การศึกษาแรงลมของโครงการสุขุมวิท 24 โดยการทดสอบในอุโมงค์ลม – การทดสอบเพิ่มเติม

Abstract

This report presents final results for effects of architectural fin on pressure measurement study for cladding design of tower 1B by wind tunnel test. The Sukhumvit 24 project comprises two phase (five towers with different heights).The project is developed on between Soi Sukhumvit 22 and 24 Roads. Phase 1 consists of two high-rise towers and phase 2 consists of three high-rise towers. Tower 1B in phase 1 is of approximately flat rectangular which has 51 stories and 186.7 m high. Tower 2B in phase 2 has 51 stories. This building has the following special characteristics: a) the very flexible and high-rise buildings with the aspect ratio of height / depth (or width) of about 12.1; these ratio exceed the limitation of the wind load specification for building design, b) the irregular geometry of the floor area, 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.Therefore, the objectives of wind load study for the studied building by wind tunnel test are as follows. a) Overall wind load and response studies by force balance technique for main wind-load resistant systems of the studied buildings (towers 1B and 2B).b) Pressure measurement study by rigid model for cladding design of the studied buildings (towers 1B and 2B).The specific objective of this study was to investigate effect of aerodynamic modification by the architectural fins on pressure of tower 1B. Two configuration of the wind tunnel model were tested. Large scaled 1:100 model of study building without architectural fin attached on walls of building, and large scaled 1:100 model of study building with architectural fin attached on north and east wall of building. Wind Tunnel Test Procedure The studied building was specially constructed by an acrylic rigid model. The 1:100 scale models was constructed for 11 stories to represent the studied building, and it was 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 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 1:100 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 Central Bangkok with heavy concentrations of tall buildings and at least 50 % of the buildings exceeding 4 stories, the exposure C (center of large cities) 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 30.54 m/s at the 186.7 m equivalent height in the exposure C. Predicted 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 without and with architectural fins are presented graphically in Figs. 4.1 to 4.4 of chapter 4, respectively, and shown in executive summary for convenient as Figs 1 to 4. The comparisons of wind tunnel results of the large scaled building between without and with architectural fins can be summarized as follows. 1) The local peak maximum pressures obtained from wind tunnel test were not significantly changed in general with the presence of architectural fins.2) The local peak minimum pressures (suctions) in most of measurement points were reduced about 5 – 12 % with the presence of architectural fins.3) The large scaled building with balcony model results in 7 – 15 % reducing in the local peak minimum pressures (suctions) but no significant change in the local peak maximum pressures.

รายงานฉบับนี้เป็นรายงานฉบับสุดท้ายเรื่อง การศึกษาแรงลมของโครงการสุขุมวิท 24 โดยการทดสอบในอุโมงค์ลม: ผลของส่วนตกแต่งครีบต่อหน่วยแรงลมของอาคาร 1B อาคาร 1B โครงการสุขุมวิท 24 ที่ศึกษาเป็นอาคารที่พักอาศัย สูง 186.7 ม. 51 ชั้น อาคารที่ศึกษาต้องมีการทดสอบต้านทานแรงลม เนื่องจากมีลักษณะดังนี้ 1) อาคารที่มีความสูงและอ่อนตัวมาก ซึ่งวัดจากความสูงต่อด้านแคบสุดของอาคารมีค่า 12.1 2) อาคารที่มีรูปทรงไม่สม่ำเสมอ ไม่เป็นสี่เหลี่ยม และ 3) สภาพแวดล้อมของอาคารที่ตั้งอยู่ในที่มีอาคารสูงหนาแน่น ลักษณะดังกล่าวข้างต้น ทำให้หน่วยแรงลมที่เกิดขึ้นจริงจะแตกต่างจากการคำนวณโดยใช้มาตรฐานการคำนวณ ดังนั้นการศึกษาแรงลมโดยการทดสอบในอุโมงค์ จึงมีความจำเป็นเพื่อให้ได้อาคารที่แข็งแรง ปลอดภัย และประหยัด เนื่องจากการทดสอบจะได้แรงลมที่กระทำกับรูปทรงอาคารจริงได้อย่างถูกต้อง ภายใต้สภาพแวดล้อมของอาคารจริง รวมถึงการคำนวณการสั่นไหวของอาคารภายใต้แรงลมได้อย่างถูกต้อง เพื่อไม่ให้ผู้ใช้อาคารรู้สึกไม่สบายหรือเกิดอาการวิงเวียน วัตถุประสงค์ของการศึกษาแรงลมของโครงการสุขุมวิท 24 โดยการทดสอบในอุโมงค์ลม มีดังนี้ 1) การศึกษาแรงลมโดยรวมและการตอบสนองของอาคาร ด้วยวิธีการวัดแรงลมที่ฐานอาคารในอุโมงค์ลม เพื่อนำแรงลมไปออกแบบโครงสร้างหลักต้านทานแรงลม และคำนวณอัตราเร่งสูงสุดที่ยอดอาคารภายใต้แรงลม 2) ศึกษาแรงลมเฉพาะที่สำหรับออกแบบผนังภายนอกอาคาร ด้วยวิธีวัดหน่วยแรงลมของแบบจำลองในอุโมงค์ลม เพื่อนำหน่วยแรงลมไปออกแบบกระจกรอบอาคารตามหน่วยแรงลมที่เกิดขึ้นจริง ซึ่งทำให้ปลอดภัย และประหยัด กล่าวคือบริเวณที่มีหน่วยแรงลมมากก็เสริมกระจกให้มีความหนามากขึ้น ส่วนบริเวณที่มีหน่วยแรงลมน้อยก็ใช้กระจกที่บางลงได้ วัตถุประสงค์เฉพาะของการศึกษานี้คือศึกษาผลของส่วนตกแต่งครีบต่อหน่วยแรงลมของอาคาร 1B แบบจำลองขนาดใหญ่ในอัตราการย่อส่วน 1 ต่อ 100 มี 2 แบบ คือ แบบไม่มีส่วนตกแต่งครีบรอบผนังภายนอก และแบบมีส่วนตกแต่งครีบรอบผนังภายนอกในทิศเหนือและทิศตะวันออก วิธีการทดสอบในอุโมงค์การทดสอบอาคารสูงทำโดย การสร้างแบบจำลองอาคารที่ทดสอบให้เหมือนจริง ในอัตราการย่อส่วน 1 ต่อ 100 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 ความเร็วลมอ้างอิงสำหรับอาคารที่ศึกษาคือ ค่าความเร็วลมเฉลี่ยในช่วงเวลา 1 ชั่วโมง ที่ความสูง 10 เมตรจากพื้นดิน ในสภาพภูมิประเทศโล่ง สำหรับคาบเวลากลับ 50 ปี มีค่าเท่ากับ 25 เมตรต่อวินาที และค่าประกอบไต้ฝุ่นมีค่าเท่ากับ 1.0 ดังนั้นความเร็วลมอ้างอิงที่ยอดอาคารสูง 186.7 ม. มีค่าเท่ากับ 30.54 เมตรต่อวินาที ผลการศึกษาแรงลมเฉพาะที่สำหรับออกแบบผนังภายนอกอาคาร ของแบบจำลองที่ไม่มีส่วนตกแต่งครีบรอบผนังภายนอก และแบบจำลองที่มีส่วนตกแต่งครีบรอบผนังภายนอก พบว่า 1. หน่วยแรงดันสูงสุดที่ได้จากผลการทดสอบโดยทั่วไป ไม่มีความแตกต่างที่สำคัญระหว่างแบบจำลองที่ไม่มี และมีส่วนตกแต่งครีบรอบผนังภายนอก 2. หน่วยแรงดูดสูงสุดที่ได้จากผลการทดสอบแบบจำลองที่มีส่วนตกแต่งครีบรอบผนังภายนอก จะมีค่าลดลงประมาณ 5 – 12 % เมื่อเทียบกับแบบจำลองที่ไม่มีส่วนตกแต่งครีบรอบผนังภายนอก 3. หน่วยแรงดูดสูงสุดที่ได้จากผลการทดสอบแบบจำลองที่มีระเบียบอาคาร จะมีค่าลดลงประมาณ 7–15 % เมื่อเทียบกับแบบจำลองที่ไม่มีระเบียบอาคาร แต่หน่วยแรงดันสูงสุดได้จากผลการทดสอบไม่มีความแตกต่างที่สำคัญระหว่างแบบจำลองที่ไม่มี และมีระเบียบอาคาร