第二章 內邊界層之風洞試驗
2.6 結論
本研究針對中性穩定度之大氣邊界層流場進行模擬，綜合本研 究結果可得以下結論：
1. 研究中所模擬不同地表特徵之大氣紊流邊界層流之實驗結果，可 得指數α= 0.15 左右到 0.32 左右，相當於地勢平坦的海岸地區到 大城市的市中心區之大氣紊流邊界層流，故可提供日後風洞實驗 所需之模擬流場。
2. 各紊流構件對紊流邊界層特性之影響，由於各研究應用之裝置在 設計及特性上的差異，故其結果也有所不同，本部分歸納之結論 可作為基本模擬測試時紊流構件設計配置之依據。
但一般實際大氣之紊流結構甚為複雜，故將來風洞模擬可擴展到 非中性穩定度，屬密度成層效應之紊流邊界層流場，以擴大風洞實驗 之研究範圍。
第三章 高雄 85 層大樓建築風洞試驗
3.1 建築物概述
高雄85 層大樓位於高雄市苓雅區，在三多路以南，自強路以西，
新光路以北的區塊內，位置如圖 39 所示。建築物地面 85 層，高約 350 公尺。整棟建築物大致分為上下兩部分，下部從底層到第四十層，
其平面為長方形，南北長約 145 公尺，東西長約 53 公尺。上部從第 四十一層到頂層，平面為正方形，東西向長及南北向長均為50 公尺，
如圖 40 所示。整棟建築物的各向立面如圖 41。在下部的 13 層到 34 層之間有一東西方向的中間開口，建築師設置此中間開口的原意是要 符合容積率的要求，後來發現對於抗風方面也有很好的效果。
3.2 模型尺寸
模型圖如圖40（b）所示，模型比例採用 1/400。則模型正面寬約 36 公分，最高約 90 公分。最大投影面積約 2130 平方公分（未扣除 開口面積），置於2.4m × 6m 斷面之試驗段內，阻塞比約 1.5%。地 面轉盤直徑3.5 公尺如圖 42，可模擬大氣邊界層 1.4 公里直徑範圍內 的建築物與本大樓之交互影響。
3.3 模型材料
大樓本體以壓克力材料製作，表面埋設動態感應測點 256 點。底 盤以6 塊四尺乘八尺的六分木心板製成，木心板相互之間之接頭以木 工角邊挖槽機施作筍接，作成底板後置於轉盤之上。
3.4 表面壓力量測系統
本研究利用模型表面的壓力孔及RAD 3200 壓力感測模組量測 85 層大樓的表面風壓分佈。大樓表面之壓力孔與 RAD 間以塑膠管連 接之。本研究所用之 RAD 3200 風壓量測系統是由一個基本單元體 RADBASE 3200(圖 43)和 4 個 RAD A/D 3200 模組及一個 RDS 3200 所 組成，每個 RAD A/D 3200 連接一個含 64 個壓力感測器之 ZOC33 模 組，一個典型的 ZOC33 模組如圖 44 所示。為了避免塑膠管連接過長 影響訊號的準確性，故將ZOC33 模組置於大樓的模型之中，本研究 總共用了四個 ZOC33 模組，均置於大樓的模型之中。
壓力孔之分佈如圖 45 所示，分佈在模型之前後左右及頂面上，
總共有256 個表面壓力之量測點。壓力擷取頻率主要為 100Hz。所量 取之風壓資訊以電腦儲存處理後，以流場動壓無因次化，藉以了解建 築物表面的風壓分佈及變化，提供帷幕牆及風載重設計之參考。
3.5 實驗參數
實驗參數包含流況、流速及風向角等三項。流況分均勻流及模擬 都市風場之指數率為 0.32 之大氣紊流邊界層兩種情形。風速分 5.9m/s 、13.4m/s 及 20.8m/s 等三個。風向角則由 0 度至 180 度每 10 度量測一次風壓分佈，即總共19 個角度。風壓分佈以風壓除以流場 自由流之動壓所得之風壓係數表示之。自由流動壓所需之流速由皮托 管量得。
3.6 實驗結果與討論
a、流況對風壓之影響
圖46 與圖 47 分別為均勻流與大氣紊流邊界層兩種流況之風壓係 數分佈圖(風向角 0 度、迎風面)，兩者之流速均為 20.8m/s。由兩者之 比較，可知均勻流條件下之風壓係數較大，高樓的迎風面滯流點之位 置約大樓 1/2 高度之位置，開口附近之壓力較低。
相對的，在大氣紊流邊界層的條件下，表面風壓係數較均勻流者 低，滯流點之位置在接近高樓頂端之處，這皆是因為大氣紊流邊界層 之速度變化，是由地表之 0m/s 逐漸增至邊界層頂端之 20.8m/s 之故。
此外，在近壁面，有一明顯之低壓區，顯示騎樓風在有大氣邊界層時，
影響較大。另外，開口會使高樓在開口附近產生局部性之低壓，因此 有降低高樓整體風阻之效應，與預期之結果吻合。
b、大氣紊流邊界層下之風壓分佈
圖48 至圖 49 分別為風速 13.4m/s 及 20.8m/s 時迎風面與背風面 之風壓分佈圖，此二圖之風向角皆為 0 度。由圖所顯示之結果可知，
無論是 13.4m/s 或 20.8m/s 之風速，迎風面之風壓係數均為正，相對 的，背風面之風壓係數均為負，與預期之結果相吻合。而且，風速大 者，其迎風面之風壓係數亦較大、背風面之風壓係數負愈大，亦與預 期之趨勢一致。
c、風向角之影響
圖50 為大樓立面之正面轉至 90 度時(即風向角 90 度)之表面風 壓係數分佈圖，圖 50(a)與(b)分別是 13.4m/s 與 20.8m/s 之結果。就壓 力分佈之趨勢而言，壓力均呈負壓且風速之影響不大，壓力分佈之特 徵，主要來自大樓幾何形狀之變化，大樓上部(四十一層以上)之大樓 的截面積為下部之 32.5%，致使其壓力較小之故。
d、風阻係數之比較
圖51 為風向角 0 度時，大樓之風阻係數。風阻是由大樓立面之迎風 面的平均風壓減去背風面之平均風壓求得。圖之水平軸表示測試風 速，縱軸則為風阻係數。由圖可見均勻風場之風阻大於紊流邊界層 者，主要是在均勻風場時，大樓所受上游之風速普遍較大之故。若以 大樓立面下部之寬度為特徵長度，則 25 度攝氏之空氣流場之雷諾數
為 1.36x105(5.9m/s)、3.09x105(13.4m/s)及 4.8x105(20.8m/s)。將 均勻風場之風阻係數與二維方柱(下部之深寬比約 0.37、上部之深寬 比為 1)之風阻(雷諾數 105)相比較，二位方柱之風阻係數約為 2.2，
比試驗所量測之值 1.5 者大，顯示了大樓三維及開口之效應。
3.7 高雄 85 層大樓建築風洞試驗教育訓練
本計畫亦協助完成協助內政部建研所培訓風洞操作與維護所需 人力，以落實培訓風洞操作與維護所需人力的目的。高雄 85 層大樓 建築風洞試驗於 93 年 12 月 23 日進行相關教育訓練，內容包含有多 孔式壓力掃描閥介紹、數據分析軟體介紹、高雄 85 大樓建築風洞試 驗實驗結果及實際示範多孔式壓力掃描閥操作（如圖 52）。
第四章 結論
本研究為了檢驗所建造之風洞確實能進行高樓建築的風洞試 驗，乃進行包含製作大氣紊流邊界層及一棟 85 層大樓兩部分之風洞 試驗，綜合前述之研究結果，歸納主要之結論如下：
1、就製造大氣邊界層而言，研究中所模擬不同地表特徵之大氣紊流 邊界層流之實驗結果，經與理論式及大氣實測資料比較得知，本 風洞對於風速剖面指數α= 0.15 左右到 0.32 左右，相當於地勢平 坦的海岸地區到大城市的市中心區之大氣紊流邊界層流模擬，結 果大致符合，可提供日後風洞實驗相似條件之流場模擬作為參考。
2、就高樓風洞測試而言，本試驗以高雄 85 層大樓為模擬對象，根據 所得到的結果與國外實驗室的結果趨勢相近，目前受限於儀器量 測壓力孔數，故只能得到粗略結果，由目前所得結果看出本風洞 有做高層建築風洞試驗能力，待日後增加相關設備可以提升風洞 試驗的相關能力。
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285-308.
附 圖
600
(m) 市區 市郊 平原
400
200
0
圖1 大氣邊界層流之示意圖
阻牆
粗糙元 渦流產生器
圖 2 渦流產生器與粗糙元之配置圖
d b d
h
渦流分離板
h
風
b
d
圖 3 錐形(Spire)渦流產生器之示意圖
阻牆
測試之建築物
渦流產生器
δ
粗糙元 轉盤
圖 4 風洞中邊界層流發展示意圖
x y
風
阻牆
收縮段
轉盤 粗糙元
渦流產生器
圖5 風洞內實驗配置之示意圖
4 cm
10 cm
6 cm
圖6 粗糙元之示意圖
L = 396 cm
H
d
圖7 阻牆之示意圖
60 cm
25 cm
25 cm 25 cm 70 cm
70 cm 400 cm
風
阻牆 收縮段
轉盤
粗糙元 渦流產生器
1650 cm 100 cm
25 cm
400 cm
圖8 流況BL1~BL3之實驗配置示意圖
25 cm
25 cm 25 cm 400 cm
風
阻牆 收縮段
轉盤
粗糙元 1650 cm
100 cm
25 cm
400 cm
圖9 流況BL4之實驗配置示意圖
60 cm
15 cm
25 cm 25 cm 70 cm
70 cm 400 cm
風
阻牆 收縮段
轉盤
粗糙元 渦流產生器
1650 cm 100 cm
15 cm
400 cm
圖10 流況BL5之實驗配置示意圖
50 cm
15 cm 25 cm
25 cm 50 cm
50 cm 500 cm
風
阻牆 收縮段
轉盤
粗糙元 渦流產生器
1650 cm
15 cm
400 cm
圖11 流況BL6之實驗配置示意圖
15 cm 25 cm 25 cm 70 cm
60 cm 500 cm
風
阻牆 收縮段
轉盤
粗糙元 渦流產生器
1650 cm
15 cm
400 cm 70 cm
圖12 流況BL7之實驗配置示意圖
15 cm 15 cm 15 cm 500 cm
風
阻牆 收縮段
轉盤
粗糙元 1650 cm
15 cm
400 cm
圖13 流況BL8之實驗配置示意圖
15 cm 15 cm 15 cm 70 cm
60 cm 500 cm
風
收縮段
轉盤
粗糙元 渦流產生器
1650 cm
15 cm
400 cm 70 cm
圖14 流況BL9之實驗配置示意圖
50 cm 50 cm 70 cm
60 cm 500 cm
風
收縮段
轉盤
木板 渦流產生器
1650 cm
400 cm 70 cm
圖15 流況BL10之實驗配置示意圖
40 cm 40 cm 70 cm
60 cm 500 cm
風
收縮段
轉盤
木板
渦流產生器
1650 cm
400 cm 70 cm
圖16 流況BL11之實驗配置示意圖
風扇
風洞
探針 電腦
資料擷取 熱線流速儀 系統
圖 17 風速量測系統之示意圖
圖 17 風速量測系統之示意圖