平坦地況結果

綜合前二節之結果，將本階段試驗做進一步修正。針對高寬比為 7(12.5 cm×12.5 cm×87.5 cm)之方形柱體，針對在平坦地況下，檢視各種結構特性組 合(改變 Scruton number)，探討其模型頂部順橫風向反應均方根值(σ 、_x σ )y

隨著約化風速改變之情形，並利用數值模式計算其反應特性，做進一步比對 分析。

壹 、 結 構 特 性

本組試驗採用可調整質量設計之結構物模型，模型質量比(ρ_s)分別為 169、179、188、233 kg/m³，相應之結構頻率為 4.5、4、3.75、3.87 Hz。Scr 值為 0.93、1.56、2.7、3.45、5.25、6.67、11.12，詳細結構特性如表 5-4所 示。

表5-4 平坦地況試驗模型結構特性表

單位質量 (kg/m³)

一般化質量 (m^*)

結構頻率 (f)

(Hz) 阻尼比(ξ) Scruton Number 169 0.805 4.5 0.69% 0.93 179 0.851 4 0.81% 1.56 188 0.895 3.75 1.80% 2.70 188 0.895 3.75 2.30% 3.45 188 0.895 3.75 3.50% 5.25 233 1.106 3.87 3.60% 6.67 233 1.106 3.87 6.00% 11.12 資料來源：本文整理

貳 、 反 應 均 方 根 值 (1) 順風向反應

綜觀圖 5-22至圖 5-34順風向反應均方根值結果得知，反應均方根在

=11 左右有局部極值發生，隨著Scr值增加，

Ur σ_x/D極值分別為 0.064、

0.033、0.025、0.023、0.012、0.014、0.013。在Scr值≧2.7 後，其反應均 方根值在高於共振風速後趨於穩定。

(2) 橫風向反應

另檢視橫風向反應均方根值結果(圖 5-23至圖 5-35)，當Scr值≦5.25 時，

隨著風速增加，其反應也隨之增加，並在 =11.3 的位置發生共振，其極值 分別為 0.024(Scr=5.25)、0.022(Scr=6.67)、0.019(Scr=11.2)。橫風向反應隨著 約化風速超過共振風速後漸趨穩定，故此區間應屬於氣動穩定或氣動不穩定 之區間。

Ur

而在Scr=2.7、3.45 部分(圖 5-27、圖 5-29)，隨著風速增加，橫風向反應 也隨之增加，直至 =12.3 左右有極值發生， =15 左右反應漸趨穩定。雖 然本組試驗同樣也有發生局部極值，

Ur U_r

y/D

σ 分別為0.175、0.136。但極值區的 帶寬會大於大Scr值所形成的帶寬。

當Scr≦1.56(Scr=0.93、1.56)時，橫風向振動反應隨著風速增加而呈對數 遞增，當約化風速約在12 左右反應增加趨勢漸緩。但在約化風速高於 15 後，

由於反應過大(σ_y/D=0.23)而停止試驗。

參 、 數 值 模 擬

由圖5-22至圖 5-35之數值結果可以發現，順風向反應預測並不準確，其 主要原因是因為數值給定之來流邊界層剖面，其紊流特性並未完全掌握而造 成。由於本模式採用之來流邊界條件，僅考慮邊界層厚度及冪數率(α=0.15)，

對紊流強度剖面並未考慮。

而在橫風向反應部分，在低Scruton number(Scr=1.56、2.7、3.45)時，約 化風速高於10 之後，其預測值會有明顯低估的狀況，肇因為本模式無法模擬 結構與流場互制行為，使得負氣動阻尼特性無法顯現。但在高 Scr 值

(Scr=5.25、6.67、11.2)時，屬於氣動穩定(aerodynamic stable)階段，在所有風 速下，其氣動阻尼均為正值。數值模擬之共振區間發生在 =10 左右，實驗 數據則在 =11 附近。整體而言，數值模擬結果在橫風向高 Scr 值的狀況下，

有不錯的吻合度。

Ur

Ur

肆 、 小 結

整體而言，Scr 值愈低，其順橫風向反應均方根值也愈大，氣動力特性 也愈不穩定。本階段整體橫風向反應均方根值類似 5.3 節平滑流場之結果，

平滑流場產生穩定共振區間之 Scr 值則在 Scr>6.76，但開闊地況產生穩定共 振區間之 Scr 值則在 Scr>3.45。此因平坦地況之紊流較平滑流場要強，使得 建築物附近渦流較不穩定，也較不規則所造成。

圖5-22 順風向反應均方根值 (Scr=0.93，平坦地況)

圖5-23 橫風向反應均方根值 (Scr=0.93，平坦地況) 資料來源：本文整理

圖5-24 順風向反應均方根值 (Scr=1.56，平坦地況)

圖5-25 橫風向反應均方根值 (Scr=1.56，平坦地況) 資料來源：本文整理

圖5-26 順風向反應均方根值 (Scr=2.7，平坦地況)

圖5-27 橫風向反應均方根值 (Scr=2.7，平坦地況) 資料來源：本文整理

圖5-28 順風向反應均方根值 (Scr=3.45，平坦地況)

圖5-29 橫風向反應均方根值 (Scr=3.45，平坦地況) 資料來源：本文整理

圖5-30 順風向反應均方根值 (Scr=5.25，平坦地況)

圖5-31 橫風向反應均方根值 (Scr=5.25，平坦地況) 資料來源：本文整理

圖5-32 順風向反應均方根值 (Scr=6.67，平坦地況)

圖5-33 橫風向反應均方根值 (Scr=6.67，平坦地況) 資料來源：本文整理

圖5-34 順風向反應均方根值 (Scr=11.2，平坦地況)

圖5-35 橫風向反應均方根值 (Scr=11.2，平坦地況) 資料來源：本文整理

第六章 結論與建議