第三章 實驗設置與規劃
第二節 實驗模型規劃
本計畫研究重點為不同氣流俯仰角對低層建築風載重，利用模型安裝至兩 組坡度二維山脊 (圖 3-2)及不同位置探討表面風壓變化。採用剛性(rigid)構造物 模型設計，控制的參數包括山丘坡度、模型屋頂坡度與安裝位置，氣動力實驗 研究成果並與文獻資料相驗證。規劃進行的二維山脊模型為中心線前後對稱，
低層建築模型設計採用雙斜屋頂為主，屋頂坡度包括 1:1、1:2、1:4 及平屋頂。
山脊地形剖面函數以餘弦函數定之，採用的兩種不同坡度地形曲線繪出如圖 3-2 所示，公式如表 3-1 所示。
實驗規劃首先量測兩種山丘坡度不同截面風場(圖 3-2)，分析山坡不同位置 氣流俯仰角，再進行多種屋頂坡度、安裝位置的建築模型實驗(圖 3-3)，為方便 表達建築物模型各不同受風面的行為，將模型各面作編號如圖 3-4 及 3-5 所示，
本研究模型不設方位為固定來流軸向垂直於屋脊方式進行氣動力實驗，因此模 型之 C 面固定為迎風牆面，而 E 面則為背風牆面，利用風洞實驗以探討包括風 壓變化、整體風載重變化及結構受風力評估等。
圖 3-2 二維山脊模型剖面圖 資料來源：本研究整理
建築物模型安置在山坡地模型時仍以垂直直立方式安裝，因此模型底部與 坡地地形之斜面間出現的間隙，則以薄壓克力板製作底座加以圍蔽，並以符合 實踐建築物使用的狀況。
山丘模型以木板製作，兩側使用保利龍材料向側邊延伸並裝設壓克力側板
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(End plates)保持流場二維性，屋頂模型以壓克力製作，可變化不同屋頂面坡度，
氣動力實驗研究成果並與文獻資料相驗證，最後進行 1:150 低層建築模型放置 在地面改變傾斜角度模擬不同來流俯仰角。各類實驗項目如表 3-1、3-2 與 3-3 所示。
slope = h : d
圖 3-3 建築物模型示意圖 資料來源：本研究整理
圖 3-4 平屋頂模型表面分區編號 資料來源：本研究整理
6cm
15cm 2d=10cm
h
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圖 3-5 雙斜面屋頂模型表面分區編號 資料來源：本研究整理
表 3-1 二維山脊模型曲線規劃
二維山脊 方程式 尺寸
30%坡度 yhcos2(x/4L1) H=0.3, L=0.5
高度 0.3m, 總長度 2m
20%坡度 yhcos2(x/4L1) H=0.3, L=0.75
高度 0.3m, 總長度 3m
資料來源：本研究整理
表 3-2 實驗模型類型規劃
模型類型 屋頂坡度 安裝位置
低層建築 1:1 、 1:2 、 1:4、平屋頂
迎風坡面山腰(P1)、山頂(P2)、背風坡面山 腰(P3)、背風坡面山腳(P4)、背風坡面山腳 後 30cm(P5)等五處。
資料來源：本研究整理
24 : pressure tap
11 : pressure tap
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第三章 實驗設置與規劃
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用壓克力板製作，模型包括屋頂坡度 1:1、1:2、1:4 與平屋頂模型，
模型表面佈設壓力孔，搭配壓力管線系統，量測表面風壓變化，
並與文獻資料相驗證。
5. 低層建築物模型：為表現不同建築物屋頂型式對於氣動力特徵的 變化，本研究依據國內規範定義範圍選擇五種不同坡度(1:1，1:2，
1:4，1:8 以及平屋頂)的斜屋頂建築物模型，模型屋頂面設置孔位，
將氣動力模型安裝於屋頂面上，提供可安裝在上、下游側及屋脊 等位置的可能性。
6. 實驗控制參數：氣動力實驗研究主要探討不同氣流俯仰角對不同 屋頂型式及安裝位置的表面風壓影響，因此在建築物模型方面實 驗參數控制以山丘坡度與安裝位置因子為主。
圖 3-7 二維山脊模型於風洞中進行風場量測
資料來源：本研究拍攝
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圖 3-8 模型於風洞中進行實驗量測 資料來源：本研究拍攝
圖 3-9 二維山脊風場量測與模型安裝位置 資料來源：本研究整理
本研究使用本所實驗室 TFI cobra probe 9000 三維動態皮托管進行山丘截面
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風場量測。取樣頻率為 512Hz ，取樣時間 120s。此系統可支援類比數位之轉 換，使用 NI 數據擷取器擷取訊號再透過 TFI 軟體記錄三維方向瞬時速度。
圖 3-10 TFI cobra probe 資料來源：本研究拍攝
本研究低層建築物氣動力模型利用壓克力板製作，建築物模型幾何尺寸為 高 4 公分、寬 10 公分、深 6 公分，模型的高寬比為 2:5、寬深比為 5:3。風壓 孔以細 PVC 管線製作之壓力傳感管線系統(tubing system)與量測儀器相接，本 次模型實驗視屋頂坡度變化於模型屋頂面與四周牆面共佈設 107~136 個風壓孔，
利用本所實驗室現有的電子式壓力掃描器量測模型屋頂面及側面同步的風壓資 料。氣動力模型實驗量測時，安裝在山丘上不同位置，表現不同氣流俯仰角對 模型風壓變化之效果。
圖 3-11 電子式壓力掃描模組
資料來源：本研究拍攝
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圖 3-12 壓力訊號處理系統 資料來源：本研究拍攝
壓力量測管線系統為內徑 1mm、長 25 公分之 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。
管線系統連接至電子式壓力掃瞄模組上的壓力輸入埠，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。表面風壓量測使用之壓力 掃描器(ZOC33/64 PX 如圖 3-2)，該系統每個單一模組有 64 個壓力輸入管 ( pneumatic inputs )，對應 64 個壓電式壓力感應器，每一壓力感應器皆可單獨 校正。輸入管藉由內徑 1mm PVC 管連接至模型量測點以量測壓力。各模組接 連接至壓力訊號處理系統(RAD BASE 3200 如圖 3-3)，此系統可支援類比數位 之轉換，最高可支援 8 個模組，其解析度達 16bits，最大採樣頻率為 500Hz，
傳輸介面為 USB，具備網路控制及傳輸功能。本研究採樣頻率為 256Hz，實驗 採樣 120 秒，擷取之資料轉換完成之後藉由此系統傳至個人電腦儲存分析。
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