของกรมโยธาธิการและผังเมือง มยผ. 1311-50 ความเร็วลมอ้างอิงสำหรับอาคารที่ศึกษา คือค่าความเร็วลมเฉลี่ยในช่วงเวลา 1 ชั่วโมง ที่ความสูง 10 เมตรจากพื้นดิน ในสภาพภูมิประเทศโล่ง สำหรับคาบเวลากลับ 50 ปี มีค่าเท่ากับ 25 เมตรต่อวินาที และค่าประกอบไต้ฝุ่นมีค่าเท่ากับ 1.0 ดังนั้นความเร็วลมอ้างอิงที่ยอดอาคารสูงเทียบเท่า 183 ม. มีค่าเท่ากับ 30.32 เมตรต่อวินาที ในสภาพภูมิประเทศแบบเมืองใหญ่ ผลการศึกษาแรงลมเฉพาะที่สำหรับออกแบบผนังภายนอกอาคาร พบว่าหน่วยแรงดันสูงสุดโดยทั่วไปอยู่ในช่วง 750 to 1,500 N/m2 (0.75 kPa to 1.50 kPa) หน่วยแรงดูดสูงสุดโดยทั่วไปอยู่ในช่วง 1,000 to 2,000 N/m2 (1.00 kPa to 2.00 kPa) และบริเวณขอบผนังอยู่ในช่วง 2,000 to 3,000 N/m2 (2.00 kPa to 3.00 kPa) นอกจากนี้พบว่าหน่วยแรงดันสูงสุดของอาคารเท่ากับ 1,500 N/m2 ที่ตำแหน่งจุดวัด M33 ที่ความสูง 135.46 ม. และหน่วยแรงดูดสูงสุดของอาคารเท่ากับ 2,911 N/m2 ที่ตำแหน่งจุดวัด M21 ที่ความสูง 135.46 ม. เมื่อเปรียบเทียบหน่วยแรงลมที่ได้จากผลการทดสอบกับมาตรฐาน ASCE 7 พบว่า 1. หน่วยแรงดันสูงสุดที่ได้จากผลการทดสอบโดยทั่วไป มีค่าสอดคล้องมากเมื่อเทียบกับค่าที่ได้จากมาตรฐาน ASCE 7 2. หน่วยแรงดูดสูงสุดที่ได้จากผลการทดสอบโดยทั่วไป มีค่าสอดคล้องพอสมควร เมื่อเทียบกับค่าที่ได้จากมาตรฐาน ASCE 7 หน่วยแรงดูดสูงสุดที่ได้จากผลการทดสอบ บางตำแหน่งของผนังรอบอาคาร มีค่ามากกว่าเล็กน้อยถึงปานกลาง เมื่อเทียบกับมาตรฐาน ASCE 7 ค่าดังกล่าวเกิดจากผลกระทบของอาคารข้างเคียง ดังนั้นการศึกษาแรงลมของอาคารโครงการโดยการทดสอบในอุโมงค์ จึงมีความจำเป็น เพื่อให้ได้อาคารที่แข็งแรง ปลอดภัย ประหยัด และลดโอกาสที่จะเกิดความเสียหายจากผลของแรงลม