一、試驗儀器：
1. 風洞：
本所風洞本體(如圖 3-1)為一垂直向的封閉迴路系統，總長度為 77.9m，
最大寬度為 9.12m，最大高度為 15.9m。整個風洞本體具有 2 個測試區段，
第一測試區中配置有 2 個旋轉盤，第一座旋轉盤直徑 1m，安置於距測試 區入口處 3m 處，從事一般流體力學研究；第二座旋轉盤直徑 3m，置於可 移動式軌道上，定位於距測試區入口端約 25.5m 處，並以機械控制使其做 旋轉及上下運動，將以建築物受風力作用的空氣動力學研究及污染擴散試 驗為主，空風洞最大風速為 30 m/s。第二測試區則配置一座旋轉盤，其距 離風洞本體整流段出口 15m 處，轉盤直徑為 3m，主要用途以橋梁測試為 主，空風洞最大風速為 20 m/s。本次試驗於本試驗室第一測試段之第 1 旋 轉盤進行，並採均勻流方式進行，風扇轉速監測係由風洞操控面板控制馬 達轉速，並藉由控制台監測。
風洞控制台
圖 3-1 風洞實驗館 資料來源：本研究整理
2. 風洞流場
執行風洞試驗前需確認欲使用的流場特性，於風洞實驗室內透過各種 手法建立與實場相似的流場，風洞中的流場包括我國「建築物耐風設計規 範及解說」規定的 A、B、C 地況，配合適當的模型縮尺，可進行全棟建 築物受風相關量測。但如果僅欲探討建築物局部區域之受風特性，則亦可 在風洞出風口以紊流產生器製造紊流流場，使其通過建築物再執行資料擷 取。本所風洞試驗紊流產生器，與模型及各項量測儀器之相對位置，如下 圖 3-2 所示，模型位置距離紊流產生器約 2.8m，於接近模型等高位置處架 設 3 維動態皮托管，以量測參考風速。執行吹試過程以多頻道電子式壓力 掃瞄器透過電腦(PC)進行資料擷取，待一方向資料擷取完畢後，再轉動轉 盤變換下個風向進行試驗。圖 3-3 是前述風洞試驗過程所採用的儀器設備 照片，包括紊流流場、均勻流場、壓力計、資料擷取器、3 維動態皮托管 及控制電腦等。
圖 3-2 風洞試驗儀器設備配置圖 資料來源：本研究整理
紊 流 產 生 器
風速計
模型
2.8m 轉盤
壓力計 資料擷取器
風速計(3 維動態皮托管) 控制電腦
圖 3-3 多頻道電子壓力掃描器設備圖 資料來源：本研究整理
3. 多頻道電子壓力掃描器
用來同步擷取作用於結構表面各點的瞬時風壓，經過適當的處理便可 得到結構系統所受之平均風力、擾動風力以及外牆所受之局部風壓。本研 究所採用之儀器為 PSI 公司產品，其元件包括：氣體壓力數據擷取主機、
乙太介面電源供應器、64 頻道電子式壓力掃描模組及外接氣體壓力源等。
詳細規格及性能分別說明如圖 3-3 所示。
名稱 氣體壓力數據擷取主機 乙太介面電源供應器 3. 數據處理速率：325Hz/chs 4. 訊號傳輸解析度：±0.003％
照 片
名
稱 探針支架 控制軟體(1)
照 片
名
稱 控制軟體(2) 控制軟體(3)
照 片
圖 3-5 三維動態皮托管相關設備圖 資料來源：本研究整理
5. 風速計及皮托管
（1） 風速計：為精確便捷且可即時瞭解測試區來流風速，採用由
TSI
公司生產之熱線式風速計，型號為846
5。該風速計量測速度由 0～50m/s。如表圖 3-6。該量測設備經過 CALP-EC-Q001(V1.6)校正。
本研究將風速計設置模型最高處附近，高度約 100cm，以利做為 模型高度的附近的參考風速。
圖 3-6 風速計及電源供應器 資料來源：本研究整理
（2） 皮托管(Pitot tube)：在本試驗中採用皮托管進行來流場靜壓力及參 考風速量測，主要目的在於量測結果參考。皮托管是由內外兩管 組合而成，其內管為滯流管，管口正對流向，外管的管壁有小孔 連通到一個側管利用內外兩管的壓力差異計算流速所量測到的壓 力差值，係利用伯努利方程式(Bernoulli equation)，即依據下列計 算式出相應之風速。本研究作為風速計時設置於風洞來流入口上 方，作為靜壓力時，則設置於模型附近，高度約 50cm，以利做為 模型高度的附近的參考風速。由皮托管所量測到的壓力差值，利 用薄膜型壓力轉換器，將壓力差以電壓形式輸出至壓力轉換電壓 顯示器，再透過 NI 資料擷取系統，將資料傳回電腦，依據伯努 利方程式(Bernoulli equation)計算出相應之風速。計算式如下：
本研究建築物尺寸設定為 30×20×24.5m，如下圖 3-7 所示，經縮尺後 模型尺寸為 60×40×90cm，計有 7 個樓層，陽臺配置從第 3 層開始到第 7 層，每一層的 XZ 面配置 3 個陽臺，背面亦同；YZ 面則是配置 2 個陽臺，
反側亦同。每個陽臺皆有 3 個面（1 主欄杆和 2 側面欄杆），主欄杆佈設 9 個壓力孔，2 側面欄杆各配置 4 個壓力孔，因此每個陽臺計有 17 個壓力孔。
另本研究為了解陽臺流場流經陽臺內外造成的壓力變化，前述的壓力孔配 置，採內外設置，所以實際上每個陽臺是內側及外側各 17 個壓力孔位，詳 細配置情形如圖 3-8 所示。由於建築物模型為對稱結構，因此僅在對稱面 5 個陽臺佈設壓力孔，一個陽臺含內外側計 34 個孔位，5 個陽臺共計 170 個孔位。另外一特別的設計是，本研究為探討陽臺對不同樓層的表面壓力 影響，將模型每個樓層設計成可拆卸式，將佈設壓力孔的樓層分別置於 3 樓、5 樓及 7 樓位置進行風壓量測試驗。
圖 3-7 試驗模型尺寸 資料來源：本研究整理
24.5m
30.0m 20.0m
X Y Z
編號 A 玻璃欄杆 3 面外側風壓孔，17 孔
編號 A 玻璃欄杆 3 面內側風壓孔，17 孔 圖 3-8 試驗模型壓力孔位及管線配置 資料來源：本研究整理
B C D
A E
β
A1-1
A4-1 A2-1
A3-1
A5-1
A7-1
A8-1
A10-1 A11-1
A13-1
A14-1
A17-1 A15-1
A16-1
筆資料。詳細之試驗條件與設定如下表 3-1 所示。另表 3-2 為模型孔位編 號與模組點位對應表。
表 3-1 試驗條件
項目 內 容
流場型態 均勻流場 紊流流場(紊流強度 7%)
量測樓層 3、5、7 層
風向角β
0°～180°，每 10°變化量測並探討壓力分佈。
設定風速 V(m/s) 10
取樣頻率與時間 100 Hz
15 Mins
取樣數目 90,000 筆
量測順序
1.均勻流場、紊流流場等平均風速剖面確認。
2.模型風壓分布量測。
3.數據分析、計算。
資料來源：本研究整理
表 3-2 模型孔位編號與模組點位對應表
速探針安裝在三維移動機構上，在距離測試段入口下游 2.8m 位置並 距離地面高度 0.8m 起算（即第一迴轉盤中心）進行量測，取樣頻率 為 250Hz，取樣數為 4096 筆資料，配合風速設定（來流風速為 1.02m/s、
2.1m/s、17.73m/s、23.4m/s），相關風速剖面圖如下 3-9 所示，說明該 風速自低速區至高速區流場表現。至於紊流強度，則依風洞設備條件 認為紊流強度約 0.3%。
圖 3-9 均勻流場平均風速剖面圖 資料來源：本研究整理
建築物表面所受之風壓分佈可以無因次的壓力係數(Pressure coefficient)表示 如下：
二、 試驗結果 陽臺不論哪個樓層的風壓係數多為負值。3 樓 Cp-m 值介於-0.723~0.653 之間，5 樓 Cp-m 值介於-0.936~0.909 之間，7 樓 Cp-m 值介於-0.929~0.246 之間。 介於-0.677~0.641 之間，5 樓 Cp-m 值介於-0.929~0.872 之間，7 樓 Cp-m 值介於-0.312~ -0.864 之間。
C 陽臺 D 陽臺
2. 極值風壓係數與淨風壓係數
（1）極值風壓：試驗過程所擷取到的風壓值數據，本研究假設為高斯分佈，
因此，定義極值風壓為平均值加 3 倍的均方根風壓值，3 倍的均方根 風壓值代表，試驗過程，受風作用的動態反應，考量受風的動態反應 才能確保陽臺欄杆的受風安全。
（2）淨風壓係數：由於陽臺是一個開放式的空間，風場可在陽臺的內外側 流動，因此，當風場同時在陽臺欄杆的內外側運動時，對同一面的玻 璃欄杆可能有 4 種受風壓組合，為了找出最不利於玻璃欄杆的條件，
採用淨風壓係數 Cpn=Cpo-Cpi表示，Cpo為欄杆外側風壓係數，Cpi為欄 杆內側風壓係數。詳如圖 3-11 所示。
圖 3-11 陽臺欄杆淨風壓示意圖 資料來源：本研究整理
Cpi
Cpo
Inside
Outside
Cpo Cpo
淨壓力 Cpn=Cpo-Cpi
Cpi Cpi
風攻角 90 度時 A 陽臺第 10 個壓力孔位。
圖 3-12 至圖 3-30 是風攻角 0-180 度，均勻流場 3F 陽臺欄杆的內側、外側之極
資料來源：本研究繪製
陽臺 A 陽臺 E
外 內 淨
陽臺 B 陽臺 C 陽臺 D
外 內 淨
圖 3-16 均勻流場 3F 風向角 40 度 極值風壓無因次分布圖 資料來源：本研究繪製
陽臺 A 陽臺 E
外 內 淨
陽臺 B 陽臺 C 陽臺 D
外 內 淨
圖 3-17 均勻流場 3F 風向角 50 度 極值風壓無因次分布圖 資料來源：本研究繪製
x
0 5 10 15 20
-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
x
0 5 10 15 20
-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
陽臺 A 陽臺 E
資料來源：本研究繪製
陽臺 A 陽臺 E
外 內 淨
陽臺 B 陽臺 C 陽臺 D
外 內 淨
圖 3-22 均勻流場 3F 風向角 100 度 極值風壓無因次分布圖 資料來源：本研究繪製
陽臺 A 陽臺 E
外 內 淨
陽臺 B 陽臺 C 陽臺 D
外 內 淨
圖 3-23 均勻流場 3F 風向角 110 度 極值風壓無因次分布圖 資料來源：本研究繪製
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0 5 10 15 20
-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
x
0 5 10 15 20
-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
陽臺 A 陽臺 E
資料來源：本研究繪製
陽臺 A 陽臺 E
外 內 淨
陽臺 B 陽臺 C 陽臺 D
外 內 淨
圖 3-28 均勻流場 3F 風向角 160 度 極值風壓無因次分布圖 資料來源：本研究繪製
陽臺 A 陽臺 E
外 內 淨
陽臺 B 陽臺 C 陽臺 D
外 內 淨
圖 3-29 均勻流場 3F 風向角 170 度 極值風壓無因次分布圖 資料來源：本研究繪製
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0 5 10 15 20
-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
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0 5 10 15 20
-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
陽臺 A 陽臺 E 外
內 淨
陽臺 B 陽臺 C 陽臺 D
外 內 淨
圖 3-30 均勻流場 3F 風向角 180 度 極值風壓無因次分布圖 資料來源：本研究繪製
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0 5 10 15 20
-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
風攻角 10 度時 A 陽臺第 12 個壓力孔位。
圖 3-31 至圖 3-49 是風攻角 0-180 度，均勻流場 5F 陽臺欄杆的內側、外側之極
資料來源：本研究繪製
陽臺 A 陽臺 E
外 內 淨
陽臺 B 陽臺 C 陽臺 D
外 內
圖 3-35 均勻流場 5F 風向角 40 度 極值風壓無因次分布圖 資料來源：本研究繪製
陽臺 A 陽臺 E
外 內 淨
陽臺 B 陽臺 C 陽臺 D
外 內
圖 3-36 均勻流場 5F 風向角 50 度 極值風壓無因次分布圖 資料來源：本研究繪製
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0 5 10 15 20
-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
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0 5 10 15 20
-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
陽臺 A 陽臺 E
資料來源：本研究繪製
陽臺 A 陽臺 E
外 內 淨
陽臺 B 陽臺 C 陽臺 D
外 內 淨
圖 3-41 均勻流場 5F 風向角 100 度 極值風壓無因次分布圖 資料來源：本研究繪製
陽臺 A 陽臺 E
外 內 淨
陽臺 B 陽臺 C 陽臺 D
外 內 淨
圖 3-42 均勻流場 5F 風向角 110 度 極值風壓無因次分布圖 資料來源：本研究繪製
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0 5 10 15 20
-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
x
0 5 10 15 20
-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
陽臺 A 陽臺 E
資料來源：本研究繪製
陽臺 A 陽臺 E
外 內 淨
陽臺 B 陽臺 C 陽臺 D
外 內 淨
圖 3-47 均勻流場 5F 風向角 160 度 極值風壓無因次分布圖 資料來源：本研究繪製
陽臺 A 陽臺 E
外 內 淨
陽臺 B 陽臺 C 陽臺 D
外 內 淨
圖 3-48 均勻流場 5F 風向角 170 度 極值風壓無因次分布圖
圖 3-48 均勻流場 5F 風向角 170 度 極值風壓無因次分布圖