有關高層建築之風力研究，目前多以風洞模型試驗為主要之方法。而綜 觀現有之相關氣彈力研究中，儘管柔性氣彈模型(flexible aeroelastic model)能 更真確地反映真實建築之動態行為，在容許的範圍內此類問題常代以簡化的 剛性氣彈力模型(rigid aeroelastic model)進行分析，以免除模型製作上較難克 服之困難，並得以有效節省試驗所需之人力、經費與時間。茲將剛性氣彈力 模型國內外典型之風洞試驗研究簡述如後：
結構物受風產生渦散作用之主要特徵指標為史特赫數，當高層建築之自 然頻率與渦散頻率接近時將發生共振，結構物橫風向位移反應明顯放大，此 時若在小幅度的風速範圍內略為提升風速，渦散頻率並不隨風速提高。此鎖 定現象(lock-in)乃橫風向位移與外力間互制機制中重要的氣彈力效應。
渦散造成的氣彈力現象會受結構阻尼與來風紊流強度等因素所影響，在 低結構阻尼及低紊流強度的情況中常會呈現明顯的氣彈力現象。針對高寬比 為 10 的細長方柱、來流風速剖面指數為 0.1 及 0.3、結構阻尼比在l.5%以下 時，Kawai[8]於模型試驗中發現，方柱在橫風向之位移呈現發散之結果。
Vickery與Steckley[16]於來流風速剖面指數為 0.112、建築物高寬比為 13.3、
阻尼比為 0.5%的風洞實驗中也發現了類似位移發散的情形。Matsumoto[12]
在高寬比為4 之矩柱氣彈力模型試驗指出，於均勻紊流場以及風速剖面指數 分別為0.2 與 0.4 等三種來流風場情況中，只有長寬比小於 1.0 的矩柱會發生 渦散引發的自勵振動行為(self-excited)；而在高結構阻尼、高紊流強度下，則 不易發生氣彈力現象。此外，Kawai[17]指出，在高寬比為 10 的方柱於均勻 風場中，當結構阻尼比為高於 1.13%時，便無渦散造成的振動；Kwok與 Melbourne[13]亦指出，高寬比為 9 的方柱在城市地況中，當結構阻尼比在 0.25%以上時便無鎖定現象發生。
Cheng[18]以高寬比為 7 與 5 的方柱於不同大氣邊界層流場進行氣彈力風 洞實驗，結果顯示於平坦地風場中(詳見圖 3-2)，當Scr小於 2.18 時，兩種高 寬比(5 與 7)之方柱皆出現渦散現象與急流現象合併發生的狀況，負值氣動力 阻尼於共振風速之後便維持在最低值；當Scr介於 2.76 與 5.82 之間時，則僅 出現渦散造成之鎖住現象，負值氣動力阻尼於共振風速處有最小值；而當Scr
大於6.28 時，氣彈力不穩定現象消失，氣動力阻尼成為正值。本研究中針對 高寬比為7 之方形柱體在平坦地況時，依據Scruton number變化，做出以下 3 種分類：
(1) 氣動穩定(aerodynamic stable)：本區段定義在 Scr≧6.28 區間。
(2) 氣動不穩定(aerodynamic unstable)：本區段位於 2.76≦Scr≦5.82 區間 內。
(3) 氣動發散(aerodynamic divergence)：本類落在 Scr≦2.18 區間內。
另於來流風場形態屬都市地形時(圖 3-3)，可能因較大的紊流強度破壞渦散 作用的完整性而使結構未能在共振風速附近發生氣彈力不穩定之鎖定現象，
故其氣動力阻尼皆為正值。
(a) 氣動穩定
(b) 氣動不穩定
(c)氣動發散
圖3-2 平坦地況頂部反應均方根圖 資料來源：Cheng[18]
圖3-3 都市地況頂部反應均方根圖 資料來源：Cheng[18]
陳等[19]利用剛性方柱模型於大氣邊界層來流風場中以強制搖擺方式運 動，量測柱體表面風壓並過濾出其中氣動力阻尼特徵值，進而配合結構動力 分析程式推估建築物氣彈力位移反應。由於其結果與Cheng[18]氣彈力實驗量 測結果相符，證實運用氣動力阻尼觀念可適當描述結構物與流場互制行為的 氣彈力反應特性。