圖 圖
圖 3-12 屋面坡度 屋面坡度 屋面坡度 1:4 之 屋面坡度 之 之 之建築物 建築物 建築物 建築物模型 模型 模型與邊界層流場 模型 與邊界層流場 與邊界層流場 與邊界層流場
(資料來源資料來源資料來源資料來源：：：：本研究拍攝本研究拍攝本研究拍攝本研究拍攝)
為量測本研究之低層建物模型風壓載重，模型表面皆佈滿壓力量測孔，
依模型表面積大小不同，量測孔數由 168~236 孔不等。壓力量測管線系統內 徑 1mm、長 20 公分 PVC 管，實驗前經具白噪音(white noise)特性之擾動壓力 信號進行率定，驗證無扭曲頻率可達 35Hz 以上。管線系統連接至 scanivalve module 上的壓力輸入埠，電子式壓力掃瞄器以 64 個量測孔為一模組，壓力 量測模組安置於模型內部，模型規劃以鄰近 64 個孔位規劃為同一壓力模組，
分別接入電子式壓力掃瞄器。
第二節 第二節
第二節 第二節 實驗 實驗 實驗資料 實驗 資料 資料與 資料 與 與 與擷取 擷取 擷取數據分析 擷取 數據分析 數據分析 數據分析
壹壹
壹壹、、、、資料擷取系統資料擷取系統資料擷取系統資料擷取系統
實驗所量得之類比訊號係經由 IOTECH ADC-488/8SA (圖 3-13)擷取後作 類比數位(analog-digital)轉換。本系統共有 8 組輸入端，最高採樣頻率為 100 kHz，具有 16-bit 之解析度，精確度(accuracy)高達 0.02%。數位化的訊號以 大於 200 kb/s 的速度經由 IEEE-488 界面傳至電腦，進行資料儲存與統計運算。
圖 圖
圖 圖 3-13 資料擷取系統 資料擷取系統 資料擷取系統 資料擷取系統
(資料來源資料來源資料來源資料來源：：：：本研究拍攝本研究拍攝本研究拍攝本研究拍攝)
貳 貳 貳
貳、、、、資料資料資料資料分析分析分析分析
低層建築物氣動力實驗量測資料主要為模型之表面風壓資料，量測範圍 包括屋頂面及四周側邊牆面，分析工作包括了解各風壓孔的平均及擾動性風 壓係數，並計算其偏態及峰態係數，了解其機率密度函數分布特性。進一步 分析包括風壓尖峰因子的推估，以探討可能出現的局部極端風壓。並利用正 交模態分析(POD)法探討風壓分布的基本模態。為了解由各點風壓對結構物 可能產生的最大風載重，可利用相關性積分法及結構物內力反應，推估可能 出現的最大等值靜載重。以下依序說明各分析工作的內容。
研究中量測各壓力孔之風壓訊號，用以計算風壓係數，氣動力係數定 義如下所示：
平均風壓係數
2
2
1 U
C P P
=
ρ
(3.2)擾動性風壓係數
2
2 1
2
U C P P
ρ
= ′
′
(3.3) 平均彎矩係數
2 2
2
1 U B
C M M
=
ρ
(3.4)有關風壓的時序列資料同時亦分析其偏態與峰態係數，定義如下所示：
偏態係數
3
3
] ) [(X S
x x C E
σ
= − (3.5)
峰態係數
4
4
] ) [(X k
x x C E
σ
= − (3.6)
偏態係數（C
S
）代表資料的機率密度函數分佈型態是否對稱，如 CS
值小 於零表示其分佈屬於左偏(skewed to the left)型態，如 CS
值大於零表示其分佈 屬於右偏(skewed to the right)型態，如 CS
值等於零表示其分佈屬於左右對稱 偏型態。峰態係數（Ck
）表示資料的機率密度函數分佈型態與常態分佈（normal distribution）相比是否更高或更平坦，Ck
值如小於 3 表示其分佈屬於低擴峰 (platy kurtosis)型態，如 Ck
值大於 3 表示其分佈屬於高狹峰(lepto kurtosis)型 態。有關局部尖峰風壓分布的研究，Cook & Mayne (1979)指出再研究建築物 表面尖峰風壓方面，利用第一型極值分布(Type I extreme value distribution)研 究尖峰風壓是十分合適的。並建議將相當實場 15 分鐘之模型表面壓力極值，
至少取 16 段，利用樣本之 mode (U
0
)與 dispersion (1/a0
)，代入下式以求得尖 峰風壓係數。1 ) ( 4 . 1
*
0
0 a
U
C P
= + (3.7)紊流場中許多特徵往往受到相當程度的擾動及干擾，在空間分佈的相關 性特徵如僅以一般簡單的統計公式不易精確掌握其變化，Delville(1999)應用 正交模態分析法(POD)檢測紊流場中之大尺度結構，指出正交模態分析法 (POD)可快速的將系統中主要特徵收斂於少數個模態之中，有助於提昇分析 工作的清晰度。正交模態分析法技術可有效將風壓場分解成為時間軸的主座 標和空間座標特徵模態的組合，將隨時間變化的特性與風壓場的空間分佈主 軸分離，因此透過 POD 模態(modes)，可有效觀察風壓場作用的行為。
正交模態分析法以 R
ij
代表由風洞實驗模型表面風壓孔量測所得風壓時 域訊號 pi
(x, t)的交相關張量(correlation tensor)，定義作：)
的模態，而尖峰風壓的推估亦僅需前 30%的模態。Kikuchi(1997)應用正交模 態分析法(POD)分析高層建築表面風壓，並利用前 5 個模態進行結構反應分 析獲致良好成果，將誤差控制在 6%以下。顯示利用正交模態分析法(POD) 可以更經濟有效的將具有十分強烈擾動特性的表面風壓解算出其各項特徵。
Tamura and Suganuma(1999)指出，由同步擾動性壓力訊號之交相關矩陣 R
ij
求出的特徵值與特徵向量代表擾動系統中最主要存在的相關結構，採用正 交特徵向量所表現的座標系統，代表模型表面風壓分布中主要的能量所投影 的空間方向，且模型表面風壓分布中主要的能量大多數集中於較低模態(mode) 之特徵向量。Holmes and Sankaran(1997)應用正交模態分析法於中低層建物模 型表面風壓分布，亦指出正交模態分析法為十分經濟有效的工具，表現建物或鈍體表面壓力分布的空間變化關係。
AOA
wind
Frame 1 Frame 2
Frame 3
M 2
M 1
圖 圖 圖
圖 3-14 建物模型上的三組構架位置定義與簡支剛構架 建物模型上的三組構架位置定義與簡支剛構架 建物模型上的三組構架位置定義與簡支剛構架 建物模型上的三組構架位置定義與簡支剛構架
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資料來源：：：：本研究本研究本研究本研究整理整理整理整理
有效的設計風載重應能兼顧物理特性及不受特定結構系統的影響，由結 構受風反應推估結構物的等值載重，應滿足以上要求。假設某拱形屋頂之工 業廠房結構物考慮其結構反應如下圖：