文獻回顧文獻回顧文獻回顧文獻回顧

第二章

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第一節第一節第一節

第一節相關規範相關規範相關規範相關規範

該部分包括國內外風力規範有關高層建築設計風力之彙整，與相關風洞試驗資料之蒐集。經由研究各風工程先進國家風力規範之內容，包括規範制定之精神、緣由、特殊限制及理論等等，並進行相互間之比較與分析，有助於對國內規範相關規定之擷長補短，以符合國際風工程界對風力規範之發展趨勢。

國際間值得研究之風力規範大致包括：美國 ASCE(參考書目 1)、日本 AIJ(參考書目 2)、澳洲、紐西蘭 AS/NZS(參考書目 3)、加拿大 NBC(參考書目 4)、英國 BS(參考書目 5)等等。因為順風向風力之成因有適用之理論基礎加以描述，各國之相關規定大同小異。橫風向及扭轉向風力則由於形成之原因相當複雜，各國規範對於其計算方法仍有相當大之差異。目前日本與澳洲規範已將渦散現象導致之橫風向與扭轉向風力計算式明列於條文之中，國內現行規範即是修改日本規範相關條文而訂定。

各國風力規範中計算順風向設計風力的流程相當近似，分別計算風速壓、陣風反應因子、風壓係數及受力面積後，各層樓的等值風力載重即為前述四項參數的乘積。在風速壓部分，規範中通常將迎風面風壓與背風面風壓分開計算。在結構物各層樓上，迎風面風壓各國規範均令風壓隨高度而改變，但背風面風速壓的規定則有所差異。國內「建築物耐風設計規範及解說」 (參考書目 21)、ANSI 及 AS/NZS 規範均採用建築物高度之背風壓作為任意高度上的背風壓。 AIJ 則採用與迎風面相同的風速壓模式，定義背風壓的高度變化。迎風面的速度壓與風速剖面息息相關，除 AS/NZS 外，各國風

力規範均採用指數律，但指數值與邊界層厚度則不盡相同。

各國規範中差距最大且不確定者，應屬陣風反應因子。陣風反應因子為最大反應與平均反應的比值。對於高層建築來而言，當其高寬比大於 5，基本振態頻率小於 1Hz 時，受強風作用會產生結構動力效應，因此陣風反應因子通常包含了流場與結構特性的參數在內。在「建築物耐風設計規範及解說」、 ANSI 中，依結構動力特性將封閉式建築物區分為一般建築物與柔性建築物。對於一般建築物計算等值風力載重方式與柔性建築物相似，陣風反應因子計算略為簡化。

橫風向與扭轉向設計風力部分，日本與澳洲規範皆透過風洞實驗結果迴歸所得之風力頻譜經驗式進行計算。由於實驗之限制，其規定皆限制風行進方向垂直於建築物之正面，且建築物處於受風之最壞狀況。日本規範（ AIJ 1996）橫風向風力條文之頻譜適用範圍為高寬比介於 3.0~6.0、深寬比介於 0.2~5.0 之間。

由於日本規範橫風向風力頻譜經驗公式只有一種，並不考慮地況之差異，且日本規範之地況定義與國內規範之定義亦有所差距。因此，本研究對於國內規範橫風向風力條文之修訂，以風力頻譜經驗公式之修訂為主：包括以該規範之標準地況為逼近流場之形成條件，並以同步量測之風壓實驗做為頻譜取得之方式，期能得到更準確且合乎國內建築環境之風力條文。

下列章節參考鄭、吳、陳、張等人 (參考書目 19、20)及各國規範，詳列其他國家相關之風力規範條文，包括美國 ASCE 7-02(參考書目 1)、日本 AIJ 96(參考書目 2)及澳洲 /紐西蘭 AS/NZS

1170.2:2002(參考書目 3)。而國內規範順風向相關公式引自 ASCE7-02，橫風向相關公式引自 AIJ96，在此不重複描述。

1. 美國美國美國美國 ANSI/ASCE 7-02 之順風向風力公式之順風向風力公式之順風向風力公式 (參考書目 1) 之順風向風力公式

( ) ( ) ( )

f w l

W z = q z C GA + q h C GA

（ 2-1）

其中，

W

_f( )

z ：地面以上 z 處高度之順風向風力； q z ：地面以

( ) 上 z 處之風速壓；

C ：迎風面風力係數；

C ：背風面風

_l 力係數； G ：陣風反應因子； A ：地面以上 z 處之有效 受風面積； h ：平均建築物屋頂高度。

各項參數計算如下：平均風速剖面

平均風速剖面平均風速剖面 平均風速剖面

33 60

V b Z V

 

α

 

=   × ×   (2-1) 其中，

V 為 Z 高度處每小時平均風速

_Z (ft/sec)； V 代表平坦地況

10 公尺高之 3 秒陣風平均風速 (mile/hour)； Z 代表等值 高度（＝ max(0.6h,Z

min

)）；α 代表指數值； b 內含不同 地況之轉換之係數以及 3 秒陣風轉小時平均風速之係數

紊流強度紊流強度紊流強度 紊流強度

( )

³³

^{1/ 6}

T z I c

= =

Z

(2-3) 其中， Z 為等值高度(=max（ 0.6h,Z

_min

）)，單位為英尺；c 為紊流

強度因子。

紊流積分尺度紊流積分尺度紊流積分尺度 紊流積分尺度

Z 33

L l Z

 

ε

=  

  (2-4)

其中， l 為長度尺度係數，單位為英尺 ft；ε 為紊流積分尺度之指數值。

頻譜因子頻譜因子頻譜因子 頻譜因子

( )

1 5 / 3 1

7.47 1 10.3

R N

N

= + (2-5)

其中，

N ₁

nL

_Z /

V

_Z：約化頻率； Z ：等值高度，單位為英呎；

(

^{/ 33}

)

L

Z =

l Z ^ε

，紊流積分尺度單位亦為英呎；

V ：在等值

_Z 高度 Z 上之地況風速。

陣風因子陣風因子陣風因子陣風因子

分為剛性建物 (

n ₁

≥1.0

Hz

)及柔性建物 (

n ₁

<1.0

Hz

)兩種情況：剛性建物 (

n ₁

≥1.0

Hz

)，陣風因子僅考慮背景部分

1 1.7 0.925

1 1.7

Q z v z

g I Q

G g I

 + 

=  

 +  (2-6)

0.63

1 1 0.63

Q

B h L

=  + 

+  

 

(2-7)

其中，

I ： z 處之紊流強度；Q 為背景部分因子，B：垂直於來風

_Z 方向之建築物水平尺度；

L ： z 高度處紊流之積分長度尺

_Z 度。

柔性建物 (

n ₁

<1.0

Hz

)，陣風因子為背景部分擾動極值加上共振部分擾動極值。

2 2 2 2

2. 日本日本日本日本 AIJ 1996 之順風向風力公式之順風向風力公式之順風向風力公式 (參考書目 2) 之順風向風力公式

f H f f

W

q C G A

(2-12)

其中：

W ：順風向設計風載重；

q

_H：參考高度 H 處之設計風速壓； H：參考高度，一般使用建築物的平均屋頂高度為代表；

C ：風力係數；

G ：陣風反應因子； A ：z 處高度之

_f 投影面積。

各項參數計算如下：

平均風速剖面平均風速剖面平均風速剖面 平均風速剖面

( ) ₀

^1.7

U Z U Z

在文檔中高層建築耐風設計風力頻譜與風載重之修訂研究 (頁 24-29)

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