結構性能

♦施工：規定施工計畫、施工圖、搬運起重與儲存安裝及 安全措施。

♦檢查：規定製造過程及施工過程之檢查。

1.3

公共工程綱要規範

公 共 工 程 委 員 會 依 據 美 國 營 建 規 範 協 會 (Construction Specification Institute簡稱CSI)之規範章節格式，編定公共工程綱要規 範編碼，訂出符合國情之規範編撰原則及格式，讓工程師得依此編輯 或增刪，成為其適用之施工規範。金屬帷幕牆之CSI編碼為08910 涵 蓋內容包括：

♦通則：工作範圍、相關章節、相關準則、資料送審、施 工機具及器材、品質保證、現場環境、運送儲存及處 理。

♦產品：功能、材料。

♦施工：工廠製作、品質控制及檢驗、安裝。

♦計量與計價：

第二節 結構性能

帷幕牆在建築結構設計中，屬於附屬結構物或外部被覆物，一般 而言，作用於帷幕牆之載重，除了本身重量外，只包含地震力或風力，

並不承受由其他構件傳來之外力。在考慮載重組合時，地震力及風力

並不同時存在，但在許多情況下，帷幕牆的面外撓曲變形由風力控 制，而面內撓曲(層間變位)卻由地震力控制，因此在設計帷幕牆時，

其結構性能標準應分別顧及風力及地震力之影響。本節將介紹國內現 行或慣用之風力及地震力之相關規定，並探討適用之結構性能標準。

2.1 風壓力規定：

依據中央氣象局統計，平均每年約有 3 至 4 個颱風侵襲台灣地 區，帶來豐沛的雨量及強大的風力，而颱風強度乃依據其中心附近之 平均最大風速劃分如表 1 所示。

表 1 颱風強度及相當風壓 近中心最大風速 颱風強度

公尺 秒 浬 小時 相當風級 相當風壓 (kgf/m²) 輕度颱風 17.2 至 32.6 34 至 63 8 至 11 級 35 至 128 中度颱風 32.7 至 50.9 64 至 99 12 至 15 級 128 至 312 強烈颱風 51.0 以上 100 以上 16 級以上 312 以上 註﹕表列風速乃指十分鐘平均風速而言。

設計帷幕牆構件時，決定風壓大小之方法有解析法及風洞試驗法 二種。國內目前之相關規定僅記載於建築技術規則建築構造編第 32 條至第 41 條，不僅規則簡陋，且只適用於主體結構物。因此本所於 民國 85 年委託中華民國結構工程學會執行「建築物風力規範條文、

解說及示範例之研訂」計畫，內容參照美國 ANSI/ASCE 7-88 規範及 日本建築學會發行之相關規範，並分析統計台灣近年來之風速資料，

完成台灣地區之基本設計風速分佈圖。報告書中除建議修正建築技術 規則之風壓計算方法外，並增加「局部構材及外部被覆物之設計風壓 及風力」專章，可做為現階段一般建築物帷幕牆設計時風壓計算之參

考。此外，該報告中亦對風洞試驗之適用範圍、主要試驗項目、注意 事項及報告引用等，有較詳盡之定性規定，做為幾何形狀特殊、超高 層或所在位置具特殊地形、地物之建築物進行風洞試驗之依據。

為使帷幕牆設計者能熟悉風壓之解析計算方法，本節依據「建築 物風力規範條文、解說及示範例之研訂」之內容，將設計風壓之計算 步驟整理如下：

步驟一：決定地況常數

依建築物所在位置決定地況係數，如表 2 所示。若為「高度不超 過 18 公尺之普通建築物」，則不論位於何處，皆依地況 C 設計之。

表 2 地況分類及地況係數 地況種類 α

z

g(m) 說明

A 0.36 500

大城市之市中心。

至少有 50%之建物高度大於 20 公尺，且 迎風面至少 800 公尺或建物高度 10 倍範 圍內符合此條件。

B 0.25 400

大城市之市郊。

許多民房分佈其間，迎風面至少 500 公尺 或建物高度 10 倍範圍內符合此條件。

C 0.15 300 平坦開闊之地面。

分散之障礙物高度小於 10 公尺者。

D 0.11 233 平坦無障礙之海岸或湖岸地區，風由水面 方向吹來才適用。

註﹕上表中，α為地況常數，zg為梯度高(gradient height)。

步驟二：選擇基本設計風速

依據台灣地區之基本設計風速分佈圖(如附圖 1)，選擇建築物所 在區域之基本設計風速。

基本設計風速 V10(C)之定義，係假設該地點為地況 C 之地形，離 地面 10 公尺高，相對於 50 年回歸期之 10 分鐘平均風速，單位為 m/s。

步驟三：決定用途係數

GC

p≧0 時

p = q(z)(GC

p－GCpi) (2.4a)

GC

p＜0 時

p = q(h)(GC

p)－q(z)(GCpi)^* (2.4b)

*依據 ASCE 7-88 之規定，當 GCp＜0 時，內風壓部份亦使用 q(h)，

即壓力為均勻分佈，其計算式為

p = q(h)(GC

p－GCpi) (2.4c) 其中

p = 設計風壓，kgf/m

²

q

c(h) = 依地況 C 及高度 h 計算所得之風速壓，kgf/m²

h = 建築物之平均屋頂高度，當屋頂之斜角小於 10°時以屋簷高為

準，m

q(z)、q(h) = 離地面高分別為 z、h 公尺之風速壓，kgf/m

²

GC

p = 外風壓係數與陣風反應因子之乘積，詳附圖 2

GC

pi = 內風壓係數與陣風反應因子之乘積，詳表 3

表 3 封閉式建築物之內風壓係數

條件

GC

pi

滿足情況(A)與情況(B) ＋1.125

－0.375 其他情況 ±0.375

註﹕(1)情況(A)﹕某一面牆之開口百分比(對該牆之總面積而言)超過 其他各面牆及屋頂開口百分比之和達 5%或以上。

(2)情況(B)﹕其他各面牆或屋頂之開口百分比(對該面牆或屋頂 之面積而言)均未超過 20%者。

(3)正號表示風壓指向作用面，負號表示風壓遠離作用面。

(4)正負內壓均應考慮，以求得最嚴重之載重組合。

GC

_p除與單元受風面積有關外，尚與帷幕牆單元在建築物外牆面 之位置有關，此乃反應風場通過建築物時之局部風壓加強效應。另 外，ASCE 7-88 規範為了解決建築物高度在 18 公尺上下時，設計風

壓之不連續性，對高度(h)介於 18 公尺與 27 公尺間之建築物，得參 照「高度不超過 18 公尺之普通建築物」之設計風壓，以(2.3)式計算，

取得較保守之設計值。

有關帷幕牆設計風壓計算例研擬詳附錄。

2.2 地震力之規定：

台灣位處環太平洋地震帶上，地震發生次數頻繁，依據中央氣象 局統計，有感地震平均每年約 214 次，而地震發生時，各地所量測之 震度(與地表加速度有關)皆不相同，目前定義之地震震度分級與地表 加速度之關係如表 4 所示。

表 4 國內地震震度分級與地表加速度之關係

震度 名稱 震動程度 地表加速度

0 無感 地震儀有記錄，人體無感覺 0.8 gal 以下 1 微震 人靜止時或對地震敏感者可感覺到 0.8 至 2.5 gal 2 輕震 門窗搖動，一般人均可感覺到 2.5 至 8.0 gal 3 弱震 房屋搖動，門窗格格作響，懸吊物搖擺，

盛水動盪，靜止汽車明顯搖動 8.0 至 25 gal 4 中震 房屋搖動甚烈，不穩物傾倒，較重家具

移動，可能有輕微災害 25 至 80 gal 5 強震

牆壁龜裂，牌坊、煙囪傾倒，駕駛汽車 者可感覺地震，重家具可能傾倒，設計 不良之建築物有相當損壞

80 至 250 gal

6 烈震

房屋倒塌，山崩地裂，地層斷陷，重家 具翻倒，駕駛汽車者嚴重受擾，地下管 線破裂，建築基礎可能破壞

250 gal 以上 註﹕1 gal = 1 cm/sec²

國內建築技術規則有關地震力之規定，在民國 71 年做過大幅度 的修正，而後本著規則與規範分立原則，於民國 86 年再做大幅度的 變動，在規則中僅做原則性的規定，而將分析計算方法納入規範中。

回顧民國 71 年頒佈之建築技術規則建築構造編第四十六條，有 關局部構造物所受橫力 FP之規定如下：

F

P = Z I CP WP (2.5) 其中

Z = 震區係數，強震區為 1.0，中震區為 0.8，弱震區為 0.6

I = 用途係數，依建築物之重要性，其值分別為 1.50，1.25 及 1.0 C

P = 局部震力係數，CP值大於 1.25 者，I 值不必大於 1.0，詳表 5

W

P = 局部建築物之重量

表 5 局部建築物分類及 CP值

局部建築物類別 橫力之方向

C

P

外牆 垂直牆面 0.35

裝飾物及附屬物 任一方向 1.25

建築物外裝預鑄非結構用帷幕牆版之接頭 任一方向 2.50 若視帷幕牆為「裝飾物及附屬物」，則

F

P = 1.25 Z WP = KH WP (2.6a) 帷幕牆接頭部份之橫力為

F

P = 2.50 Z WP = KH WP (2.6b) 帷幕牆設計地震橫力係數 KH整理如表 6 所示。

表 6 帷幕牆設計地震橫力係數 KH (民國 71 年版) 強震區 中震區 弱震區

帷幕牆 1.25 1.00 0.75 帷幕牆接頭 2.50 2.00 1.50

依據民國 86 修正公佈之耐震設計規則及規範中，有關建築結構 主體之地震力規定已朝韌性設計方向做了大幅度的修正，然而附屬於 建築物之結構物部份構體及非結構構材之最小設計總橫力 FP 之計算

式仍與舊版一樣，僅對係數值做調整：

F

P = Z I CP WP = KH WP (2.7) 其中

Z = 震區水平加速度係數，為與重力加速度之比值，地震一甲區為

0.33，地震一乙區為 0.28，地震二區為 0.23，地震三區為 0.18

I = 用途係數，依建築物類別，其值分別為 1.50，1.25 及 1.0

C

P = 局部震力係數，若視帷幕牆為「裝飾物及附屬物」，其值為 2.0

W

P = 構體的重量

依據(2.7)式計算之地震力適用於設計構材及其與結構體之接頭與錨 定，因此帷幕牆設計地震橫力係數 KH整理如表 7 所示。

表 7 帷幕牆設計地震橫力係數 KH (民國 86 年版)

用途係數(I) 地震一甲區 地震一乙區 地震二區 地震三區

1.50 0.99 0.84 0.69 0.54 1.25 0.825 0.70 0.575 0.45 1.00 0.66 0.56 0.46 0.36

註﹕ 該層重量

設計地震力 該層主體結構所分配之

橫力係數

K

_H ≥ 1.4×

比較新舊版本之地震橫力係數可知，舊版設計地震力較新版大出 許多，且接頭設計亦較新版保守。參考日本建築學會於 1996 年出版 之「建築工事標準仕樣書·同解說 JASS 14」，有關帷幕牆設計用水平 震度係數採用 1.0，設計用垂直震度係數採用 0.5。雖然橫力係數不一 致，惟金屬帷幕牆之單位重量約在 120 kgf/m²以下，即使採用最保守 之橫力係數 1.25 設計，其橫力 F_P最大為 150 kgf/m²，與設計風壓比 較時，僅約略與低樓層之設計風壓相當。

2.3 結構性能：

帷幕牆承受外力作用或建築結構本體因橫力作用產生層間變位 時，皆會造成帷幕牆構件之撓曲變形，因此在做帷幕牆設計時，為使 其能維持正常功能，不因外力作用而損壞或掉落，需對構材之容許撓 曲變形量做適當之規定，而製作完成之帷幕牆體，再經由試驗確認其 結構性能。由於國內在此方面尚未有統一規定，本節彙整本所於民國 81 年委託台灣省建築材料商業同業公會聯合會完成之「帷幕牆工程 標準規範與解說之擬定」成果報告、日本建築學會出版之「建築工事 標準仕樣書·同解說 JASS 14」、AAMA 規範及建築技術規則等相關規 定，探討帷幕牆相關之結構性能要求。

（一） 耐風壓性能

1. 帷幕牆工程標準規範與解說之擬定

耐風壓性能依以下兩種狀態內之風壓力表示，單位為 kgf/m²﹕ (1)不需修補狀態下能繼續使用的界限內。

界限係指帷幕牆各部位不產生有害變形或永久變形之範 圍，原則上各構材之撓度應在 L/150 以下(L﹕構材長度)，且 小於 20 mm。

(2)帷幕牆單元無被吹散或脫落之虞的界限內。

一般而言，結構計算所採用之風壓力值，以對應前項(1)之性能 值為代表，視實際需要再併列前項(2)之性能值。

2. 建築工事標準仕樣書·同解說 JASS 14 (1)耐風壓性能值，以正壓及負壓表示。

(2)性能值依據特別說明。若無特別說明，則依據建築基準法施

(2)性能值依據特別說明。若無特別說明，則依據建築基準法施

在文檔中 金屬帷幕牆之推廣應用 (頁 7-20)