第 一 節 研 究 緣 起 與 背 景
壹 、 研 究 緣 起
近年來由於營建技術的進步，國內高層建築物大量的出現。由於目前超 高層建築物特色多採用質輕堅韌的鋼骨結構，結構系統阻尼較傳統混凝土構 造為低，且因其高度高，因此構造物的柔性增加，建築物受風作用行為的考 量即顯得更加的重要。通常建築物的橫斷面多為非流線形，風場中於建築物 之下風處常產生渦散現象(vortex shedding)，對建築物而言則導致了非恆定之 風荷重，復因其結構動力特性而導致振動或位移反應之發生。對高層建築物 而言，由於其相對勁度較低，在順風 (along-wind) 向、橫風 (across-wind) 向 及扭轉 (torsional) 向位移反應相對地較大。因此，在風力設計觀點中，動態 位移成為評估使用者舒適度(comfort ability)之重要指標之一。
建築物的順風向位移反應直接反映出來流風場的作用，因此在考量上多 以平均值為主，又因其相應之擾動風力較為寬頻，所形成的位移擾動值亦不 大，對於結構安全的影響較小。另一方面，橫風向反應來則自建築物周邊分 離剪力層的渦散過程，其相應之擾動風力較屬窄頻之範疇，如與結構物特徵 頻率接近，易與結構產生共振行為(resonance)，建築物所形成的位移擾動量 較大。此類因建築物振動而引起之二次互制(interaction)或氣彈力效應，為風 工程中有關高層建築研究之重要課題。
貳 、 研 究 目 的
本研究之目標有如下四項：
(1) 延伸應用風洞實驗室氣動力模型受風力反應分析方法。
(2) 建立風洞實驗室剛性氣彈建築模型實驗規劃技術。
(3) 比對氣動與氣彈實驗所得建築風力反應特性，探討互制作用之影響，
並尋求其關連性。
(4) 研擬 3 個自由度(加上扭轉向)之氣彈模型實驗之可行性。
參 、 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：
(1) 風洞試驗 a . 來 流 風 況 ：
本研究擬針對開闊地況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為及0.14(地況 C)。
b . 建 物 模 型
高層建築模型以鋁合金板及巴莎木製作，採用高度(H)91 公分、厚度(D)13 公分之柱體方形，相應之阻塞比低於4%。
c . 結 構 特 性
調整出不同質量及阻尼比，界定氣動穩定、氣動不穩定以及氣動發散之 狀況。 d .
雙 柱 位 置
本研究設計之2 棟建築物模型選擇典型高層建築之高寬比(H/D)為 7 的方 形柱體，改變前後柱之排列方式進行，分別針對單柱及雙柱中心點間距比變 化進行探討。
(2) 研究步驟 a . 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改良。
○3 模型試驗與量測。
b . 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。