4-1 平均風壓係數
平均風壓係數由各風壓孔量測資料的時域平均求得，可代表流場對建物 作用的重要特徵結構，但直接採用平均風壓做設計有低估的風險，配合尖峰 風壓資料則可推估陣風因子。本研究控制的實驗條件包括風攻角、屋面坡度 及深高比等，分別討論如後。首先針對屋面坡度 1:1 的建築物模型在攻角為 零的條件下，其平均風壓係數分佈情形如圖 4-1 所示，平均風壓分佈在不同 深寬比的屋頂面風壓分佈在接近上游邊緣的區域相當的接近，而隨深高比增 加，對於後半部（下游區）的平均風壓分佈大體上為均勻分佈的情形，可視 作下游區段的壓分佈隨深高比的增加呈現延伸的現象，前緣最大的平均風壓 係數可達-0.8 ~ -0.6 之間，多在-0.6 附近。此區域所佔帶寬深度約為建築物側 牆高度的一半(0.5h)，隨模型深高比的增加，平均風壓係數有逐漸回升的現 象，由此系列圖顯示，下游區的風壓分佈多是中央帶寬風壓均勻延伸的趨勢。
由此顯示影響低層建物屋頂面上風壓分佈情形的重要因子是建物高度，以建 物高度作為界定不同風力作用型態區域的尺度是合適的。
-0.6 -0.6
-0.4
0.6
0.4
0.6 0.4 0.2 -0.4
-0.2 -0
.4
-0.2
-0.2 -0.2
MODEL : A10 0.0
CP(mean)
ANGLE : 0°
圖4-1(a) 平均風壓係數分佈圖 (屋面坡度 1:1，模型深高比 1.0，風攻角 0∘)
-0.6 -0.8
0.6
0.4
0.2
0.6 0.4 0.2
-0.4 -0.2 -0.4
-0.2
0.0
0.0 0.0
MODEL : A20 CP(mean)
ANGLE : 0°
圖4-1(b) 平均風壓係數分佈圖 (屋面坡度 1:1，模型深高比 2.0，風攻角 0∘)
-0.6 -0.4 -0.2
0.0 0.0
0.0 0.0
0.6
0.6
0.4
0.2 0.20.4
0.6 0.0
MODEL : A30 CP(mean)
ANGLE : 0°
圖4-1(c) 平均風壓係數分佈圖 (屋面坡度 1:1，模型深高比 3.0，風攻角 0∘)
0.8
-0.8
0.6 0.4 0.2 0.0 -0.6
-0.4
-0.6
0.0 -0.2
0 0.6
0.2 .4
0.0
MODEL : A40 CP(mean)
ANGLE : 45°
圖4-2(c)平均風壓係數分佈圖 (屋面坡度 1:1，模型深高比 4.0，風攻角 45∘)
0.6 0.6 0.4 0.2
0.0 0.0
-0.4
-0.4
-0.2 0.0 -0.4 -0.6
MODEL : A40 CP(mean)
ANGLE : 68°
圖4-2(d)平均風壓係數分佈圖 (屋面坡度 1:1，模型深高比 4.0，風攻角 68∘)
0.6
0.2
-0.4
高比，對表面風壓分佈的影響僅是類似的平均風壓分佈情形，沿屋脊長軸
0.60.6 0.4 0.00.2
0.6 0.6 0.4 0.2 0.0
0.2
-0.4 -0.4
-0.2
-0.2 -0.4
MODEL : A30 0.0
CP(mean)
ANGLE : 45°
圖4-4(c) 平均風壓係數分佈圖 (屋面坡度 1:1，模型深高比 3.0，風攻角 45∘)
0.0 0.2 0.4 0.6
0.60.6 0.4 0.2 0.0
0.4 0.2 0.0
-0.6 -0.6 -0.4
-0.2
MODEL : A40 0.0
CP(mean)
ANGLE : 45°
圖4-4(d) 平均風壓係數分佈圖(屋面坡度 1:1，模型深高比 4.0，風攻角 45∘)
0.40.6
0.4
0.6 分流(separation)的位置，A 組模型由於斜度最大，當風攻角不為 0∘時，其受 正壓區開始由斜面牆往側邊移動，但對整體而言，迎風之側牆及屋頂部分仍 受正壓，而背風面則皆為負壓，其分界點出現在模型屋頂頂端，即從此處開 始產生分流。
B 組模型斜度較小於 A 組，實驗中發現其迎風面屋頂之壓力分佈有較特 別之情況，在此斜度下，壓力分佈並不如A 組之穩定發生在屋頂頂端，大致
上風攻角 45∘之前迎風面屋頂前端區(接近來流處)有負壓產生，也即分流在 屋頂前端產生。而45∘附近則在屋頂頂端後緣出現最大平均負壓，45∘之後 隨攻角增加壓力分佈則在迎風面屋頂前緣及頂端之後呈現兩處接近之負壓，
而當風攻角為90∘時，在屋頂中央區域處為正壓區，此可能為流體在經過迎 風側牆頂端處時，間歇地發生微小的分離所造成。
C 組及 D 組斜度則出現較相同之結果，其分離皆發生在迎風面之側面銳 緣，因此在靠近銳緣後之區域產生最大負壓，其約以風攻角45∘為分界，由 原迎風面慢慢轉至側牆頂處。
改變風攻角為影響模型壓力分佈最重要的因子，大致而言，正壓區皆隨 風攻角變化而移動，皆正對來流，而負壓區亦同，但其與模型深度及斜度皆 有關係。
當風攻角由 0∘變大時，各組模型之最大平均風壓皆處於迎風面上，隨 攻角增加漸漸轉向，而在45∘時出現分界，迎風斜面牆與迎風側面交界附近 出現最大正壓，但隨深度不同有些微差距，以3h 為界線，低於 3h 時偏向迎 風斜面牆，而大於此則偏向側牆，大於45∘之後正壓分佈則漸漸偏向側牆中 心。
而最大平均負壓區也約發生在45∘時，A 組及 B 組模型皆發生在屋頂頂 部背風側前緣處，但A 組之最大平均負壓區出現在 34∘附近。C 組亦同 A、
B 組，但由於屋頂斜度較低，在迎風面側牆處開始出現較大負壓，而 D 組由 於斜度最低，最大平均負壓區則出現在側牆前緣頂端處。值得注意的是，隨 著模型深度的增加，最大平均負壓也呈現上升的趨勢。
而隨風攻角由0∘轉至 90∘，背風面處並無顯著之變化，呈現較穩定的 負壓，而兩邊之斜面牆在攻角90∘時為對稱狀況，模型整體受壓分佈成對稱
狀態，也符合對稱物體之受壓情況。
4-2 擾動性風壓係數
擾動性風壓係數如圖 4-7 所示，攻角為零時，分佈在上游側附近達最 大，且不同深高比模型皆近似，隨深高比的增加，其下游區呈近似均勻的 區域延伸。顯示下游區屋頂面因三維渦流再接觸現象發生後，紊流擾動趨 於下降。取相同的深寬比，比較不同屋面坡度模型的擾動性風壓分佈，如 圖 4-8 所示，並無明顯的差異，顯示在零攻角條件下，擾動性風壓係數的 變化與模型深度及屋面坡度無密切相關。
0.3
0.3
0.1 0.2 0.1
0.3
0.3 0.3
0.2
0.1
0.3 0.3
0.3 0.2
0.1
0.1
MODEL : A20 CP(rms)
ANGLE : 0°
圖4-7(a)擾動風壓係數分佈圖 (屋面坡度 1:1，模型深高比 2.0，風攻角 0∘)
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°
圖4-7(b) 擾動風壓係數分佈圖 (屋面坡度 1:1，模型深高比 4.0，風攻角 0∘)
0.3
0.2
0.1 0.3 0.3
0.3 0.2 0.1 0.1
0.3 0.3
0.3 0.2
0.1 0.1
0.1
MODEL : A30 CP(rms)
ANGLE : 0°
圖4-8(a) 擾動風壓係數分佈圖 (屋面坡度 1:1，模型深高比 3.0，風攻角 0∘)
0.3
0.2
0.2
0.4
0.30.4 0.6
0.5 有較大的擾動，因為此處產生的渦散現象(vortex shedding)會使壓力產生較大 的變化，此節主要即探討改變不同參數擾動變化的情況。
風攻角 0∘時，由於接近分離點亦即越接近渦流形成區，此處的速度及
壓力擾動越強烈，因此模型深度小時，除迎風面外其餘之擾動壓力係數皆為 較大值，而隨深度增加，較遠離渦流發展區之後，擾動壓力強度也隨之降低，
由實驗數據可得約在深度2h 之後即呈現一較低強度的擾動。
由於斜度越大時，來流流經物體前端銳緣處產生分流現象之角度也跟著 變大，造成屋頂前緣部分形成較混亂的流況，因此隨著斜度的降低，同一深 度之擾動風壓則呈現下降趨勢。
擾動風壓係數較大區域應為分流區之後，改變風攻角後，因為分流區位 置改變，因此屋頂區擾動風壓係數較大之區域應接近於平均風壓係數較大負 值之區域，實驗上也有此趨勢，且由實驗結果可明顯看出最大擾動風壓之區 域即為最大負壓發生之區域。而在斜面屋頂及側牆部份，由於低矮建築主要 渦散形態為拱型渦流，馬蹄形渦流影響相對較小，且隨模型深度增加而降低，
因此擾動風壓也隨深度增加而下降。
4-3 尖峰風壓係數
尖峰風壓係數代表局部瞬間出現的風壓作用，外部披覆物設計時須加以 注意，尖峰風壓的分布與流場紊流特性及建物幾何外型對周邊流場的影響有 密切的關係，本研究將量測所得資料以屋面坡度1:1、深高比 1.0 的建築物模 型表面尖峰風壓分佈而言，屋頂面在小攻角（約11~23 度）作用時，會在角 隅處出現甚大的負風壓，隨風攻角的遞增則減小。側牆面的風壓則以零攻角 時有甚大的負風壓，有攻角存在時則漸趨下降。迎風面牆面上在零攻角時正 尖峰風壓達到最大，隨風攻角的遞增則減小。
如圖4-10e 所示，在攻角大於之後，上游區的屋頂面尖峰風壓轉為正值，
且隨風攻角的增加而增加，在風攻角達到 90 度時，原迎風面牆成為側風面 牆，而出現最低的負尖峰風壓。
2.0
-3 -2.0
2.0
1.0
1.0
1.0 1.0
1.0 1.0
0.0
-3.0
寬範圍內均甚為相似，而在屋頂面後半部的下游區則有明顯力回升的現象，
2.0
2.0 1.0 2.0
-3.0 -3.0
-2.0 -1.0 -1.0
0.0
-3.0 -2.0
-2.0 -1.0 0.0
0.0 0.0
-3.0
0.0 0.0
0.0
-4.0
MODEL : D60 CP(PEAK)
ANGLE : 0°
圖4-12(d) 風攻角 0 度時，屋面坡度 1:8、深高比 6.0 的低層建物模型表面尖 峰風壓分佈情形
圖4-12 比較不同屋面坡度條件下的表面尖峰風壓分佈情形，由圖中顯示 屋面坡度較大的模型其表面風壓在下游區域有明顯的力回升，而坡度較低的 模型如圖4-12c、4-12d 所示，其壓力回升現象較不明顯，仍處於負壓狀態，
顯示在坡度較大的屋頂面，由於屋脊與屋簷兼有較大的落差，其氣動力行為 反而較接近直立側風面牆的行為。
圖13a 顯示在風向作用垂直於屋脊的情形，其尖峰風壓分佈明顯的隨屋 面坡度下降而漸昇，對於屋面坡度 1:8 的模型如圖 4-13d 所示，其上游邊緣 的屋簷最嚴重的尖峰風壓可達-5.0 附近，而相同情形在屋面坡度 1:1 的模型 如圖4-13a 所示，其上游側均為不超過 2.0 的正值，背風區亦尖峰風壓負值亦 較不嚴重。
-3.0
-3.0
的條件下，尖峰風壓均明顯較平行於屋脊或垂直於屋脊條件下嚴重，相同風
1.0 1.02.0
顯著之關係，主要為迎風面受力之情況，而最大情況即為受風面正對來流之 狀況，因此在風攻角為0∘及 90∘時出現最大風壓係數，其分佈約在停滯點 附近。而風攻角在0∘至 90∘間最大風壓係數由迎風斜面牆漸漸轉至迎風側 牆，約在攻角45∘時分界，由於在有攻角之狀況下，其迎風面所受之來流與 受風面間產生夾角，因而降低來流對受風面產生之壓力，也使其值皆略小於 0∘及 90∘所產生之最大正壓。
對於設計風載重而言，研究中發現與屋頂斜度及深度皆無關聯，且受風 面如與來流不為垂直之情況下，其所受風壓皆小於正對風場之狀況，因此正 設計風載重考慮0∘或 90∘攻角之情況，已足以代表整體之最大風載重。
對於低層敞篷式建築而言，其最主要之破壞模式為遭受強烈負壓(suction) 而使建物屋頂產生掀裂，因此設計風載重最重要之處亦在於此，本節即討論 試驗中模型所受最大負壓之狀況。
實驗數據中，嚴重的負壓皆發生在產生分流之後的區域內，尤其是靠近 分流處。風攻角0∘時約在迎風面起算 10 cm 內，除 A 組模型外，屋頂及側 牆部份皆為較大的負壓分佈，而隨模型深度增加，其最大負壓分佈有略為縮 小之趨勢。而風攻角90∘時，兩斜面牆由於馬蹄形渦流之影響，在近來流前 緣處也產生較嚴重的負壓區。
而屋頂部分則與斜度有關，圖4-13 所示 A 組模型由於斜度大，因分流在 屋頂頂端之後開始發生，因此其之最大負壓皆發生在頂端後之區域，且其負 壓值都小於兩側由馬蹄形渦流所造成之負壓。B 組模型由於開始在迎風面側 牆之上發生分流現象，所以在迎風面屋頂前緣開始產生較嚴重的負壓區，但 其負壓強度依然小於兩側斜面牆。C、D 兩組模型則因其斜度較小，在銳緣 發生的渦散現象在後方所產生之渦流結構較完整，也造成較大的尖端負壓 值，其強度也大於兩側因馬蹄形渦所產生之負壓。
由於風攻角改變也代表分離點產生變化，因此最小風壓係數分佈也隨此
由於風攻角改變也代表分離點產生變化，因此最小風壓係數分佈也隨此