第四章 實驗結果與討論
第一節 實驗量測的驗證
為了解實驗量測過程的正確性，本計畫第一階段工作首先製作縮尺 1:50 的 TTU 建築物模型(一號模型)，並分別在三不同牆面上做不同面積的開口，開口配 置如圖4-1 所示，其中風攻角(angle of attack, AOA)的定義在實驗設計時採用的與 文獻略有不同。在此三類開口方式中，圖 4-1(b)的開口方式與文獻 Sharma(2003) 所採用的A 類開口形式(Open A)相同，但兩者因座標系統差異，風攻角定義相差 90 度，亦即本研究的零度風攻角為 Sharma(2003)相同模型的風攻角 90 度。另為 了解結構系統在此類部分封閉式建築物所受的最大可能風載重，本研究在模型上 沿屋脊線布設三個垂直於屋脊線的量測風壓壓力孔帶寬，內外均有壓力孔，定義 其代表三組結構構架的受力，其位置分部與風攻角的關係如圖 4-1(d)所示。依不 同開口面積與立面面積相比，第一、二、三類型開口的開口率分別為 3%、5%及 2.5%。
由圖 4-1 可見第一類型開口的內風壓係數在風向直接作用於有開口的牆面 時，內風壓係數均為正值，圖中虛線表示相比較的規範建議值，採用國內規範值 (GCpi)除以陣風因子(G=1.77)而得，由圖面可見規範建議值可涵蓋內風壓係數平均 值的變化。隨風攻角的改變，在風攻角接近90 度時內壓已轉為負值，且在風攻角 90 度時內壓達到最低的負值，隨即隨風攻角的增加而逐漸回升。風攻角 270 度時，
開口部位於側面分離剪力流的下游區，因此雖為負壓但並不甚低。而比較圖4-2(b) 所顯示的風壓最大正壓及最低負壓發生的風攻角均與開口是否直接受外部來流作 用有關，大致與平均風壓的變化趨勢一致。圖中各點均來自內風壓15 個風壓孔資 料套繪而成，由圖面顯示各風壓孔再同一風攻角作用下，即幾乎一致，代表在內 部空間內壓的分布是相當的均勻。
(a) (b)
Frame 1 Frame 2 Frame 3
圖 4-1 一號模型實驗規劃之不同開口配置及風攻角定義，開口部代號
為(a)第一類型，(b)第二類型，(c)第三類型，(d)三組結構構架位置。
(資料來源：本研究整理)
(a) Angle of wind (deg.)
Cpmeanandrms
mean by code
(a)
maximun Cp peak
minimun Cp peak
圖 4-2 一號模型實驗第一類型開口(開口率 3%)配置下之內風壓係數(a) 平均與擾動性內風壓係數，(b)內風壓係數之極端值。
(資料來源：本研究整理)
Sharma(2003)所作縮尺 1:50TTU 模型平均內風壓係數於 Open A 的條件下變 化如圖 2-5 所示，與本研究第二類型開口方式相同，由圖 4-3(a)所示平均風壓係 數(兩者風攻角定義相差 90 度)變化趨勢及值得大小均相似，顯示量測結果具有可 信度。
(a) Angle of wind (deg.)
Cpmeanandrms
mean by code
(b)
maximun Cp peak
minimun Cp peak
open A
(a) Angle of wind (deg.)
mean by code
(c)
maximun Cp peak
minimun Cp peak
內部風壓隨風攻角變化的相關性係數(coefficients of correlation)變化如圖 4-6~4-8
架之間，明顯的風攻角90 度時，開口部位於側面分離剪力流的上游分離點區域，
內風壓為較低的負壓而屋面亦為負壓，因此第三組構架有較高的正相關，其餘風 攻角其相關係數值均較小。對於第二類型開口，如圖 4-7 所示，開口部位於第一 組構架下方，因此內外壓相關係數已第一組構架較為高，特別是在風攻角270 度 附近，此時來流的風向對於開口而言屬於直接作用，因此內壓為正壓，屋面風壓 為上游邊緣渦流作用強烈區域，兩者相關係數為負值，且絕對值接近0.8，屬於有 密切相關性的情形。對於結構載重而言有較大的機會發生內外壓尖峰值同時出現 而產生高負載的情形。類似的狀況如圖 4-8 所示，開口部位於第三組構架的山牆 牆面，雖然其開口率僅為其他開口條件的一半，但在風攻角90 度及 270 度時亦出 現較高的相關係數值，風攻角90 度時內壓為正壓，因此相關係數為甚低的負值；
風攻角270 度時內壓為負壓，且第三組構架位於屋面的下游邊緣，兩者均為負壓 而有較高的正相關係數。
Angle of wind (deg.)
Co ef. of co rre la tion
0 45 90 135 180 225 270 315 360
-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
frame 1 frame 2 frame 3
Coefficients of correlation of the center of each frame
圖 4-6 一號模型實驗第一類型開口配置下，屋脊線上內外風壓之相關
係數
(資料來源：本研究整理)
Angle of wind (deg.)
frame 1 frame 2 frame 3
Coefficients of correlation of the center of each frame
圖 4-7 一號模型實驗第二類型開口配置下，屋脊線上內外風壓之相關
係數 (資料來源：本研究整理)
Angle of wind (deg.)
Coef .o f corr el ation
frame 1 frame 2 frame 3
Coefficients of correlation of the center of each frame
圖 4-8 一號模型實驗第三類型開口配置下，屋脊線上內外風壓之相關
係數
(資料來源：本研究整理)
對於部分封閉式建築物的內風壓而言，由圖 4-6~4-8 顯示，內風壓的分布雖 然在內部空間內甚為均勻，且受開口部外牆所受風載重直接影響，但內風壓仍具 有相當的擾動性，且與外風壓部份區域具有較高的相關性，如其尖峰值與外部尖 峰風壓產生在甚為接近的時間內，將有可能對於結構系統產生較大的風載重，此 現象可由較完整的開口變化及結構分析進一步加以驗證。