研究緣起與背景

台 灣 屬 島 嶼 地 形，平 地 面 積 相 對 少。隨 著 都 會 區 之 發 展，可 供 使 用 之 建 地 漸 不 敷 需 求，高 樓 之 構 築 有 移 向 郊 外 坡 地 或 山 區 之 趨 勢。由 於 在 高 層 建 築 物 的 設 計 上 需 作 風 力 評 估 之 考 量，以 確 保 建 物 之 表 面 風 壓 與 風 荷 重 不 致 造 成 帷 幕 牆 破 壞 或 引 起 住 民 不 舒 適 性 等 問 題，在 規 範 中 已 有 相 關 之 規 定 與 建 議 。

由 於 受 到 地 形 之 影 響，在 山 區 或 山 坡 地 中 風 場 之 基 本 形 態 與 平 坦 地 有 所 差 異。隨 著 地 形 變 化 而 使 得 風 產 生 加 速 或 減 速 的 效 果，其 複 雜 度 更 隨 著 地 形 變 化 之 程 度 增 加 。 尤 其 在 背 風 面 或 山 凹 處 常 見 因 渦 流 (vortex)引 起 之 非 恆 定 (unsteady)風 場 現 象 ， 在 風 力 分 析 的 準 確 度 上 更 不 易 掌 握 。

二 、 國 內 外 有 關 本 計 畫 之 研 究 情 況

過 去 典 型 之 相 關 研 究 ， 以 風 洞 試 驗 檢 視 二 / 三 維 (two-/three-dimensional)山 丘 之 風 場 特 性 者 如 Ferreira 等 [3]、 Kim 等 [4]、Carpenter 與 Locke[5]、Ishihara 等 [6]，關 注 的 重 點 除 了 風 速 剖 面 的 時 均 值 (mean) 外 ， 亦 包 括 風 場 的 紊 流 特 性 (turbulence characteristics)；探 討 丘 陵 地 面 粗 糙 度 (roughness)對 風 速 剖 面 之 影 響 者 如 Cao 與 Tamura [7]、 Takahashi 等 [8]， 研 究 中 指 出 地 面 粗 糙 度 對 產 生 之 分 流 (separation)會 有 相 當 程 度 之 影 響，也 因 此 導 致 氣 流 加 /減 速 度 之 改 變 。 Takahashi 等 [9]依 據 風 洞 試 驗 結 果 ， 評 估 三 維 山 丘 中 氣 流 之 穩 定 度。Lubitz 與 White[10]則 討 論 山 區 中 氣 流 方 向 之 變 化 對 風 場 之 影

丘 地 形 中 設 計 風 速 (design wind speed)之 簡 易 估 算 準 則 ； Weng 等 [12]

則 根 據 數 值 模 擬 結 果 整 合 出 一 套 在 複 雜 地 形 中 設 計 風 速 之 參 考 準 則 。 在 國 內 現 行 建 築 物 耐 風 設 計 規 範 [1]中 有 關 風 速 壓 之 估 算 係 基 於 在 A、B、C 三 種 地 況 下 平 坦 地 形 中 平 均 風 速 剖 面 為 指 數 律 (power law) 形 式 之 假 定 ， 依 據 準 穩 定 原 理 (quasi-steady theory)推 算 而 得 。 針 對 非 平 坦 地 形 的 情 況，現 頒 規 範 的 建 議 中 乃 引 入 一 個 地 形 係 數 (topographic factor) ， 針 對 懸 崖 (escarpment) 、 山 脊 (ridge) 與 獨 立 對 稱 山 丘 (axisymmetrical hill)等 三 種 基 本 情 況 加 以 修 正 。 此 修 正 的 方 法 係 沿 用 美 國 ASCE 規 範 [13]， 而 建 議 之 地 形 係 數 則 主 要 由 風 洞 模 型 試 驗 之 風 場 資 料 庫 結 果 整 理 而 得 。

三 、 計 畫 之 重 要 性

除 了 在 非 平 坦 地 形 中 非 恆 定 風 場 導 致 在 分 析 上 的 不 確 定 性 外，由 於 本 國 現 頒 規 範 的 建 議 係 沿 自 美 國，而 台 灣 地 形 特 性 之 變 化 程 度 遠 較 大 陸 型 地 區 為 高。在 缺 乏 基 本 風 場 資 料 庫 之 情 況 下 直 接 沿 用 美 國 之 相 關 規 範 是 否 能 滿 足 本 國 耐 風 設 計 之 需 求，尤 其 是 在 風 力 估 算 的 保 守 程 度 上 ， 實 有 進 一 步 作 整 體 性 探 討 之 必 要 。

四 、 研 究 目 的

本 研 究 以 風 洞 試 驗 與 數 值 模 擬 兩 個 方 法 交 相 配 合 應 用 的 方 式 進 行 特 殊 地 形 中 風 場 問 題 的 分 析。其 中，風 洞 試 驗 可 以 提 供 數 值 模 擬 風 場 結 果 驗 證 之 基 本 數 據。待 數 值 模 式 預 測 結 果 之 精 準 度 確 立 後，則 藉 系 統 化 的 數 值 模 擬 獲 取 和 實 際 情 況 相 符 合 的 高 雷 諾 數 紊 流 風 場 結 果，進 而 建 立 完 整 之 風 場 資 料 庫，以 為 後 續 規 範 評 估 與 建 議 提 出 之 依 據 。

計 畫 之 推 行 係 針 對 如 下 三 個 目 標 ：

度 ， 進 而 提 出 可 能 的 建 議 與 修 正 。

2、 建 立 懸 崖 、 山 脊 與 山 丘 等 三 種 基 本 情 況 下 風 速 剖 面 之 資 料 庫 ， 以 為 細 部 耐 風 設 計 之 參 考 依 據 。

3、 台 灣 地 區 在 山 區 興 建 高 樓 的 情 況 與 日 俱 增 ， 本 研 究 之 成 果 可 以 提 供 更 為 細 部 之 風 況 資 料 ， 增 進 設 計 者 在 非 平 坦 地 區 高 層 建 築 風 力 評 估 之 掌 握 程 度 。