實驗量測與模型規劃

本計畫研究重點為建築附置物風載重，利用模型安裝於風洞測試段探討不 同風向角因起的表面風壓變化。採用剛性(rigid)構造物模型設計，變化不同幾 何形狀的模型與風向角，氣動力實驗研究成果並與文獻資料相驗證。

氣動力實驗設置與內容規劃包括：

1. 建築附置物模型系列實驗：本研究首先探討以不同排列方式的雨庇模型 進行氣動力實驗，以掌握其風荷載狀況。

2. 流場規劃：氣動力實驗採用均勻紊流場。

3. 實驗控制參數：氣動力實驗研究主要探討不同風向角、排列方式對板面 風壓影響，因此實驗參數控制以風向角、排列方向等為主。風向角的定 義如圖 3-5 所示。模型安置於風洞試驗段之中央圓盤，該圓盤可利用馬 達驅動改變模型面對來流的座向，模擬不同風攻角的影響。

圖 3-5 模型風攻角定義

4. 氣動力模型製作

本年度之氣動力實驗包括與幣模型及招牌模型兩部分，分別製作可 彈性改變實驗參數之氣動力模型進行實驗量測工作，據以推估設計風力 係數。

雨庇模型氣動力實驗採用之氣動力模型包括建築物與雨庇板兩部 分，建築物模型以 5mm 厚之壓克力板黏合，模型尺寸為寬 20cm、高 30cm、

深 30cm，建築物模型表面未設風壓孔。雨庇模型以 3D 列印方式製作，

以上下兩片粘合方式完成，表面均布風壓孔，在黏合前預先安裝 1.2mm 外徑之風壓管線，完成後雨庇模型實際厚度為 4mm，雨庇模型尺寸為 20 cm x16cm，版之兩面相對應位置均佈設壓力孔，搭配壓力管線系統，

量測風壓變化。板可安裝於不同的立面高度及伸縮，以變化高度比及懸 伸比，共有五種高度及四種懸伸比可供變化，氣動力實驗模型如圖 3-6 所示，模型之各項特徵尺寸代號如圖 3-7 所示。

建築立面上採多層開口式設計，雨庇板模型可鎖定在立面上，為表 現懸伸比的變化，設計雨庇板模型可伸縮於建築物立面上，產生變化不 同懸伸比的變化效果，本研究在懸伸比的變化變化由 0.5 變化至 3.0。

圖 3-6 雨庇氣動力模型設計

圖 3-7 雨庇模型符號說明

招牌模型氣動力實驗採用之氣動力模型包括建築物與招牌板面兩 部分，建築物模型以 5mm 厚之壓克力板黏合，模型尺寸為寬 20cm、高 30cm、深 30cm，建築物模型表面未設風壓孔。招牌模型尺寸為 12 cm x 16cm，採 4mm 薄壓克力板製作，表面均布風壓孔，版面銑溝安裝 1.2mm 外徑之風壓管線並補平表面，完成後招牌模型實際厚度為 4mm。壓力孔 於版之兩面相對應位置均佈設，搭配壓力管線系統，量測風壓變化。板

building

w _c

h c

canopy

h

可安裝於不同的退縮位置及伸縮，以變化退縮比及懸伸比，氣動力實驗 模型如圖 3-8 所示。建築立面上採開放開口式設計，板模型可鎖定在立 面上，為表現懸伸比的變化，設計雨庇板模型可伸縮於建築物立面上，

產生變化不同懸伸比的變化效果。

圖 3-8 招牌氣動力模型設計

模型於風洞試驗段中採用建築物屋頂高度風速為參考風速，風速約 為 10.3/sec，以模型最小高度 0.2m 為特徵尺度，計算雷諾數為 131,210，

滿足雷諾動力相似律。

模型表面均布風壓孔並以細管線製作之壓力傳感管線系統(tubing system)與量測儀器相接，管線材質為 PVC 因此具備良好的可撓性，不 致影響風壓信號傳送，模型實驗控制風壓孔數量在 256 個以下，利用電 子式壓力掃描器量測模型上下面同步的風壓資料。氣動力模型實驗量測 時，透過旋轉工作平台，表現不同風向角對模型風壓變化之效果。

圖 3-9 壓力訊號處理系統 資料來源：本研究拍攝

圖 3-10 電子式壓力掃描模組

風壓實驗採用多頻道電子式風壓掃描器以同步擷取作用於建築物 表面各點的瞬時風壓，所得之數據經過處理後便可得結構系統所受的平 均風力、擾動風力和外牆所受之局部風壓。壓力量測系統的元件通常包 括壓力訊號處理系統(RADBASE3200，圖 3-9)及電子式壓力掃描模組 (ZOC33/64 Px，圖 3-10)。實驗中將各個風壓孔之壓力訊號經 PVC 管傳 遞至壓力感應器模組，量測所得之訊號傳至訊號處理系統計算後所得壓 力值傳回電腦。

壓力量測管線系統為實驗前經具白噪音(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)，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。壓力訊號處理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。本研究之採樣頻率為 255Hz，每次實驗採樣

壓力的正，因此如果迎風面與背風面均同受相同的正壓力，則其整體淨

iii. 高度比(hc/h)：0.1 - 1.0，其中 h 為建物高度。

(3) 量測項目：雨庇模型之上下表面風壓之時序列資料

(4) 資料分析：雨庇模型的整體淨風壓係數及尖峰風壓係數，並推估建議 之設計風壓係數

圖 3-11 雨庇與建築物氣動力模型

圖 3-12 試驗段中雨庇模型氣動力實驗模型安裝狀況

8. 招牌氣動力模型實驗方案

(1) 模型型態選擇：以安裝於建築立面的招牌廣告物作為氣動力實驗對象，

模型可調整具備不同的懸伸長度及安裝位置。

(2) 實驗參數：懸伸比、安裝位置、風攻角，如表 3-2 所示。

i. 懸伸比(wc/ Bh)：0.1 – 0.5，以招牌頂點與建築物高度切齊規 劃。

ii. 風攻角：0 – 360(視模型安裝位置調整)，間隔 15 度 iii. 退縮比(S/B)：0 – 0.5

其中 wc 為招牌懸伸長度、B 為建築物寬度、h 為建築物高度，，hb 為招牌高 度，招牌之底部高度 hc = h - hb，S 為退縮長度，請參閱圖 3-13。

(3) 量測項目：

i. 比對招牌頂部高度由建築物高度逐漸下降時，風荷載的增減情形，

以決定最大風荷載的實驗條件。

ii. 招牌廣告物模型之兩面表面風壓之時序列資料

(4) 資料分析：招牌廣告物模型的整體淨風壓係數及尖峰風壓係數，並推 估建議之設計風壓係數

圖 3-13 招牌與建築物氣動力模型特徵尺度

表 3-2 招牌模型氣動力實驗系列

底部高度 hc

退縮長度 S

懸伸長度 wc

懸伸比 h B

wc/  hc/wc S/B

8 1 2 0.082 4 0.03

8 4 2 0.082 4 0.13

8 9 2 0.082 4 0.30

28 1 2 0.082 14 0.03 28 4 2 0.082 14 0.13 28 9 2 0.082 14 0.30

8 1 4 0.163 2 0.03

8 4 4 0.163 2 0.13

8 9 4 0.163 2 0.30

28 1 4 0.163 7 0.03

28 4 4 0.163 7 0.13

28 9 4 0.163 7 0.30

(資料來源：本研究整理)

圖 3-14 招牌與建築物氣動力模型

圖 3-15 試驗段中招牌模型氣動力實驗安裝狀況