1. 平 均 風 載 重
圖 6-7(a)~6-12(d)之(a)為高 寬 比 3 及 6 之 建 築 物在 不 同 地 況 下 之 各 樓 層 平 均 風 載 重。因 為 平 均 值 之 計 算 與 紊 流 強 度 之 選 取 無 關 , 因 此 present(1)與 present(2)有 相同 數 值 。由 於 本 文 推 導 公 式 選 取 與 風 洞 實 驗 相 同 之 風 力 係 數 , 二 者 分 析 結 果 相 當 接 近 , 代 表 該 推 導 之 形 式 能 充 分 反 應 平 均 風 載 重 之 真 實 狀 態 。
2. 擾 動 風 載 重 之 共 振 部 分
圖 6-7(a)~6-12(d)之(b)部分 為 擾 動 風 載重 之 共 振部 分 , 其 在 高 度 上 之 分 佈 方 式 是 假 設 依 據 慣 性 力 分 配,與 結 構 基 本 振 態 相 似 。 圖 中 顯 示 , 選 取 風 洞 實 驗 逼 近 流 場 紊 流 強 度 之 present(1) 與 風 洞 試 驗 結 果 相 當 接 近 , 在 A 地 況 稍 大 而 C 地 況 偏 小 ,僅 高 寬 比 6 之 建 築 物 在 地況 C 有 明 顯 偏低 之 狀 況;使 用 國 內 規範 流 場 紊 流 強 度 之 present(2)則 相 對 較 大, 尤 其 以高 寬 比 6 之 建 築 物 更 顯 著,僅 高 寬 比 3 之建 築 物 於 地 況 C 流 場 作 用 下,其 風 載 重 與 風 洞 試 驗 結 果 較 接 近。present(1) 與 present(2)之 計 算 過 程 僅 在 紊 流 強 度 上 之 選 取 有 所 差 別,根 據 目 前 國 內 規 範 定 義 之 紊 流 強 度 所 得 之 風 力 有 偏 大 的 傾 向,其 程 度 以 地 況 A 大 於 地 況 B 大 於 地 況 C, 且 隨 著 建 築 物 愈 高 而 愈 加 明 顯 。 至 於 是 否 代 表 規 範 中 之 紊 流 強 度 過 於 保 守 , 仍 有 待 實 場 監 測 數 據 證 實 。
3. 擾 動 風 載 重 之 背 景 部 分
圖 6-7(a)~6-12(d)之(c)為擾 動 風 載 重 之背 景 部 分。 與 共 振 部 份 之 說 明 相 同,present(1) 與 present(2)之 計 算 過程 僅 在 紊 流 強 度 之 選 取 上 有 所 差 別,因 此 二 者 與 風 洞 試 驗 結 果 相 比,其 趨 勢 與 共 振 部 份 之 情 形 是 一 致 的 。
4. 設 計 風 載 重
圖 6-7(a)~6-12(d)之(d)則是 合 併 前 述(a)~(c)部 份 分析 結 果 之 設 計 風 載 重,並 與 國 內 風 力 規 範 做 一 比 較,圖 中 細 實 線 即 為 風 力 規 範 之 計 算 結 果 。
此 處 present(1)與 present(2)是 平 均 值 與 擾 動 值 之合 , 因 此 與 風 洞 試 驗 結 果 之 比 較 趨 勢 不 變。亦 即,採 用 風 洞 試 驗 紊 流 強 度 之 本 文 推 導 公 式 present(1), 除 了 高 寬比 6 之 建 築物 在 地 況 C 之 設 計 風 載 重 明 顯 低 於 風 洞 試 驗 結 果 外,其 他 案 例 二 者 計 算 結 果 相 當 一 致,表 示 本 文 推 導 公 式 能 有 效 預 測 此 二 種 案 例 形 式 之 結 構 物 順 風 向 設 計 風 載 重 。
在 國 內 現 行 風 力 規 範 與 風 洞 實 驗 比 較 之 部 份 , 由 圖 可 發 現 : 低 樓 層 在 地 況 A 與 地 況 B 之 流 場 作 用下 , 二 種 分析 方 式 之 設 計 風 載 重 較 為 接 近,在 地 況 C 則 規 範計 算 結 果 明顯 大 於 風 洞 實 驗;高 樓 層 依 風 力 規 範 計 算 之 設 計 風 載 重 則 在 地 況 A 與 地 況 B 低 於 風 洞 實 驗 , 在 地 況 C 則 規 範 計 算結 果 接 近 於風 洞 實 驗 結 果。因 為 該 風 力 規 範 風 載 重 計 算 是 根 據 陣 風 載 重 因 子 法,故 在 高 度 上 之 分 配 近 似 於 速 度 壓 之 分 布。而 風 洞 實 驗 或 本 文 推 導 之 公 式,高 樓 層 之 風 載 重 受 擾 動 值 之 共 振 部 分 所 主 導,在 高 度 上 之 分 配 與 慣 性 力 相 似。因 此 國 內 現 行 風 力 規 範 與 風 洞 試 驗 二 者 之 設 計 風 載 重 , 在 高 樓 層 部 分 之 分 佈 趨 勢 有 明 顯 之 差 別 。
B. 橫 風 向 設 計 風 載 重
本 文 有 關 橫 風 向 設 計 風 載 重 之 推 導 公 式 , 與 風 洞 試 驗 法 所 使 用 之 計 算 方 式 是 一 致 的,因 此 本 小 節 討 論 對 象 為 國 內 現 行 風 力 規 範 與 本 文 推 導 公 式 (風 洞 實驗 )之 比 較。 理 論 上 , 對 稱 斷 面結 構 之 橫 風 向 平 均 風 力 為 零,故 本 文 兩 個 方 型 斷 面 案 例 之 平 均 風 力 直 接 設 定 為 零 而 不 予 討
論,橫 風 向 設 計 風 載 重 即 為 擾 動 風 載 重 之 值。圖 6-13 及圖 6-14 分 別 為 高 寬 比 3 案 例 及 高 寬比 6 案 例 在 地況 A、 B、C 作 用 下 之 橫 風 向 設 計 風 載 重,橫 軸 為 等 值 靜 態 風 載 重 (ESWL),以 壓 力 單 位 kN/㎡ 表 示 , 縱 軸 為 離 地 高 程。實 線 為 國 內 規 範 之 值,其 他 符 號 皆 為 本 文 推 導 公 式 之 結 果 (與 風 洞 實驗 結 果 相同 )。 其 中實 心 圓 點為 擾 動 風 載 重 , 可 區分 為 三 角 形 符 號 之 背 景 部 份 (圖 中 括 弧 內之 代號 B)及 方 形 符號 之 共 振部 份 (圖 中 括 弧 內 之代 號 R)。
1. 本 文 推 導 公 式 計 算 結 果 (風 洞 實 驗 )
各 樓 層 擾 動 風 力 之 背 景 部 份 隨 著 高 度 之 增 加 僅 略 微 變 化,而 共 振 部 份 則 是 根 據 慣 性 力 進 行 分 配 方 式,故 呈 現 基 本 振 態 之 形 式。因 此 可 以 發 現,擾 動 值 之 背 景 部 分 與 共 振 部 份 合 併 後,低 樓 層 之 設 計 風 載 重 受 背 景 控 制 而 高 樓 層 則 以 共 振 部 份 主 導 。
2. 本 文 推 導 公 式 結 果 (風 洞 實 驗 )與 國 內 風 力 規 範 之 比 較
由 圖 可 知 , 對 於 高 寬 比 3 之案 例 , 本 文 推 導 公 式(風 洞 實 驗) 與 國 內 規 範 有 不 錯 之 ㄧ 致 性 , 僅 在 低 樓 層 處 規 範 計 算 結 果 略 低。這 是 因 為 風 洞 實 驗 擾 動 值 之 背 景 部 份 在 高 度 上 之 變 化 約 略 為 定 值,在 接 近 地 面 之 低 樓 層 處 仍 有 一 定 之 風 載 重,而 規 範 之 風 載 重 則 依 基 本 振 態 (線性 )分 配 ,在 低 樓 層 處 之風 載 重 接 近 零 。 對 於 高 寬 比 6 之 案 例 ,本 文 推 導 公 式 (風洞 實 驗 )與國 內 規 範 在 地 況 A 及 B 有 不 錯 之ㄧ 致 性 , 但 在 地況 C 則 規 範 結果 明 顯 偏 大。顯 示 國 內 規 範 對 於 高 寬 比 6 案 例 類 型 之建 築 物,橫 風 向 設 計 風 載 重 在 地 況 C 有 明 顯 偏 保守 之 現 象 。