風荷重

風荷重は、風によって構造に作用する力です。

これは、風速、高さ、およびオブジェクトの形状によって変化する圧力のタイプです。SimSolidでは、ユーザー定義のパラメータに基づいて風荷重を適用し、建物、標識、その他の構造物に対する風の影響をシミュレートすることができます。

風荷重の理論

構造解析では、風によって構造に作用する力を風荷重といいます。

風荷重は、地上からの高さや風速などの要因で左右されます。このような力が、構造や建築物の安定性と構造的完全性に大きく影響することがあります。SimSolidは、風速、空気の密度、方向性、摩擦抵抗、形状係数などの重要な要因を考慮することによって、構造に対する風荷重のモデリングで優れた能力を発揮します。SimSolidでは、このようなパラメータを取り入れることで、風に面したサーフェスに作用する圧力の評価を容易にして、構造たわみを正確に計算できるようにしています。

風荷重に対する重要な影響を検討するための指標が風プロファイルです。SimSolidでは、均等プロファイルと対数プロファイルの2種類をサポートしています。均等プロファイルと対数プロファイルの2種類をサポートしています。これらのプロファイルは、表面境界層の範囲で地上からの高さ（H）で見た風速の均等分布または対数変化を明らかにする数学モデルとして使用できます。

Figure 1.


対数風プロファイルでは、地上からの高さ（H）と風速（V）との関係を表す対数曲線上で補間点を以下の式で計算できます。
V ( z ) = u κ ln ( H + 1 ) MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaamOvaiaacI cacaWG6bGaaiykaiabg2da9maalaaabaGaamyDaaqaaGGaaiab=P7a RbaaciGGSbGaaiOBaiaacIcacaWGibGaey4kaSIaaGymaiaacMcaaa a@4294@
ここで、
u
せん断速度（デフォルト値は約0.5）
κ MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaaccaGae8NUdS gaaa@37AA@
Von-Karman定数（デフォルト値は約0.41）
H
風速測定位置の地上からの高さ
法線方向から風を受けるサーフェスに対する風圧を次の式で計算できます。
P w i n d = 1 2 ρ a i r V 2 C MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaamiuamaaBa aaleaacaWG3bGaamyAaiaad6gacaWGKbaabeaakiabg2da9maalaaa baGaaGymaaqaaiaaikdaaaGaeqyWdi3aaSbaaSqaaiaadggacaWGPb GaamOCaaqabaGccaWGwbWaaWbaaSqabeaacaaIYaaaaOGaam4qaaaa @44A8@
ここで、
P w i n d MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaamiuamaaBa aaleaacaWG3bGaamyAaiaad6gacaWGKbaabeaaaaa@3ABA@
風圧
ρ a i r MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaeqyWdi3aaS baaSqaaiaadggacaWGPbGaamOCaaqabaaaaa@3AAA@
空気の密度
V
風速
C
形状係数

風の方向と平行に置かれたサーフェスによる摩擦抵抗（ C f MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaam4qamaaBa aaleaacaWGMbaabeaaaaa@37D2@ ）を次の式で計算できます。

P w i n d = 1 2 ρ a i r C f V 2 C MathType@MTEF@5@5@+= feaahqart1ev3aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq=Jc9 vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0=yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr=x fr=xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaamiuamaaBa aaleaacaWG3bGaamyAaiaad6gacaWGKbaabeaakiabg2da9maalaaa baGaaGymaaqaaiaaikdaaaGaeqyWdi3aaSbaaSqaaiaadggacaWGPb GaamOCaaqabaGccaWGdbWaaSbaaSqaaiaadAgaaeqaaOGaamOvamaa CaaaleqabaGaaGOmaaaakiaadoeaaaa@4691@
摩擦抵抗係数のデフォルト値は0.01です。

Tip: シールドを有効にするシールドを有効にするチェックボックスは、コンポーネントを他のパートで遮られる風荷重から保護するための機能を提供します。シールドを有効にするをオフにすると、風荷重がすべてのコンポーネントに作用します。風力源に面したサーフェスがアセンブリの中で他のパートによって遮られているかどうかは無関係になります。

風プロファイルの作成

以下のいずれかの方法で風プロファイルを定義します。

風プロファイルは、構造物に風荷重を適用する際に不可欠な入力の1つです。SimSolidでは、いくつかの方法で風プロファイルを作成できます。
  1. プロジェクトツリーで、風荷重境界条件を適用する構造解析をクリックします。
  2. 解析ワークベンチで（風荷重）をクリックします。
  3. プロファイルの作成をクリックし、以下のいずれかの方法で風プロファイルを作成します。
    目的操作
    外部CSVからインポートする
    1. ダイアログでCSVのインポートをクリックします。
    2. 目的のファイルを参照して開くをクリックします。
    注: ファイルの内容は、ヘッダー行の後ろに2つ以上のデータ行が続きます。各行に2つから3つの値が含まれています。値はカンマで区切る必要があります。1つ目は速度、2つ目は地上からの高さです。
    速度
    地上からの高さ
    0
    0
    10
    4
    38
    9
    47
    13
    61
    18
    標準テンプレート関数から作成する
    1. ダイアログで標準をクリックします。
    2. 関数タイプドロップダウンで、必要なテンプレートを選択します。
    3. 均等の場合は、速度（V）と地上からの高さ（H）を指定してください。
    4. 対数の場合、せん断速度（u）、Von-Karman定数（k）、地面からの高さ（H）を定義します。
    5. OKをクリックします。
    手動で作成する
    1. ダイアログで行の追加をクリックします。新しい行がダイアログの表に表示されます。
    2. ポイント#、速度、または地上からの高さの下の行をクリックして、テキストボックスをアクティブにします。
    3. 必要な値を入力します。
  4. OKをクリックします。

風荷重の作成

構造解析では、風プロファイルに基づいて風荷重を適用します。

  1. プロジェクトツリーで、構造解析をクリックして解析ワークベンチを開き、構造 - 線形または構造 - 非線形を選択します。
  2. 解析ワークベンチで 圧力> 風荷重をクリックします。
    風荷重ダイアログが開きます。
  3. プロファイルの作成をクリックし、以下のいずれかの方法で風プロファイルを作成します。
    目的操作
    外部CSVからインポートする
    1. ダイアログでCSVのインポートをクリックします。
    2. 目的のファイルを参照して開くをクリックします。
    注: ファイルの内容は、ヘッダー行の後ろに2つ以上のデータ行が続きます。各行に2つから3つの値が含まれています。値はカンマで区切る必要があります。1つ目は速度、2つ目は地上からの高さです。
    速度
    地上からの高さ
    0
    0
    10
    4
    38
    9
    47
    13
    61
    18
    標準テンプレート関数から作成する
    1. ダイアログで標準をクリックします。
    2. 関数タイプドロップダウンで、必要なテンプレートを選択します。
    3. 均等の場合は、速度（V）と地上からの高さ（H）を指定してください。
    4. 対数の場合、せん断速度（u）、Von-Karman定数（k）、地面からの高さ（H）を定義します。
    5. OKをクリックします。
    手動で作成する
    1. ダイアログで行の追加をクリックします。新しい行がダイアログの表に表示されます。
    2. ポイント#、速度、または地上からの高さの下の行をクリックして、テキストボックスをアクティブにします。
    3. 必要な値を入力します。
  4. OKをクリックします。
  5. Groundタブをクリックして風荷重の原点を配置します。原点の座標を手動で入力できるほか、モデリングウィンドウで原点をドラッグして配置することもできます。
  6. オプション: それぞれのタブで、風の方向と高さ軸の定義します。
  7. オプション: 空気密度、摩擦係数、形状係数の値を入力します。
    これらのデフォルト値は、それぞれ1.2kg/m3、0.01、1です。
  8. オプション: パートを、他のパートで遮られる風荷重から保護するにはシールドを有効にするチェックボックスをオンにします。
    注: シールドを有効にするをオフにすると、風荷重がすべてのコンポーネントに作用します。風力源に面したサーフェスがアセンブリの中で他のパートによって遮られているかどうかは無関係になります。
  9. OKをクリックします。