緒論

第 一 節

台 灣 位 處 強 風 盛 行 地 區，因 此 建 築 物 在 進 行 結 構 分 析，風 力 部 分 占 有 相 當 重 要 之 地 位。對 於 大 跨 度 屋 頂 結 構 以 及 高 層 建 築 而 言，風力 甚 至 會 超 過 地 震 力，而 成 為 結 構 設 計 時 的 主 要 環 境 載 重。耐 風 設 計規 範 中 ， 對 設 計 風 力 有 重 要 影 響 的 參 數 有 三 類 ：(1)設計風速及風場特 性 、(2)風壓或風力係數、及(3)陣風反應因子。內政部於民國 95 年 9 月 22 日頒布、96 年 1 月 1 日正式實施之「建築物耐風設計規範及解 說 」(參考書目 15)中，其設計風力與設計風壓之相關規定與計算式，

大 體 上 是 參 酌 美 國 ASCE 7-02 (2002) (參考書目 1)之內容，並引用日 本 AIJ (1996) (參考書目 3)對於橫風向與扭轉向風力之規定，研擬而 成。在 正 式 實 施 耐 風 設 計 規 範 的 一 年 中，建 研 所、風 工 程 學 會 與 其 他 學 術、工 程 界 曾 多 次 舉 辦 相 關 專 家 學 者 座 談 會，亦 收 集 歸 納 實 務 應用 之 問 題 點 與 未 臻 完 善 之 處。本 計 畫 將 針 對 耐 風 設 計 規 範 問 題 點 與 不 足 之 處 再 進 行 研 究，期 使 規 範 更 臻 完 善 並 確 實 可 行。此 外，美 國、日 本 風 力 規 範 均 隨 風 工 程 科 技 發 展 而 持 續 研 擬 修 訂 中 ， 我 國 亦 當 如 此 。

根 據 過 去 一 年 中 與 產 官 學 界 多 次 溝 通 座 談 所 彙 整 的 資 料，以 及 國 內 相 關 的 研 究 結 果，本 計 畫 擬 針 對 風 力 規 範 諸 多 條 文 中 的 下 列 四 項 進 行 進 一 步 的 研 究 並 提 出 修 正 方 案：(1)持續改進風力計算模式，增加風 洞 實 驗 數 據，研 擬 適 於 工 程 實 務 應 用 的 風 力 計 算 方 法；(2)廠房建築之 橫 風 向 與 扭 轉 向 風 載 重 ；(3)建築物外風壓係數與風力係數；(4)修正 屋 頂 側 向 加 速 度 計 算 式 與 評 估 標 準 。

第 二 節

A、持續改進風力計算模式，增加風洞實驗數據，研擬適於工程實務 應 用 的 風 力 計 算 方 法

高 層 建 築 所 承 受 的 風 載 重 包 括 順 風 向、橫 風 向 及 扭 轉 向 三 組 同 時 作 用 的 風 力。順 風 向 風 力 其 學 理 較 為 明 確，藉 由 理 論 模 式 之 推 導，各 國 規 範 有 相 近 的 規 定。橫 風 向 及 扭 轉 向 風 力 則 源 自 渦 散 分 離 及 紊 流 尾 跡 等 現 象，因 其 學 理 較 為 複 雜，各 國 風 力 規 範 尚 無 一 致 之 規 定。參 考 書 目 1 根據風工程界近年來之研究成果以及風洞試驗數據，提出迎風 面 與 背 風 面 之 風 力 計 算 方 式 ， 組 合 出 較 佳 之 順 風 向 設 計 風 力 計 算 式 ； 橫 風 向 及 扭 轉 向 風 力 則 是 利 用 先 進 的 表 面 風 壓 同 步 量 測 技 術，選 取深 寬 比 1/1、1/2、1/3、2/1、3/1 且高寬比為 3 及 6 之五種矩形斷面柱體 為 標 的 ， 以 現 行 規 範 定 義 之 地 況 A、B、C 為逼近流場，藉由風洞實 驗 建 立 本 土 化 之 風 力 風 壓 數 據 資 料 庫 ， 做 為 未 來 規 範 修 正 之 參 考 。

本 計 畫 擬 延 續 參 考 書 目 17，增加風洞試驗之典型建築物形式，確 實 涵 蓋 規 範 適 用 之 範 圍，並 持 續 進 行 風 洞 實 驗 數 據 之 歸 納 整 理，尋 找 出 各 參 數 簡 易 且 準 確 之 經 驗 式 。 本 計 畫 並 將 以 參 考 書 目 17 所推導之 風 力 計 算 式 為 基 礎，持 續 整 合 修 正 風 力 計 算 式，研 擬 適 於 工 程 實 務應 用 的 風 力 計 算 方 法。然 而 一 般 而 言，無 法 同 時 滿 足 提 高 風 力 估 算 的 精 準 性 與 簡 化 風 力 計 算 式 二 項 要 求 。 由 先 進 國 家 的 耐 風 設 計 規 範 可 知 ， 經 由 複 雜 的 計 算 式 以 求 得 更 準 確 的 設 計 風 載 重 是 一 項 共 同 的 趨 勢。因 此，本 計 畫 將 嘗 試 二 種 較 為 簡 易 之 模 式 以 求 得 準 確 的 設 計 風 載 重：設 計 風 力 資 料 庫 以 及 查 表 法。前 者 將 提 出 結 合 數 位 風 力 計 算 式 與 風 洞 試 驗 數 據 資 料 庫 的 應 用 模 式，使 用 者 能 夠 透 過 網 際 網 路 快 速 進 入 風 力 規 範 的 風 壓 係 數、風 力 係 數、風 力 頻 譜 等 數 據 資 料 庫，取 得 風 力 計 算所 需 之 各 項 風 力 參 數 並 由 數 位 風 力 計 算 式 取 代 複 雜 之 計 算 過 程。後 者則

將 風 力 分 析 過 程 中 較 為 繁 雜 之 計 算 式，以 表 格 或 圖 表 方 式 詳 列 之，讓 使 用 者 避 免 執 行 繁 複 而 易 發 生 錯 誤 之 計 算 。

B、廠房建築之橫風向與扭轉向風載重

「 建 築 物 耐 風 設 計 規 範 及 解 說 」中，其 設 計 風 力 與 設 計 風 壓 之 相 關 規 定 與 計 算 式，是 參 酌 美 國 ASCE 7-02 (2002) (參考書目 1)之內容，

並 引 用 日 本 AIJ (1996) (參考書目 3)對於橫風向與扭轉向風力之規 定 ， 研 擬 而 成 。AIJ (1996)對於橫風向與扭轉向風力是根據風洞試驗 數 據 彙 整 而 成 ， 其 計 算 式 有 下 列 的 適 用 先 決 條 件 ： (1)建築物近似規 則 矩 形 柱 體 ， (2)滿足3≤h BL/ ≤6， (3) 0.2≤L B/ ≤5，(4)

0 / _h 0.4

f BL V ≤ ，其中 f0為 建 築 物 橫 風 向 或 扭 轉 向 基 本 自 然 頻 率 。 然 而 在 實 務 應 用 時，設 計 者 會 遇 到 大 型 廠 房 式 建 築，由 於 建 築 物 高 寬 比

小 於 3，不滿足前述適用條件，因此規範無法提供恰當的側向以及扭

轉 向 設 計 風 載 重。這 項 由 於 採 用 二 種 不 同 風 力 規 範 造 成 的 疏 漏 需 要 儘 速 彌 補 ， 本 計 畫 參 考 美 、 日 最 新 風 力 規 範 ， 提 出 適 當 的 修 正 方 案 。

C、建築物外風壓係數與風力係數

雖 然 「 建 築 物 耐 風 設 計 規 範 及 解 說 」 主 要 內 容 是 參 酌 美 國 ASCE 7-02 (2002) (參考書目 1)研擬訂定而成。然而建築物之外風壓係數與 風 力 係 數 屬 於 較 早 版 本 ， 並 未 確 實 反 應 ASCE 7-02 之相關內容。此 外 ， 紐 澳 風 力 規 範(參考書目 5)中有若干較美國規範更為完整之風壓 風 力 係 數。因 此，本 計 畫 參 考 美、日、澳 等 國 最 新 風 力 規 範，修 訂 補 正「 建 築 物 耐 風 設 計 規 範 及 解 說 」中 之 建 築 物 外 風 壓 係 數 與 風 力 係 數。

D、修正屋頂側向加速度計算式

「 建 築 物 耐 風 設 計 規 範 及 解 說 」(參考書目 15)中，對於建築物最

高 居 室 樓 層 之 尖 峰 側 向 加 速 度 所 提 出 之 簡 易 計 算 原 則，未 能 考 慮 半 年 回 歸 期 風 速 為 基 準 之 風 力 頻 譜 值 與 設 計 風 力 所 依 據 的 50 年(100 年)回 歸 期 風 速 之 風 力 頻 譜 值 的 差 異，直 接 調 整 設 計 風 速 所 得 的 結 果 與 正 確 值 可 能 會 有 相 當 的 誤 差 ， 參 考 書 目 17 對此現象進行探討並提出修正 模 式。本 計 畫 將 以 此 為 基 礎，完 成 屋 頂 側 向 加 速 度 計 算 式 與 規 範 條 文 之 修 正。另 外，對 於 高 度 較 低 之 中 低 層 建 築 物，其 因 風 力 造 成 側 向 加 速 度 振 動 之 不 舒 適 度，較 不 常 見。為 降 低 結 構 設 計 者 在 進 行 類 似 建築 物 結 構 分 析 時 之 負 荷，本 文 即 根 據 前 述 之 加 速 度 計 算 式，分 析 各 種條 件 下 之 中 低 樓 層 側 向 加 速 度，以 評 估 不 需 進 行 加 速 度 檢 核 之 最 低 樓 層 高 度 。

本 計 劃 之 研 究 方 法 及 過 程 包 括 下 列 數 項 （ 圖 1-1）：

1.各國最新風力規範之整理與比較；

2.風力計算模式之再修正及簡化；

3.高層建築等值設計風載重之風洞試驗；

4.風洞試驗數據資料庫；

5.廠房建築之橫風向與扭轉向設計風載重；

6.外風壓係數與風力係數；

7.評估高層建築最高居室樓層側向加速度之計算式；

8.應用案例。

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圖

之 整 理 與 比 較

外 風 壓 係 數 與 風 力 係 數 修 正 風 力 計 算 模

式 之 再 修 正 及 簡 化

應 用 案 例

開 始

結 束

廠 房 建 築 之 橫 風 向 與 扭 轉 向 設 計 風 載 重 補 正 風 洞 試

驗 數 據 資 料 庫

評 估 高 層 建 築 振 動 加 速 度 之 計 算 式

第 一 次 專 家 座 談 會

第 二 次 專 家 座 談 會

提 出 風 力 規 範 條 文 修 高 層 建 築

風 洞 試 驗

第 三 節

本 報 告 根 據 所 列 研 究 內 容 及 方 法，針 對 研 究 所 得 結 果 作 以 下 各 章 節 之 探 討 ， 所 探 討 內 容 逐 次 說 明 如 下 ：

第 一 章 緒論：對整份報告做一整體性概述；

第 二 章 等值設計風載重計算模式之再修正及簡化：概述去年度