第二章 文獻回顧
第二節 相關文獻資料探討
1.設計風載重之相關規範
國內關於建築物的設計風載重於建築技術規則中已作基本的規範，隨風工程科技的進 步，對於建築物風載重作用的機制有更具體的掌握，國外設計風載重的規範亦隨之更新，我 國規範亦逐步更新中。以現行國內規範而言，主要的適用對象以建築物結構系統的風載重為 主要考量，對於建築物附屬設施的受風行為及設計載重則多未提及，僅對於桁架式塔型構造
正，實際工程設計則尚需更細部的風壓資料、擾動性因素的考慮等資料供作參考。
對於建築物附屬設施國內法規之管理方式，在「招牌廣告及樹立廣告管理辦法(93.06.17)」
中規定樹立廣告設置於地面高度超過六公尺或設置於屋頂上高度超過三公尺者均需申請雜 項執照，並經主管建築機關或其委託之專業團體申請審查許可；其他地方縣市對於招牌廣告 及樹立廣告管理亦大多訂定類似的管理規則，透過專業團隊的審查始得發照。
國外包括美、日、紐澳、英國、加拿大等國建築設計相關規範對於建築物設計風載重均 甚為重視，隨風工程科技研發的進步，將研究成果落實於規範條文之間。我國內政部建研所 積極推動各項建築規範的更新與修訂，對於建築物設計風力規範參考國外先進國家修訂，並 逐年推動。本所於民國 91 及 92 年廣泛的比較各國規範中關於設計風載重的考慮方式，則 是以建築物主要結構系統耐風設計及規範架構為探討主軸。
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、實體招牌、開放式招牌等提出風壓估算表以 供查用，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峰在重視範例作為說明，對於工程師從事設計工作助益甚大。
紐澳規範 AS/NZS 1170.2:2002[7]對於設計風載重，以附錄方式補充說明關於附屬設施 設計風力的考慮；在附錄 C 中說明有關圓形穀倉表面風壓的變化，整體順風向平均風力係 數則以單一數值考慮；在附錄 D 中說明有關獨立式單版廣告牌及雨庇的設計風載重，相關 風力係數均以查表方式取得。由以上舉例說明，顯示國外規範對於建物附屬設施的設計風力 亦十分重視，以避免風災的損失，國內關於此部份則仍有待強化。
2.建築物附屬設施氣動力實驗成果
本所過去於低層建築物風載重研究已累積相當多，包括屋頂風載重分布、水塔風載重等 的資料，配合目前低層建築物常見的附屬設施發展趨勢對風載重的影響，可進一步通盤檢討 各不同類型附屬設施耐風性能，值得持續研究。
本所 95 年研究計畫「建物附屬設施及臨時構造物耐風設計準則之探討」討論包括水塔 與招牌廣告物之風載重，水塔構造物以力平衡儀進行整體風力量測，研究成果顯示水塔模型
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直立時，阻、升力係數均未隨模型高度及距地高度而變化，約略為一定值，其中阻力係數也 符合 ANSI 規範中圓柱型建築之風力係數，其值約為 0.7。因此對於水塔之阻升係數設計規 範，可以地面上之圓柱型建築之規範當參考值設計，其最大誤差在 5%之內。
研究顯示，提高圓筒型水塔高度，促使受風力作用面積的形心位置提高，使得傾倒彎矩 上升，其可視為建物在受風場下受力的指標。對於水塔腳座設計而言，需增加柱腳抵抗拉拔 及彈性挫曲的能力，單就筒體本身所受風力改變並不大。
在模型垂直設置結果發現，由於模型左右對稱，因此 C
Fmx
也約略為一定值，而 CFmy
則 是隨著模型越遠離地面而增加，如將距地高度以特徵長度柱寬無因次化為距地比，可發現 CFmy
隨距地比增加，在 0~0.8 區段間由約 0.3 上升至 0.5 左右，此一數據可作為設計參考。實驗中發現，橫置模型之一般化外力皆比模型直立時大，因此在設計上需與直立情況作 區隔，而橫風向及順風向之最大一般化外力皆發生於風向角 45∘時，其橫風向一般化外力 係數 C
Fmy
在 45 度風向角時較 0 度條件下增加約 50%，顯示不對稱外形對其設計風力影響 甚大，評估設計風力必須注意風向角的影響。紐澳規範中對於廣告招牌等設計風力的考慮均 含風向角的影響，顯示其影響不可忽視。本研究採用力平衡儀進行整體風力量測，如需考慮局部風壓時變性的變化，仍須由表面 風壓量測成果，進一步分析其對結構系統內力的影響。
3.低層建築物之受風作用
本所 95 年研究計畫「低層廠棚式建築物風載重評估之研究」取用四種不同屋面坡度的 系列低層建物模型，運用同步量測技術，獲得表面風壓資料，探討不同幾何尺寸與風向角作 用下的低層建築物受風作用特性，分析包括風壓係數的統計特性、分布特性，並利用正交模 態分析(POD)了解風壓作用的特徵結構。同時利用相關性積分法探討結構系統的受風反應及 推估最大等值靜載重。表面風壓量測顯示，低層建築物由於浸沒大氣邊界層流場的底層，為 高紊流強度的流場作用，建物表面風壓的分布具有高擾動性風壓及尖峰風壓作用，特別是角 隅處由於流場分流的影響，通常有甚高的尖峰風壓作用，尖峰因子可能較一般高層建築更 高。風壓機率密度函數屬於左偏的型態，在角隅及屋頂邊緣地帶，峰度係數可達 6 ~ 9 之間，
其風壓機率密度函數屬於高狹峰形態。由表面風壓分布與建物幾何尺寸的關係探討顯示，相
三維流場機制應相似。低層建築物表面風壓分布的重要尺度因子為建物高度，不論是表面風 壓、擾動性風壓或尖峰風壓分布均顯示與建物高度有比例上的關係。
(1)平均風壓係數分布
山形廠房建築物在風向與屋脊垂直時，表面平均風壓隨屋頂坡度變化如圖 2-6 所示。由 圖中顯示屋頂坡度 1:1 及 1:2 的建物模型，屋頂迎風區有正風壓的分布，而屋頂坡度 1:4 及 1:8 的建物模型，則全屋頂面上均為負風壓的分布，顯示在屋頂坡度角大於 27 度時，位於迎 風側的屋頂面上有直接受風作用產生的正壓，屋頂坡度角小於 27 度時，屋頂面風壓主要來 自渦流作用，因此以負壓為主。
風向與屋脊平行時，建築物表面平均風壓分布如圖 2-7 所示，不同屋頂坡度建築物其平 均風壓係數分布情形亦類似，顯示在此主導表面氣流作用的是越過建築物三維渦流作用，在 不同深高比(建築物順風向屋脊長度與側牆高度之比)條件下如圖 2-8 所示。而深高比的增加 使下游區的分布有持續延伸的表現，因上游區屬分離剪力層渦流直接作用區，而下游區則屬 在接觸作用後的區域。
22 -0.09-0.09
-0.09
0.62
0.68
-0.04
-0.04
-0.04 0.02
0.62
0.18 0.24
0.24
-0.5-0.5-0.4-0.3-0.3-0.2-0.2-0.2
-0.1
(a) (b)
24 0.11 0.180.40 0.250.32 0.47
-0.54 -0.47
-0.40 -0
0.11 0.19 0.26
0.26 0.330.40 0.48 0.48 -0.40-0.32
-0.25
0.10 0.14
0.14 0.18
0.18 0.220.26
0.260.340.30 0.46
-0.22 -0.18
-0.18
0.020.06 0.10 0.140.190.27 0.310.23 0.36 0.440.40
0.44 0.44
0.48 -0.41 -0.28 -0.24-0.32
-0.20 -0.28-0.24 -0.20 -0.11-0.15
平行於屋脊時，迎風的第一組剛構架受到最大的風壓擾動作用，如考慮到空間相關性 時，對於第一組剛構架應會有較高的等值靜載重。
風向與屋脊垂直時，屋頂坡度越小的模型，在屋頂上游邊緣區，擾動性風壓有越 高的趨勢。特別是在屋頂坡度比為 1:8 的屋頂面上，角隅處的擾動性風壓係數有大幅 提升的現象，顯示在低緩的屋頂面上角隅處有較強烈的角錐型渦流形成，而在較高屋 頂坡度的屋頂面角隅則較不強烈。對於屬背風面的牆面上擾動性風壓則有隨屋頂坡度 趨緩而小幅下降。
比較不同模型的表面擾動性風壓分佈情形顯示，主要擾動風壓變化具有類似的分 布情形，顯示對於類似幾何構形的建築物其風壓擾動作用機制甚為相似。
(a) (b)
圖 2-9 風向與屋脊平行時，深高比 4，山形廠房建築物模 型 表 面 擾 動 性 風 壓 係 數 分 佈 ， (a)屋 頂 坡 度 1:1， (b)屋 頂 坡 度 1:8。
資料來源：本研究繪製
0.3
0.3 0.2 0.1 0.3 0.3 0.2 0.1
0.3 0.2 0.1 0.1
MODEL : A40 CP(rms)
ANGLE : 0
0.3
0.1 0.2
0.3 0.3 0.2 0.1
0.3 0.2 0.1 0.1
MODEL : D40 CP(rms)
ANGLE : 0
26 0.04 0.06 0.080.170.120.100.14 0.19
0.020.020.040.040.060.080.080.100.120.120.14
0.14 0.170.170.17 0.020.04 0.060.08 0.100.14 0.12 0.170.19
0.19
0.020.040.060.080.100.120.12
0.12
0.12 0.14
0.14
0.14
0.17 0.14
0.17
0.17 PRMS MODEL : A40
ANGLE : 90
0.030.06 0.08 0.11 0.14 0.14 0.280.31
0.030.030.060.060.080.110.110.140.140.17
0.17
0.03 0.060.08
0.11 0.14
0.17
0.030.03 0.060.06
0.08
0.19 0.220.220.250.280.31
PRMS
高，相對的隨屋頂坡度的增加，尖峰風壓作用則趨緩。 1.971.97 -2.93
0.030.06 0.08 0.11 0.14 0.14 0.280.31
0.030.030.060.060.080.110.110.140.140.17
0.17
0.03 0.060.08
0.11 0.14
0.17
0.030.03 0.060.06
0.08
0.19 0.220.220.250.280.31
PRMS
28 脊夾角約 23 度附近在上游角隅處有甚嚴重的負風壓出現。Ginger(2000)對低層廠房的 載重條件研究時，指出夾角 30 度時，出現特殊的載重狀況。
(a) (b)
30
第 一 節 研 究 內 容
本研究探討低層建築物附屬設施所受風載重的特性，參考國外案例與規範的比較，
歸納國內從事建築物附屬設施設計工作時應注意的要項或法則，並檢討補充規範內容 的必要性。同時本研究利用剛性模型的氣動力實驗建立包括變化屋頂型式、女兒牆影 響與模型位置等多種建築物附屬設施受風載重的模式，並對其擾動性風載重特徵，包 括頻譜、尖峰因子、模態分佈等資料逐步累積，確立常見型態的建築物附屬設施受風 作用基本資料，以供設計者參用。研究中針對氣動力實驗模型搭配結構系統，並由實 驗載重資料及結構反應分析，了解較為優越的結構系統設計或桿件安排建議，有助於 提升類似建築物耐風性能設計參考，並協助本所風雨風洞實驗室建立此類結構物風載 重實驗量測與資料分析能力。
本計畫將建立低層建築附屬設施風載重評估所需資料及耐風設計策略探討，對於 低層建築物附屬設施的耐風性能評估應包括：不同屋頂構型外型對於建築物附屬設施 的風載重影響，安裝位置對於附屬設施本身所受風載重的影響，建築物附屬設施自身 氣動力載重的特徵，結構支撐系統在受到風載重作用下的結構反應評估等面向。就以 上各面向進行整合研究，並提出建議，將有助於提昇低層建築物附屬設施的耐風性能，
研究方法採用之原因如下：
1. 國內外相關研究文獻的探討：針對低層建築附屬設施設計案例，蒐集相關案例風載
1. 國內外相關研究文獻的探討：針對低層建築附屬設施設計案例，蒐集相關案例風載