第二章 文獻回顧
第三節 風力與建築物相關理論
物體所受之阻力可依其來源分為物體表面黏滯阻力(Viscous drag 或 skin drag) 和形狀阻力(Form drag)：
1. 黏滯阻力
黏滯阻力來自於作用在物體表面的剪應力(Shear stress):
F = μ ∙du boundary layer)和紊流邊界層(Turbulent boundary layer)，是雷諾數、物體 表面的粗糙度或流場是否受到干擾而定。由層流邊界層轉變為紊流邊界 層的臨界雷諾數約介於 5×105~2×107之間，確切的數值則視粗糙度和自由 流的流況而定。
當邊界層流往下游發展，流場的不穩定性會逐漸增強，成為過渡流 (Transitional flow)。當雷諾數Rex>107時，流場很難再維持在層流的狀況，
邊界層中充滿著許多渦旋，流速呈現不規則的變化，流況變為紊流。但 若物體表面十分粗糙，對流場造成很大的擾動，獲自由流為紊流，則邊 界層流能一開始就是紊流。
2. 形狀阻力
形狀阻力來自於物體迎風面與背風面的壓力差異，作用於物體表面的壓 力包括靜壓力(Static pressure)與動壓力(Dynamic pressure)，靜壓力可以由 流體密度p、重力加速度g與高程Z計算(Ps=-ρgz)而得。在地表附近高程 差異並不大，靜壓力相近，可以忽略不計。動壓力則因為流體無法穿透
物體表面，垂直於物體表面得流速為零，流體流動之動能會轉換成動壓 力xx。物體表面受之壓力常以無因次的壓力係數(Pressure coefficient)來表 示
Cp =Pd − P0 12 ρU02
其中Pd和P0分別為不受物體影響(自由流)處的壓力與流速。壓力係數與 物體外型及受壓面之位置有關，一般而言，鈍形物體(Bluff body)迎風面 之壓力為正壓力，背風面之壓力為負壓力，合力便為形狀阻力。
圖 2-38 作用於物體的壓力與剪應力
（資料來源：本研究整理暨參考風工程概論,朱佳仁,2006）
如圖 2-33 所示，物體所受之阻力可由物體表面的壓力 P 與剪應力τ以面 積積分求得：
FD = � (P cos θ + τ sin θ)dA
A
式中θ為該點之壓力 P 與流向之夾角。升力則為：
FL = � (−P sin θ + τ cos θ)dA
A
物體所受之阻力和升力可以無因次的阻力係數(Drag coeffriciet)和升力係 數(Lift coeffriciet)表示：
CD = FD 12 ρU2A
CL = FL 12 ρU2A
其中FD為阻力，FL為升力，A為體垂直於流向的投影面積。物體的阻力 係數和升力係數與物體幾何形狀、風攻角、雷諾數、馬赫數皆有關。當
流場為不可壓縮流場時，馬赫數的影響可以忽略不計。 m/s，若風壓係數Cp = 1.0，則在每平方公尺的面積上約有100kgf的外力。一般的 門窗、玻璃及招牌可能會被吹壞，簡陋的木造房屋就可能會被吹倒。 建築物表面所受之壓力常以風速壓（Velocity pressure）表示（朱佳仁，2006）：
q(z) =12ρv2(z)
其中：ρ為空氣密度，風速單位為m/s，風速壓的單位為Pa(N/m2)，U為流體 與物體間的相對速度。
表 2-2 常用空氣基本性質表（乾空氣在 1.0atm 下）
溫度℃ 空氣密度ρ(㎏/m3) 運動黏滯係數
ν(×10-5㎡/s) 單位重(N/m3)
20 1.204 1.51 12.02
30 1.165 1.60 11.81
40 1.127 1.69 11.43
圖 2-39 建築物表面風壓分佈示意圖
（資料來源：本研究整理）