第二章 文獻探討
第一節 水塔及煙囪等構造物的設計風力
壹、國內規範相關規定
有關煙囪構造物在建築技術規則建築設計施工篇第七章雜項工作物中已 有基本結構形式的定義，第 146 條 (煙囪之構造)煙囪之構造除應符合本規 則建築構造編、建築設備有關避雷設備及本編第五十二條、第五十三條 (煙 囪高度) 之規定外，並應依下列規定辦理：
1. 磚構造及無筋混凝土構造應補強設施，未經補強之煙囪，其高度應依
本編第五十二條第一款之規定(指伸出屋面高度不得超過九十公分)。
陣風反應因子乃考慮風速具有隨時間變動的特性，及其對建築物之影
表 2-1 煙囪、水塔等之風力係數，Cf
q(z)：風速壓，kgf/m2
(4) 計算設計風力所用之受風面積為，結構物投影在與 風向垂直之平面上的面積。
(資料來源：「建築物耐風設計規範及解說(95 年版)」)
貳、美國 ANSI/ASCE 7-02 相關規定
ANSI/ASCE 7-02 對於建築構件(components)與外牆(cladding)提出建議設 計風壓與風力計算公式，對於如煙囪、圓桶穀倉、屋頂設備等提出風力係數 表以供查用。
f
同時ASCE 出版「Guide to the use of the wind load provisions」補充說明規 範使用方式，其中並舉單版式招牌設計風載重示範例作為說明，對於工程師 從事設計工作助益甚大。
叄、 紐澳 AS/NZS 1170.2:2002 相關規定
紐澳規範AS/NZS 1170.2:2002[7]對於設計風壓，依規範 2.4.1 節規定，採 用下式進行估算： 氣動力外形因子(aerodynamic shape factor)，Cdyn為動力反應因子(dynamic response factor)。
氣動力反應因子Cdyn主要用於考慮對於擾動風力作用敏感的結構動力效
此係數可計算各部份的表面風壓，對於垂直於表面(normal to the surface)的風 壓以指向表面的方向為正，離開表面的方向為負；對於平行於風向的表面摩 擦阻力(frictional drag)以順風向為正。因此定義Cfig即可適用於各不同結構表 面風壓計算所需，AS/NZS 1170.2:2002 對於不同類型的建築結構物設計風載 重，以附錄方式補充說明：附錄C 中說明有關圓形穀倉表面風壓的變化，附 錄D 中說明有關獨立式單版廣告牌及雨庇的設計風載重，附錄 E 中說明有關 獨立結構構件及格柵式高塔風壓的變化，附錄 F 中說明有關旗幟及圓形結構 風壓的變化。以下就與圓筒型構造物設計風壓的考慮方式加以說明：
圓筒型建築構造物包括如圓形倉儲、水塔、穀倉等構造物，AS/NZS 1170.2:2002 附錄 C 中定義包括表面局部風壓係數及整體阻力係數兩類資料。
在表面局部風壓方面，沿圓週上的風壓係數以下式計算：
) ( )
( 1
,b b b p b
p k C
C θ = θ (2.10)
其中θb為以風向軸線起算的圓週角，k 為修正係數，b Cp1(θb)為外風壓係 數，可用
b b
b b
b b
Cp1(θ )=−0.5+0.4cosθ +0.8cos2θ +0.3cos3θ −0.1cos4θ −0.05cos5θ 加以估算，相關圖說如下圖所示：
圖 2-1 圓筒狀構造物各部尺寸說明 (資料來源：AS/NZS 1170.2:2002)
圖 2-2 依 AS/NZS 1170.2:2002 規範計算所得圓筒狀構造物表面各圓周角的 平均風壓係數
(資料來源： AS/NZS 1170.2:2002)
對於整體阻力係數AS/NZS 1170.2:2002 附錄 C 中建議直接採用 0.63，參 考的受風面積為圓筒本身的投影面積(b× 。 c)
圓筒型建築構造物屋頂面的風壓係數在AS/NZS 1170.2:2002 附錄 C 中亦 有詳細的定義，計算所需的氣動力外形因子Cfig依下式計算：
l a e p
fig C K K
C = , (2.11)
其中Cp,e為外風壓係數(external pressure coefficients)，依下表決定，K 為a 面 積 折 減 因 子(area reduction factor) ， K 為 局 部 風 壓 因 子 (local pressure l factor)，通常可直接取用 1.0。
表 2-2 圓筒形穀倉或水塔屋頂面外部風壓係數Cp,e Zone A Zone B
-0.8 -0.5 (資料來源： AS/NZS 1170.2:2002)
圖 2-3 AS/NZS 1170.2:2002 有關圓形穀倉設計風壓考慮的典型型式 (資料來源： AS/NZS 1170.2:2002)
肆、日本 AIJ 規範相關規定
日本規範(AIJ Recommendations for loads on buildings，2004 版)中對於建 築附屬構造物的設計風力並未做出明確的規定，但針對於不同幾何形狀的建 築物或構建則有提供參考的設計風力係數，與圓筒形設施較為接近的規範規 定 於 圓 柱 體 建 築 結 構 物 的 設 計 風 力 部 分 ， 圓 柱 體 建 築 結 構 物 如 滿 足
) / ( 6 m2 s
DUH ≥ ，且H/D≤8，提出風力係數經驗公式，並利用簡易表格加 以評估，如圖2-4 所示。
圖 2-4 日本 AIJ 規範中建議之圓柱體風力係數
(資料來源：日本規範(AIJ Recommendations for loads on buildings，2004 版))