第二章 文獻回顧
第一節 國內外規範相關規定比較
我國建築物設計規範中最早有關風力設計規範以民國六十三年頒佈的「建築技術 規則－建築構造編」中「第一章、基本規則」的「第四節、風力」有明確的條文規範。
在建築技術規則本部分中對於建築物風力(第三十二條)、最小風壓力(第三十三條)、風 昇力(第三十四條)、斜屋頂風力(第三十五條)、傾倒作用(第三十六條)、風力錨固(第三 十七條)、形狀因數(第三十八條)、空腹形狀因數(第三十九條)、風力擺動(第四十條)、
風洞試驗(第四十一條)等項目作規範，同時界定了台灣地區的風力級區。建築技術規則 將風力視為準靜力的行為，因此利用風壓力作用在建築物投影面積上的方式考慮順風 向風力作用，而橫風向風力主要著眼於四周圍蔽建築物的屋頂風昇力。對於建築物受 風作用時側面的橫向風力未作明確規範，僅利用對於高聳建築物的風力搖擺問題及對 風洞試驗合法性的承認作為控制。
國內關於建築物的設計風載重於建築技術規則中作基本的規範，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，我國規範設計風載重的規範亦 隨之更新，以建築技術規則為法源制訂「建築物耐風設計規範」。在國內「建築物耐風 設計規範(民國 95 年版)」規範中雖並未對類似屋頂太陽能板等構造物設計風載重作直 接相關的規定，仍可依據開放式建築物的單斜屋頂版風載重條件加以假設，作為設計 參考。
本研究同時參考包括澳洲 AS/NZS 1170.2 2002、英國 BSI「Loading for Buildings
— Part 2 : Code of practice for wind loads」(BS 6399-2 : 1997)、美國 ASCE「Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures, ANSI/ASCE7-05 」、 日 本 建 築 學 會 (Architectural Institute of Japan)的「 AIJ Recommendations for Loads on Buildings」 (2004) 等規範或研究報告，檢視各國規範中有關類似單斜平板構造物所需考量的風力設計部 分。研究果顯示，國外規範以美國、紐澳等國的耐風設計規範中對於與本研究內容較 為相近，值得參考。以下簡述國內外有關類似懸挑屋蓋結構物(以單斜屋頂版加以模擬) 設計風力的相關規範內容。
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表 2-1 開 放 式 建 築 物 之 單 斜 示 屋 頂 的 風 力 係 數 ，C f
Θ
各種 L/B 值之 C
f
5 3 2 1 1/2 1/3 1/5 10 0.2 0.25 0.3 0.45 0.55 0.7 0.75 15 0.35 0.45 0.5 0.7 0.85 0.9 0.85 20 0.5 0.6 0.75 0.9 1.0 0.95 0.9 25 0.7 0.8 0.95 1.15 1.1 1.05 0.95 30 0.9 1.0 1.2 1.3 1.2 1.1 1.0
θ
各種 L/B 值所對應的壓力中心位置，X/L 2~5 1 1/5~1/2 10~20 0.35 0.30 0.30
25 0.35 0.35 0.40 30 0.35 0.40 0.45 註：(1)風力垂直作用在屋頂面上，向內及向外均要考慮。
(2) B：與風向垂直的屋頂尺寸，m。
L：與風向平行的屋頂尺寸，m。
X：從屋頂之迎風面屋簷到壓力中心的距離，m。
θ：屋頂斜面與水平面所夾的角度。
資料來源：國內「建築物耐風設計規範」
陣風反應因子乃考慮風速具有隨時間變動的特性，及其對建築物之影響。此因子 將順風向造成的動態風壓轉換成等值風壓處理。
12 Buildings and Other Structures, ANSI/ASCE7-95」規範，因此 ASCE 規範的設計建議內 容與目前國內現行規範甚為接近，有關開放式建築物定義亦與國內規範相似。目前較
圖 2-1 美國 ASCE7-10 規範對於開放式建築物單斜平板屋頂 版 的 淨 風 壓 係 數 規 定
資料來源：ANSI/ASCE7-10
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三、紐澳 AS/NZS 1170.2:2002 規範
紐西蘭、澳洲等國對於建築物受風作用的影響研究深入，且研究成果迅速納入設 計規範中，因此紐澳地區採用的耐風設計規範 AS/NZS 1170.2:2002 亦值得參考。
AS/NZS 1170.2:2002 規範建議對於建築物 8 個不同方位角之基地風速以下式計算：
) (
,, R d zcat S t
sit
V M M M M
V
(2.8)其中
V R
：3 秒陣風風速M d
：風向因子M z,cat
：高度因子M s
：遮蔽因子M t
：地形因子構型已定義清楚而基地地況未明的情形，建議以標準有效風速搭配具方向性之風 壓係數加以檢核。對於需要進一步詳細檢核週邊地形、建物群對風場影響時，如臨近 明顯地型變化或都市地區，建議以具方向性的有效風速搭配標準風壓係數進行檢核。
設計風速需取與正交於建築物 45 度範圍內最大風速之線性內插值。
規範將紐澳地區分為颶風作用區與非颶風作用區兩類，各類再細分為數種區域，
各區域的 3 秒陣風在不同迴歸年數的區域風速以表列方式顯示，迴歸年數由 5 年至 2000 年，並提供各區域的經驗公式可供直接計算。規範針對不同區域提出風向因子，
以表列方式顯示，其值介於 0.8 至 1.0 之間。
對於單斜平板屋頂版的主抗風結系統設計所使用的設計風力亦採用淨風壓的概念 加以表達，如圖 2-2 所示，在同一面上風壓分布以上下游平面分別表述。對於不同順 風向深度的建築物加以分類，區分為平均屋頂高度(h)與順風向建築物深度的比值(h/d) 區分為
h / d 0 . 25
、h / d 0 . 5
、h / d 1
三個區間以表列方式呈現；而不同仰角及來流 方向的影響，亦均納入考量，可與國內規範設計結果做比較。圖 2-2 紐澳地區耐風設計規範 AS/NZS 1170.2:2002 對於開放式建築 物 單 斜 平 板 屋 頂 版 的 淨 風 壓 係 數 規 定
資料來源：AS/NZS 1170.2:2002
四、日本 AIJ2004 規範
日本建築學會(Architectural Institute of Japan)的「AIJ Recommendations for Loads on Buildings」(2004 版)建議的風載重設計方法主要有兩種程序：Detailed procedure I 及 Detailed procedure II，一般而言高度高於 45 公尺以上的柔性建築物才需用 Detailed procedure II 進行設計。日本規範 AIJ2004 對於建築物外風壓的規定以建築物高度 45 公 尺作為分類的依據，對於高度 45 公尺以下的建築物外風壓，分別針對不同型式的低層
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規範 AIJ2004 對於建築物構件及表面披覆物的耐風設計時，提供尖峰風壓係數作為放 大設計載重之用。
日本規範 AIJ2004 中對於基本設計風速(U
H
)以所規定之平坦開闊地、10m 高度處的 10 分鐘平均風速為基本設計風速，設計風速之廻歸週期採 100 年。對於不同年份之迴歸期其 轉換因子以下式定之，R = 0.54 + 0.1ln( r )
(2.9)r 為設計迴歸期。
關於屋頂風載重計算，AIJ2004 公式為：
R R R H
R
q C G A
W
(2.10)其中 C
R
為屋頂風力係數如下表所示，qH
為風速壓，GR
為屋頂風載重的陣風因子，AR
為 屋頂面積。圖 2-3 日本規範 AIJ2004 對於建築物對於開放式建築物斜平板 屋 頂 版 的 淨 風 壓 係 數 規 定
資料來源：AIJ Recommendations for Loads on Buildings(2004)
五、英國 BS6399-2:1997 規範
關於英國之風力規範以「Loading for buildings－Part 2 : Code of practice for wind loads」
(BS 6399-2:1997)規範為主。英國 BSI「Loading for Buildings — Part 2 : Code of practice for wind loads」(BS 6399-2 : 1997)規範中對於建築物屋頂面上外部風壓分布有甚為詳細的規定，
配合規範中的圖例說明與表格，定義包括平屋頂、單斜向屋頂、單脊雙斜向屋頂(包括外斜 及內斜兩種)、具備水平屋脊區間的雙斜向屋頂(包括外斜及內斜兩種)、四面斜屋頂、多斜面 屋頂、連續單斜面屋頂、連續山形屋頂等多種形式，同時懸伸摺版型雨庇亦包括在內。規範 中 對 於 風 載 重 評 估 方 式 主 要 包 括 兩 種 ： 標 準 風 壓 法 (Standard method) 及 風 向 風 壓 法 (Directional method)兩種；標準風壓法計算風載重的方式對於封閉式建築物採用外壓減內壓 方式估算，非封閉式建築物則直接提供淨風壓係數。風向風壓法配合風向給予不同的外風壓 係數，再配合不同風向的風速資料加以評估。
基本設計風速 (basic wind speed，V
b
)由規範中所提供之地圖分區中直接查得，代表以 50 年迴歸之小時平均風速。BS6399-2:1997 規範中基本設計風速採用小時平均風速，因此引 用本規範設計與國內規範比較時需加以調整。英國 BSI (BS 6399-2 : 1997)對於建築物對於開放式建築物斜平板懸伸屋頂版的風壓係 數符號定義及風壓係數值規定如圖 2-4、圖 2-5 所示，英國規範中對於風壓係數的定義較為 明確，可供參用。
圖 2-4 英國 BSI (BS 6399-2 : 1997)對於建築物對於開放式建築物 斜 平 板 懸 伸 屋 頂 版 的 風 壓 係 數 符 號 定 義
資料來源：英國 BSI (BS 6399-2 : 1997)規範
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