第八章 風力規範修正條文初擬
第二節 建議
不 同 物 體 之 風 力 係 數、風 壓 係 數 之 變 化，與 其 幾 何 形 狀 有 十 分 密 切 之 關 係，無 法 以 簡 單 之 條 件 進 行 歸 納 整 理。因 此 各 國 風 力 規 範 只 能 挑 選 基 本 之 幾 何 形 狀 及 該 國 較 常 見 之 構 造 物，羅 列 於 規 範 中 提 供 結 構 工 程 師 設 計 時 之 參 考。本 文 於 上 小 節 檢 視 各 國 最 新 風 力 規 範 相 關 之 條 文，整 理 出 其 與 國 內 規 範 之 異 同 處。限 於 本 案 研 究 時 間 與 經 費，本文 無 法 對 風 力 係 數 與 風 壓 係 數 作 全 面 性 的 增 修 建 議，鑑 於「 建 築 物 耐 風 設 計 規 範 及 解 說 」 中 各 種 風 壓 風 力 係 數 ， 多 數 引 用 自 早 期 的 ASCE7 相 關 規 定 ，因 此 本 文 僅 節 錄 ASCE7-05 中實用性較高且國內規範並未 明 列 或 不 足 之 構 造 物，包 括 主 要 風 力 抵 抗 系 統 及 外 部 被 覆 物 之 風 壓 係 數 ：
A、封閉或部分封閉式建築物之屋頂
1.外 風 壓 係 數 修 訂 ， 主 要 為 屋 頂 與 水 平 面 所 夾 角 度 增 加 ， 同 時 並 增 加 單 斜 式 屋 頂 之 風 壓 係 數 ；
2.增加雙軸對稱之拱形屋頂(Domed Roof)之風壓係數；
B、開放式建築物之屋頂
1.改變風力分布形式，將原有之風力係數C 改為淨風壓係數f C (net pressure coefficient)，為屋頂上下表面壓力之總和。 N
2.增 加 山 脊 開 放 式 屋 頂(pitched free roof)及 凹 槽 開 放 式 屋 頂 (troughed free roof)之風壓係數。
節 錄 之 ASCE 條文如附錄所示，其中之GCP值 已 根 據 國 內 規 範 3.3 節 之 解 說，將 ASCE 3 秒平均風速對應之GCP值，換 算 為 國 內 規 範 10 分 鐘 平 均 風 速 對 應 之GCP。亦 即 ASCE 規 範GCP之 2.083 倍，即為可供
國 內 規 範 使 用 之 值 。 附 錄 之 條 文 ， 完 全 根 據 ASCE 條文進行中文化，
僅 上 述 之GCP及 長 度 單 位 進 行 換 算，以 符 合 國 內 規 範 之 條 件，其 他 條 文 則 未 進 行 增 刪 。
第六章 最高居室樓層側向加速度
現 行「 建 築 物 耐 風 設 計 規 範 及 解 說 」針 對 順 風 向 建 築 物 最 高 居 室 樓 層 之 尖 峰 側 向 加 速 度，提 出 了 簡 易 計 算 式。至 於 橫 風 向 與 扭 轉 向 所 造 成 的 側 向 加 速 度 ， 僅 規 定 以 可 信 的 方 法 計 算 之 。 該 式 是 以 50 年回 歸 期 設 計 風 速 造 成 之 最 大 位 移 為 基 礎，透 過 風 速 之 比 值 轉 換 為 相 對 於 半 年 迴 歸 期 之 尖 峰 側 向 加 速 度 。 然 而 相 同 結 構 頻 率 於 50 年與半年迴 歸 期 所 對 應 的 風 力 頻 譜 值 有 所 不 同，相 對 應 之 設 計 風 載 重 並 非 為 該 二 迴 歸 期 設 計 風 速 比 值 之 平 方 倍 。 因 此 直 接 由 50 年迴歸期之結構位移 推 論 半 年 迴 歸 期 之 尖 峰 側 向 加 速 度，會 造 成 相 當 之 誤 差。96 研究案(參 考 書 目 17)，已提出針對該現象所做之初步修正模式。
對 於 高 度 較 低 之 中 低 層 建 築 物，其 因 風 力 造 成 側 向 加 速 度 振 動 之 不 舒 適 度，較 不 常 見。為 降 低 結 構 設 計 者 在 進 行 類 似 建 築 物 結 構 分 析 時 之 負 荷，本 文 即 根 據 前 述 之 加 速 度 計 算 式，分 析 各 種 條 件 下 之 中 低 樓 層 側 向 加 速 度 ， 以 評 估 不 需 進 行 加 速 度 檢 核 之 最 低 樓 層 高 度 。
第 一 節
最 高 居 室 樓 層 尖 峰 側 向 加 速 度 初 步 修 正 模 式第 二 節
檢 核 頂 樓 水 平 振 動 舒 適 度 評 估 標 準 之 適 用 性檢 討
為 了 妥 適 檢 核 頂 樓 水 平 振 動 舒 適 度 評 估 標 準 之 適 用 性 ， 本 文 將 計 算 案 例 分 為 三 類，分 別 說 明 於 後。假 設 建 築 物 位 於 台 北 市，地 況 分別 為 A、B、C，斷面積固定為 600 m2， 建 築 密 ρ=300kg/m3， 建 築 樓 層 高 度 為 3 公尺，常態建築自然週期為（T0=樓層/10）。「建築物耐風 設 計 規 範 及 解 說 」規 定 建 築 物 在 半 年 回 歸 期 的 風 力 作 用 下，頂 樓 角隅 加 速 度 不 得 超 過 0.05m/s2。 本 文 研 究 目 的 在 於 研 擬 免 除 檢 核 加 速 度 之 適 用 範 圍，因 此 擬 將 本 項 研 究 的 檢 定 標 準 降 低 為 0.04m/s2。(安全係數 1.25)
A. 檢討建築物高度變異對於頂樓角隅加速度之影響：
假 設 建 築 物 斷 面 深 寬 比 L/B=1/3, 1/2, 1, 2, 3，自然頻率 f0=0.6 Hz，阻尼比 ξ=0.01，建築高度 h=30~100 公尺，計算結果繪製於圖 6-1,
~6-3。研究結果顯示：在地況 A 中，所有計算案例之頂樓加速度均低 於 檢 定 值 ； 在 地 況 B 中，建築物高度低於 70~75 公尺之頂樓加速度 低 於 檢 定 值 ； 在 地 況 C 中，所有計算案例之頂樓加速度均高於檢定 值 。
B. 檢討建築物自然頻率變異對於頂樓角隅加速度之影響：
假 設 建 築 物 高 度 h=50 公尺，斷面深寬比 L/B=1/3, 1/2, 1, 2, 3，阻 尼 比 ξ=0.01，建築自然頻率 f0=0.1~1.0 Hz，計算結果繪製於圖 6-4~6-6。研究結果顯示：若以 f0=0.6 Hz 為該建築物之常態自然頻率，
考 慮 可 能 出 現 ±0.20 的頻率變異性，無論在地況 A, B, C 中的所有計
算 案 例 ， 頻 率 變 異 對 於 頂 樓 角 隅 加 速 度 之 影 響 都 極 為 有 限 。
C. 檢討建築物斷面深寬比變異對於頂樓角隅加速度之影響：
假 設 建 築 物 高 度 h=50 公尺，高寬比 h/√BL=2，自然頻率 f0=0.6 Hz，阻尼比ξ=0.01，斷面深寬比 L/B=0.5~5.0，計算結果繪製於圖 6-7。圖 6-8 則是排除了背景部份的影響，僅只考慮共振部分造成的 振 動 加 速 度。研 究 結 果 顯 示：在 現 有 風 力 規 範 架 構 之 下，建 築 物 高 度 在 50 公尺以下，位於都市或鄉鎮地況（地況 A，B），其頂樓振動加 速 度 應 無 超 過 舒 適 度 容 許 值 之 慮，可 建 議 免 除 該 項 耐 風 設 計 之 檢 核 。
D. 地況 C 中，不同高度建築物之頂樓角隅加速度：
圖 6-9 為在平坦開放地況中（地況 C），不同斷面深寬比之矩形 建 築 物，高 度 分 別 為 50、40、30、20、10m，之頂樓角隅加速度比較 圖。圖 中 數 據 顯 示，在 地 況 C 中，當建築物斷面深寬比 L/B<0.5，建 築 高 度 僅 為 30m 時，依據風力規範所得之頂樓角隅加速度仍略大於 容 許 值。由 計 算 過 程 中 得 知，在 此 條 件 下，頂 樓 角 隅 加 速 度 主 要 是 由 順 風 向 擾 動 風 力 控 制；順 風 向 擾 動 風 力 又 以 背 景 部 分 風 力 為 主，共 振 部 分 風 力 僅 為 前 者 1/5~1/6。所謂背景風力即是大氣紊流自身的時間 變 異 影 響，主 要 是 由 低 頻 風 速 擾 動 所 構 成。人 體 對 於 低 頻 振 動 的 容 忍 度 高 於 較 高 頻 的 振 動 （ 共 振 部 分 ） ； 因 此 在 ASCE7 建議的的順風向 加 速 度 計 算 式 中 ， 只 考 慮 共 振 部 分 的 影 響 。
圖 6-10 為在相同條件下，忽略背景部分，只考慮共振部分風力時 的 頂 樓 角 隅 加 速 度 比 較 圖。圖 中 數 據 顯 示，在 地 況 C 中，當建築高度 低 於 30m 時 ， 頂 樓 角 隅 加 速 度 均 小 於 本 研 究 設 定 之 檢 定 標 準 ， 0.04m/s2。基 於 以 上 原 音，本 文 建 議 在 地 況 C 中，當建築高度低於 30m 時 ， 可 免 除 振 動 舒 適 度 之 檢 核 。
圖
6 - 1 矩 形 建 築 物 具 有 相 同 斷 面 積 不 同 建 築 高 度 之頂 樓 角 隅 加 速 度 比 較 圖 （ 阻 尼 比 ＝
0 . 0 1 ）(資料來源：本研究整理)
圖
6 - 2 矩 形 建 築 物 具 有 相 同 斷 面 積 不 同 建 築 高 度 之頂 樓 角 隅 加 速 度 比 較 圖
（ 阻 尼 比 ＝ 0 . 0 1 ）(資料來源：本研究整理)
圖
6 - 3 矩 形 建 築 物 具 有 相 同 斷 面 積 不 同 建 築 高 度 之頂 樓 角 隅 加 速 度 比 較 圖
（ 阻 尼 比 ＝ 0 . 0 1 ）(資料來源：本研究整理)
圖
6 - 4 矩 形 建 築 物 ， 高 度 為 5 0 m ， 不 同 自 然 頻 率 之 頂樓 角 隅 加 速 度 比 較 圖 （ 阻 尼 比 ＝
0 . 0 1 ）(資料來源：本研究整理)
圖
6 - 5 矩 形 建 築 物 ， 高 度 為 5 0 m ， 不 同 自 然 頻 率 之 頂樓 角 隅 加 速 度 比 較 圖 （ 阻 尼 比 ＝
0 . 0 1 ）(資料來源：本研究整理)
圖
6 - 6 矩 形 建 築 物 ， 高 度 為 5 0 m ， 不 同 自 然 頻 率 之 頂樓 角 隅 加 速 度 比 較 圖 （ 阻 尼 比 ＝
0 . 0 1 ）(資料來源：本研究整理)
圖
6 - 7 矩 形 建 築 物 ， 高 度 為 5 0 m， 不 同 L / B 之 頂 樓 角 隅加 速 度 比 較 圖
(資料來源：本研究整理)
圖
6 - 8 矩 形 建 築 物 ， 高 度 為 5 0 m， 不 同 L / B 之 頂 樓 角 隅加 速 度 比 較 圖 （ 只 含 共 振 部 分 風 力 ）
(資料來源：本研究整理)
斷面積600m2、ξ=0.02
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 L/ B
加速度 (m/s2 )
高度50 高度40
高度30 高度20
高度10
圖
6 - 9 地 況 C ， 矩 形 建 築 物 斷 面 積 為 6 0 0 m2， 不 同 高 度 與 斷 面 深 寬 比
L / B 之 頂 樓 角 隅 加 速 度 比 較 圖(資料來源：本研究整理) 斷面積600m2 h=50 m、ξ=0.02
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
L/B 加速度 (m/s2 )
高度50 高度40
高度30 高度20
高度10
圖
6 - 1 0 地 況 C， 矩 形 建 築 物 斷 面 積 為 6 0 0 m2， 不 同 高 度 與 斷 面 深 寬 比
L / B 之 頂 樓 角 隅 加 速 度 比 較 圖（ 只 含 共 振 部 分 風 力 ）
(資料來源：本研究整理)第七章 應用案例
本 研 究 之 應 用 案 例 分 為 兩 部 份 ， 分 別 是 樓 高 較 高 之 高 層 建 築 與 樓 高 較 低 之 廠 房 建 築 二 種 ， 分 述 如 下 ：
A.高層建築
本 研 究 挑 選 2 棟不同高度之矩形斷面高層建築物，利用現行
「 建 築 物 耐 風 設 計 規 範 及 解 說 」 、 風 洞 歷 時 風 力 結 構 分 析 法 及 本 研 究 提 出 之 風 載 重 計 算 方 式 ， 分 析 等 值 靜 態 風 載 重 ， 以 了 解 條 文 修 正 前 後 之 差 異 。 選 取 建 築 物 之 高 寬 比 為 3 及 6、高度為 90 及 180 公尺，以地況 A、地況 B 與地況 C，進行上述之計算 與 比 較 。 該 建 築 物 之 結 構 參 數 則 以 一 般 性 之 結 構 假 設 之 。
B.廠房建築
挑 選 三 棟 不 符 合 國 內 現 行 風 力 規 範 有 關 橫 風 向 、 扭 轉 向 設 計 風 載 重 條 文 限 制 範 圍 之 廠 房 建 築 ， 利 用 本 研 究 案 建 議 新 增 之 廠 房 式 建 築 物 橫 風 向 及 扭 轉 向 風 載 重 條 文 ， 在 標 準 地 況 A 之逼近 流 場 作 用 下 ， 進 行 設 計 風 載 重 之 計 算 與 比 較 。
第 一 節
高 層 建 築本 案 挑 選 2 棟不同高度之矩形斷面建築物，利用國內現行「建築 物 耐 風 設 計 規 範 及 解 說 」、本 研 究 提 出 之 修 正 式 及 風 洞 試 驗 歷 時 載 重 結 構 分 析，計 算 順 風 向 之 等 值 靜 態 設 計 風 載 重，以 了 解 不 同 分 析 評估 模 式 之 差 異。選 取 高 寬 比 3 及 6、高度分別為 90 公尺及 180 公尺之矩 形 斷 面 高 層 建 築，以 國 內 規 範 標 準 地 況 A、地況 B 與地況 C，進行上 述 之 計 算 與 比 較 。 該 建 築 物 之 結 構 參 數 則 以 一 般 性 之 結 構 假 設 之 。
A. 結構物相關幾何尺寸及動力特性
本 文 選 取 案 例 之 結 構 物 相 關 幾 何 尺 寸 及 動 力 特 性 如 表 7-1。建築 物 斷 面 深 寬 比 為 1/3 之淺矩柱；高度選取實驗範圍之上下限附近之高 度 ， 分 別 為 高 寬 比 3 及 6；實場與模型之縮尺為 300 倍，因此換算之 實 場 建 築 物 之 斷 面 深 寬 為 17.32m/51.96m，高度分別為 90m 及 180m，
樓 層 高 度 固 定 為 3.6m。結構勁度與質量大致依造常見建築物特性設 定 ， 結 構 阻 尼 比 固 定 為 0.01。
B. 順風向平均風力係數及相關函數指數衰減係數
如 表 7-1 所示，基底拖曳力平均風力係數之參考風速為屋頂高度 之 風 速UH。此 處 將C 分解為d C 與dw C ，其中dl C 之參考風速為所計算dw 建 築 物 樓 層 處 之 風 速Uz，C 之參考風速為dl UH。 因 為C 分解為d C 與dw
C 所使用之參考風速不同，故表中之dl C 稍低於d C 與dw C 之線性相加dl 之 結 果 。
表
7 - 1 二 種 案 例 ( 高 寬 比 3 、 6 矩 柱 ) 之 相 關 參 數C. 風洞資料之等值靜載重歷時分析
本 文 藉 由 結 構 分 析 軟 體 ， 代 入 風 洞 試 驗 所 得 之 風 壓 歷 時 資 料 做 為 外 力 加 載，以 求 取 建 築 物 各 樓 層 相 對 應 之 等 值 靜 態 設 計 風 載 重，做 為 本 文 推 導 模 式 與 國 內 風 力 規 範 比 較 之 基 準。以 風 洞 資 料 進 行 等 值 靜 載 重 歷 時 分 析，雖 然 可 說 是 最 為 接 近 結 構 真 實 載 重 之 計 算 方 式，然 而相 當 耗 時 耗 力，同 時 對 於 與 結 構 設 計 者 之 間 的 互 動 需 求 也 較 高。除 了特 殊 結 構 之 要 求 外，一 般 型 態 之 建 築 結 構 設 計 過 程 較 難 符 合 這 要 求，而 仍 以 規 範 形 態 之 模 式 較 為 可 行。以 下 說 明 以 風 洞 資 料 進 行 等 值 靜 載 重
本 文 藉 由 結 構 分 析 軟 體 ， 代 入 風 洞 試 驗 所 得 之 風 壓 歷 時 資 料 做 為 外 力 加 載，以 求 取 建 築 物 各 樓 層 相 對 應 之 等 值 靜 態 設 計 風 載 重，做 為 本 文 推 導 模 式 與 國 內 風 力 規 範 比 較 之 基 準。以 風 洞 資 料 進 行 等 值 靜 載 重 歷 時 分 析，雖 然 可 說 是 最 為 接 近 結 構 真 實 載 重 之 計 算 方 式，然 而相 當 耗 時 耗 力，同 時 對 於 與 結 構 設 計 者 之 間 的 互 動 需 求 也 較 高。除 了特 殊 結 構 之 要 求 外，一 般 型 態 之 建 築 結 構 設 計 過 程 較 難 符 合 這 要 求，而 仍 以 規 範 形 態 之 模 式 較 為 可 行。以 下 說 明 以 風 洞 資 料 進 行 等 值 靜 載 重