研究方法

本研究之工作包括風洞模型試驗與數值模擬計算兩個部份，茲 分述如後：

一、風洞模型試驗 1、來流風況

本研究擬於分別代表平坦市郊及大型都會中心兩種地形的大 氣邊界層形式之來流風場中進行實驗量測，目標邊界層平均風速剖 面以指數律表示之指數分別約為 0.27(鄉村地況)及 0.35(都市地況)

，邊界層厚度約為1.2 米。

2、建物模型

研究中採用的方柱模型將內裝輕型鋁合金構架外框鎖上輕薄 鋁合金片製作，底部設有螺栓孔以利固定。模型高寬比取 7 之典型 值，面寬均為10 公分，高度為 70 公分。

3、風攻角

研究中利用旋轉實驗基座的方式變化風攻角，由於方柱在水平 縱向(X 向)及橫向(Y 向)均為對稱，風攻角變化擬針對小攻角的範 圍(0° 至 15°)，計有 0°、5°、10°與 15°等情況。

4、模型系統阻尼特性

本 研 究 模 型 系 統 阻 尼 比 將 調 整 控 制 ， 以 史 庫 頓 數(Scruton number；Scr)作為區分結構行為的依據，擬針對蔡[A-1]中關於高 層建築氣彈力實驗所界定的三種不同程度的阻尼條件進行量測，相 應的史庫頓數範圍分別是Scr≦2.5、2.5≦Scr≦5.5 及 Scr≧5.5 等三 個區間分別進行探討。

在進行風洞試驗時，來流風速將由低風速開始逐次增加並跨越 渦散共振風速，以量測所得之位移歷時資料，並以位移反應之擾動

量作為比較的主要依據。

二、數值模擬計算

為了要反映出風場與柱體運動間之互制(interaction)效應，數值 方法中將描述非恆定紊流流場與結構動力行為的兩組控制方程式 以交替的方式進行解析。

1、紊流風場計算

研究中流場之計算係採用微可壓縮流(weakly-compressible- flow method [B-1]) 方 法 ， 以 模 擬 建 築 物 鄰 近 區 域 之 三 維 (three-dimensional)非恆定(unsteady)風場。數值模式中另應用大渦 模擬(large eddy simulation)配合以次網格紊流模型(subgrid-scale turbulence model)，以反映出真實風場中之紊流特性。

2、高層建築動態反應計算

建築之瞬時外力(風荷重)乃由紊流風場計算中柱體表面壓力 對表面積積分而得，並經剛體結構運動方程式之解析求得建築物在 順風向與橫風向之瞬時動態反應。此結果(振動速度、位移)應併入 紊流風場計算中之邊界條件中，以求取下一瞬間之風場結果。

3、計算狀況

模擬個案與風洞試驗相同，其中動態位移結果將與試驗量測結 果作比對驗證。

四、研究步驟

本研究係將風洞試驗與數值模擬兩個部份的工作雙向平行推 動，各階段之研究步驟分列如後：

1、 風洞模型試驗

(1) 試驗設施規劃與設計。

(2) 模型與試驗機構製作與建構。

(3) 模型試驗與量測。

2、 數值模擬

(1) 數值模式發展。

(2) 模式測試。

(3) 數值計算結果比對與驗證。

(4) 資料整合分析。

(5) 結論與成果報告。