パイプハウスの耐風設計に使用する風力係数の設定

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要約

風洞実験によって求めたパイプハウスの風力係数を新たに設定することで、実際の現象に即した安全なパイプハウスの設計が可能になるとともに、妻面開口部がある場合の風力係数の設定は、合理的な補強対策に活用できる。

• キーワード:パイプハウス、風圧係数、風向、妻面開口部、風洞実験
• 担当:農工研・農村総合研究部・農業施設工学研究チーム
• 連絡先:電話029-838-7655
• 区分:農村工学
• 分類:技術及び行政 普及

背景・ねらい

生産施設であるパイプハウスは、作物栽培条件に適した採光性と建設費の抑制が求められるため、風荷重に対して脆弱な軽量構造物となっている。実際、台風等によってしばしば骨組が破壊されている。現行の園芸用施設安全構造基準では、一般建築物の風力係数C_f(温室外部の風圧係数C_peおよび内部の風圧係数C_piの差)を援用しているが、強風に対するパイプハウスの安全な設計のためには、風圧係数C_pを適切に設定する必要がある。また、被災時に妻面扉が破壊されることもあり、内圧も考慮した設計が必要である。
以上のような視点に基づき、妻面に開口部を有するパイプハウスのC_peおよびC_piを風洞実験によって求めるとともに、風向および妻面開口部がC_pに及ぼす影響を明らかにする。

成果の内容・特徴

• 風洞実験では自然界の風を正確に再現した境界層乱流(基準高さにおける風速U_Hは6.3m/s、U_Hに対応するレイノルズ数R_eは6.6×10⁴)を作成し、その中に現実のパイプハウスに該当するように桁行長さを間口の8.3倍にした縮尺1/20の模型を設置する。
• 風向θ=0°(桁行に直角方向の風向)の時、中央断面の風圧係数C_pは、風上側側面の中央高さで0.45である。風上側屋根面では軒の0から棟の-0.6まで負に漸増する。風下側屋根面および側面では、それぞれ-0.6および-0.54である(図1)。
• パイプハウスの風力係数C_fの分布は、両屋根型温室の基準値と比較的近い分布となるが、風上側屋根面ではパイプハウスの方が負圧が大きい(図2)。このことを考慮したC_pにより、安全性に優れた設計が可能になる。
• パイプハウスの浮き上がり被害に直結する負のC_pは、θ=250°の時の妻面近傍において最大値-3.46を示す(図3)。
• 妻面に開口部のある場合の内圧係数C_piはθ=0°で-0.9である(図4)。この値は、閉鎖された温室に関する現行の基準値-0.2よりもかなり大きい。この値で風力係数C_fを算出すると、風上側側面では1.35になるため、開口部を有するパイプハウスが倒壊する可能性は著しく増大する。
• 風上側妻面に開口部のある模型では、θ=90°の時のC_piは0.46である(図4)。大きなC_pe-0.9は、風上側妻面の近傍、特にその屋根面において発生する。正のC_piおよび負のC_peの組み合わせで求められる大きな負の風圧力は、風上側端面近傍の骨組に著しい引き抜き力を生じる。
  5.および 6.から、妻面開口部がある場合のC_piを考慮することで、現実に即したパイプハウスの補強対策が可能になる。

成果の活用面・留意点

パイプハウスのための風力係数C_fは、パイプハウスメーカー等による安全性に優れたパイプハウス設計のための重要な指針となる。

具体的データ

その他

• 研究課題名:農業施設の耐風構造と複合環境制御技術の開発
• 実施課題名:隣接する複数のパイプハウスが相互の風力係数に与える影響の解明
• 課題ID:213-h-00-001-00-I-07-2101
• 予算区分:交付金研究
• 研究期間:2006～2007年度
• 研究担当者:森山英樹、佐瀬勘紀、奥島里美、石井雅久
• 発表論文等:MORIYAMA et al. (2008) Wind Pressure Coefficient of a Pipe-Framed Greenhouse and Influence of the Side Gable Openings Using a Wind Tunnel, J. SASJ, 38(4): 237-248