國內外規範相關規定比較

國內關於建築物的設計風載重於建築技術規則中已作基本的規範，隨風工程 科技的進步，對於建築物風載重作用的機制有更具體的掌握，我國規範設計風載 重的規範亦隨之更新。國外包括美、日、紐澳、英國、加拿大等國建築設計相關 規範對於建築物設計風載重亦甚為重視，隨風工程科技研發的進步，將研究成果 落實於規範條文之間，以下簡述國內外有關低層建築物設計風力的相關規範。

壹、國內「建築物耐風設計規範(95 年版)」規範

依國內「建築物耐風設計規範(95 年版)」區分，風載重的考慮分為整體抗風結 構系統與局部風壓及構件兩大類，所謂主要風力抵抗系統是指提供作為次要構件 及外部被覆物支撐之主要結構組合體，如剛構架及斜撐構架、空間桁架及剪力牆 等。而局部構件及外部被覆物是指直接承受風力的外部被覆物或構件及接受其附 近外部被覆物產生之風力，並將其傳送到主要風力抵抗系統之構材者，如帷幕牆 上的玻璃窗及框架，屋頂被覆物、平行桁條及屋頂桁架等。

建築物受風作用下的開口存在或分佈形式會改變風載重分佈，因此規範中定 義有封閉式建築物及非封閉式建築物等分類，建築物的封閉與否主要為是否有開 口或可穿透性牆面的存在。規範中對於「開口」的定義為在設計風速下，建築物 表面會造成內外空氣流通之開孔(包括可能破損之外部被覆物)。國內建築物耐風設 計規範對於不具開口建築物視為封閉式建築物，而非封閉式建築物則包括「開放 式建築物」及「部分封閉式建築物」兩大類，其中「開放式建築物」為每一面牆 開口面積達 80%以上，如棚架等建築物較為單純，無內壓存在，規範建議其設計 風力係數。而具有開口或開口部破損的建築物則可視為「部份封閉式建築物」，其 風載重狀況較為複雜且必須加以重視，亦為本研究計畫的重點，規範對於其外部 風壓係數的考量與封閉式建築物相同，利用改變內風壓係數方式調整風載重。目

前國內規範在有關建物內壓部份參考ASCE 7-02 以靜壓係數方式表現，結構分析 時如考慮外部風壓作用的高擾動性，再與內部風壓變化相結合，有助於提升結構 設計的耐風性能，並提供國內業界設計參考。

所謂開放式建築物指建築物每一方向牆面皆至少有80％之面積為開口，也 就是對每一方向牆面皆滿足A0≧0.8 Ag，其中Ag為受正值外風壓牆面總面積，

A0為該牆面總開口面積。而部分封閉式建築物係指建築物滿足(1)A0 > 1.10A0i， (2) A0 > 0.37m²或0.01Ag (兩者取小值)，且 ；其中A0i為各牆面(含屋頂，但不含 A0)之總開口面積，Agi為各牆面(含屋頂，但不含Ag)之總面積。至於封閉式建築 物則為建築物不符合開放式建築物或部分封閉式建築物之定義者。

在基本設計風速方面，國內「建築物耐風設計規範(民國 95 年版)」以地況 C 條件下，離地面 10 公尺高度處，相對於 50 年回歸週期的 10 分鐘平均風速作 為基本設計風速，並分別針對不同地區的基本設計風速加以條列式定義。規範 中有關地況的定義與詳細資料請參閱表2-1。

國內「建築物耐風設計規範(民國 95 年版)」對於設計建築物的主要抗風系 統其設計風力考慮如下：

1.設計風力計算式

封閉式、部分封閉式或開放式建築物或地上獨立結構物之主要風力抵抗系 統所應承受之設計風壓p、屋頂女兒牆設計風壓pp及設計風力F，應依本節規定 之公式計算，相關公式亦整理列於規範表2.1。

封閉式或部分封閉式普通建築物或地上獨立結構物之主要風力抵抗系統所 應承受之設計風壓p，依下式計算：

p = qGCp－q

i(GCpi) (2.1)

式中對迎風面牆，外風速壓 q 採 q(z)；對背風面牆、側牆與屋頂，外風 速壓 q 採 q(h)；q(z) 與 q(h) 依規範 2.6 節之規定計算。對封閉式建築物或 內風壓取負值之部分封閉式建築物，內風速壓 qi 採 q(h)；對內風壓取正值之

部分封閉式建築物，內風速壓 qi 可採 q( ) 或 q(h)，其中 為會影響正值

0.63

0.63 1

1

⎟⎟ ⎞

⎜⎜ ⎛ + +

=

L h Q B

⎠

⎝

^z

(2.6)

式中

z

為等效結構高度，其值為結構高度h的 60%，但不可小於zmin， zmin 和 式(2.10)中之c值列於表 2.2；

L

_z為紊流積分尺度，由下式計算：

( z

/10

)

^ε

L

_z =l (2.7)

式中 和l

ε

之值依國內規範如下表所示。

表 2-1 地況相關參數

地況 α

z

g (m)

b ^c l (m ) ε ^z

^{min (m)}

A 0.32 500 0.45 0.45 55 0.5 18 B 0.25 400 0.62 0.30 98 0.33 9 C 0.15 300 0.94 0.20 152 0.20 4.5

(資料來源：建築物耐風設計規範[民國 95 年版])

4.風壓係數與風力係數

計算建築物或地上獨立結構物主要風力抵抗系統之設計風力時，其所使用 之風壓係數Cp (封閉式或部分封閉式建築物用)及風力係數Cf (開放式建築物用) 見規範表2.4 至 2.16。

表 2-2 牆之平均外風壓係數(主要風力抵抗系統用)

所屬牆面

L/B C

p 使用的風速壓

迎風面 所有值 0.8

q(z)

背風面

0-1 2

≧4

-0.5 -0.3 -0.2

q(h)

側風面 所有值 -0.7

q(h)

註：L：平行於風向之結構物水平尺寸，m B：垂直於風向之結構物水平尺寸，m G：陣風反應因子

(資料來源：建築物耐風設計規範[民國 95 年版])

L B

q(h)GCp

q(h)GCp

q(h)GCp

q(z)GCp

風

L

Z h

q(z)GCp

q(h)GCp

q(h)GCp

q(h)GCp

θ

表 2-3 屋頂之外風壓係數C p (主要風力抵抗系統用)

5.內風壓係數

美 國ASCE 「 Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures, ANSI/ASCE7-05」規範對於建築物採用外壓減內壓方式計算主要設計風載重，對 於外牆及附屬構件設計風壓採用平均屋頂高度風壓，規範中提供包括簡易設計 (Simplified procedure)及解析設計(Analytical procedure)兩種程序供使用。對於簡單 構架建築物的設計可採用第一種方法，規範中提供的是Ps30及Pnet30設計風壓（亦

即地況B條件下，高度 30 英尺、用途係數I=1.0 的風壓力）以供使用。對於主抗 風結構其設計風壓(ps)為：

30 S

s

Ip

p

=

λ

(2.9)

其中

λ

為建築物高度與地況調整因子，I 為用途係數。

對於結構構件及披覆物其設計風壓(pnet)為：

30 net

net

Ip

p

=

λ

(2.10)

其中Ps30及Pnet30於規範中以查表方式取得。

另規範中提供解析設計(Analytical procedure)程序，以供較不規則外型或氣動 力不穩定現象明顯的建築物設計風載重之用。在工業廠房等造型建築物規範提供 各種不同屋頂形式的外部風壓係數，包括圓形屋頂、單斜屋頂、階梯式屋頂、多 跨距雙斜屋頂、多跨距單斜屋頂等造型，針對不同構形建築物在不同的屋頂區域 或牆面區域利用查表方式提供設計風壓係數，國內新版耐風設計規範亦採類似作 法。設計風壓計算方式與國內規範類似，如(2.1)式所示，由外風壓減內風壓加以 考量，同時考慮建築物氣動力效應而做的修正因子亦與國內規範相同。

ANSI/ASCE 7-05 為決定建築物的風載重，將建築物依其開口情形分類為封閉 式(enclosed)建築物、部分封閉式(partially enclosed)建築物及開放式(open)建築物 等三類，同時其定義與國內規範相同。

基本設計風速的考慮上，ANSI/ASCE 7-05 以某地點在地況 C 條件下，離地 面33 英尺(10 公尺)高度處，3 秒陣風平均風速。基本設計風速分區圖可分為濱海 颶風區與非颶風區。由於ASCE 7-05 風速之平均時間為 3 秒鐘，根據 Durst Curve，ASCE 7-05 之風速為我國規範風速之 1.443 倍，故我國規範之陣風 因子為 ASCE 7-05 陣風因子之 2.083 (=1.443× 1.443)倍。

依ASCE/ANSI 7-05 規範之補充說明解釋，規範中表列有關內風壓係數數據 主要依據文獻參考及風洞實驗資料所訂定，雖主要為低層建築物實驗所得數據但 對於其他高度建築物的設計使用仍是適當的。對於封閉式建築物設計內風壓係數 採用+0.18 及-0.18，而在建築物具有開口情形時，考慮內壓擾動與外風壓擾動的 空間相關性，因此建議值為採用+0.55 及-0.55。依基本設計風速選取方式的不同，

我國規範之陣風因子較ASCE 7-05 高出 2.083 倍，因此將 ASCE 7-05 建議的內壓 係數±0.55 乘上 2.083 及為我國規範建議值±1.146。

圖 2-1 Durst 曲線 (資料來源：建築物耐風設計規範[民國 95 年版])

叁、紐澳

AS/NZS 1170.2:2002 規範

紐澳規範AS/NZS 1170.2:2002 對於高低層建築物以平均屋頂高度 25 公尺為 分界，設計風載重以矩形封閉型建物為主體表現，對於低層建築物與ASCE 規範 不同之處是風載重以不同面向為單元加以定義，在同一面上風壓分布不再細分局 部。對於不同順風向深度的建築物加以分類，區分為平均屋頂高度(h)與順風向建 築物深度的比值(h/d)區分為

h

/

d

≤0.25、

h

/

d

=0.5、 三各區間以表列方式 呈現。

1 /

d

>

h

紐澳AS/NZS 1170.2 2002 規範對於封閉式低層建築物包括單斜屋頂、雙斜屋 頂、四面斜屋頂等建物，提供查表方式估算其外部風壓，配合內壓力計算風載重。

AS/NZS 1170.2 2002 規範對於建築物表面局部風壓係數，另行定義較易出現極端 風壓力作用的區域，利用局部壓力因子(local pressure factors)將局部風壓係數放 大，最大可達3 倍之多。

AS/NZS 1170.2:2002 規範建議對於建築物 8 個不同方位角之基地風速以下式 計算：

) (

_,

, R d zcat S t

sit

V M M M M

V

_β

=

(2.11)

其中

V

R：3 秒陣風風速

M

d：風向因子

M

z,cat：高度因子

M

s：遮蔽因子

M

t：地形因子

構型已定義清楚而基地地況未明的情形，建議以標準有效風速搭配具方向性 之風壓係數加以檢核。對於需要進一步詳細檢核週邊地形、建物群對風場影響時，

如臨近明顯地型變化或都市地區，建議以具方向性的有效風速搭配標準風壓係數 進行檢核。設計風速需取與正交於建築物45 度範圍內最大風速之線性內插值。

規範將紐澳地區分為颶風作用區與非颶風作用區兩類，各類再細分為數種區 域，各區域的3 秒陣風在不同迴歸年數的區域風速以表列方式顯示，迴歸年數由 5 年至 2000 年，並提供各區域的經驗公式可供直接計算。規範針對不同區域提出 風向因子，以表列方式顯示，其值介於0.8 至 1.0 之間。

區域設計風速(regional wind speed, VR)採用 3 秒陣風，因此引用本規範設計與 國內規範比較時，採用的基本設計風速須依圖2.1 之Durst曲線加以調整。

關於建築物封閉型態的分類，在AS/NZS 1170.2 2002 規範中指出建築物的內 壓與外殼的開口(opening)及可穿透性(permeability)有密切關係。規範將建築物的 門、窗、通風口、煙囪等均視為可穿透性的開口；而如存在有某一面的開口面積 大於其他各面開口總面積時，視為具有主要開口(Dominat openings)的牆面，因此 有關內風壓的定義即以此兩大類作為區分，建議之內風壓係數如下圖所示。

圖 2-2 AS/NZS 1170.2 2002 規範對於具穿透性外殼建築物的內風壓係 數建議值

(資料來源：AS/NZS 1170.2 2002 規範)

圖 2-3 AS/NZS 1170.2 2002 規範對於具主要開口建築物的內風壓係數 建議值

(資料來源：AS/NZS 1170.2 2002 規範)

肆、日本

AIJ2004 規範

日本建築學會(Architectural Institute of Japan)的「AIJ Recommendations for Loads on Buildings」(2004 版)建議的風載重設計方法主要有兩種程序：Detailed procedure I 及 Detailed procedure II，一般而言高度高於 45 公尺以上的柔性建築物 才需用Detailed procedure II 進行設計。日本規範 AIJ2004 對於建築物外風壓的規 定以建築物高度45 公尺作為分類的依據，對於高度 45 公尺以下的建築物外風壓，

分別針對不同型式的低層建築物表面風壓以不同建築物面向為區分加以表現，其

分別針對不同型式的低層建築物表面風壓以不同建築物面向為區分加以表現，其

在文檔中 非封閉式結構風載重特性研究 (頁 29-44)