風力計算

【步驟4】計算高度 z 處之風速壓 高度 z 處之風速壓

因 此 ， 當 風 垂 直 吹 向 AB 牆 面 時 ， 不 同 高 度 之 風 速 壓 為



10



^{2 0.5 2}

( ) 0.06 ( ) ( ) 300.63 kgf/m ; 5m

zt 400

q z  K z K I V C   z  z



10



^{2 0.5 2}

( ) 0.06 ( ) ( ) 300.63 5 kgf/m ; 5m

zt 400

q z  K z K I V C    z

【步驟5】分別計算面材、直料、橫料及繫件之設計風壓

風垂直吹向 AB 牆面時，AB 牆為迎風面牆，所考慮面材、直料、橫料 及繫件均承受正風壓。封閉式或部分封閉式建築物高度超過 18 公尺者，

其局部構材及外部被覆物之設計風壓根據「耐風規範」式(3.2)計算，其 中 q 採 q(z)。

面材形心離地高度 z=50.2m

q(z=50.2m)=300.63(50.2/400)0.5=106.53 kgf/m² 而在建築高 h 處

q(z=52.5m)=300.63(52.5/400)0.5=108.37 kgf/m²

迎風面牆的欄杆單元的有效受風面積為 1.2m²，所以(GCp)取正值為 2.0。

根據「耐風規範」式(3.2)，該面材設計正風壓為。

P=106.53×2.0-108.37×(±0.375)=253.7 kgf/m² (取大值)

(2). 來風垂直 BC 牆面

四個牆面上風側地況皆相同且建築物周邊無特殊地形，因此，風速壓與 風垂直吹向 AB 牆面的結果相同。由於四個牆面開口率皆相同，因此，

內風壓係數與風垂直吹向 AB 牆面的結果相同。

風垂直吹向 BC 牆面時，本計算例考慮欄杆所在之 AB 牆為側牆，所考 慮面材、直料及橫料均承受負風壓，其值根據「耐風規範」式(3.2)計算，

其中 q 採 q(h)。

側牆的面材(GCp)要取負值-4.0，該面材設計負風壓為(取大值)。

P=108.37×（-4.0）-108.37×(±0.375)= -474.1 kgf/m² (取大值) (3). 來風垂直 CD 牆面

四個牆面上風側地況皆相同且建築物周邊無特殊地形，因此，風速壓與 風垂直吹向 AB 牆面的結果相同。由於四個牆面開口率皆相同，因此，

內風壓係數與風垂直吹向 AB 牆面的結果相同。

風垂直吹向 CD 牆面時，AB 牆為背風面牆，所考慮面材、直料及橫料 均承受負風壓，其值根據「耐風規範」式(3.2)計算，其中 q 採 q(h)。背 風面牆的(GCp)要取負值-4.0，該面材設計負風壓為-474.1 kgf/m2。

(4). 風垂直 DA 牆面

根據建築物資料與工址風環境可知，建築物以 Y 軸為對稱軸，BC 牆面 與 DA 牆面開口面積相同，BC 牆面與 DA 牆面上風側地況相同，以及 建築物周邊地形相同。因此，當風垂直吹向 DA 牆面時，其結果與當風 垂直吹向 BC 牆面的結果相同。

之規定計算。屋頂女兒牆體內之內風壓係數(GCpi)，應根據屋頂女兒牆 體之開口率，依 2.9 節之規定計算。根據圖 3.4，當女兒牆位於建築物 迎風面時，需在女兒牆之正面施加正值外牆風壓，而在女兒牆之背面施 加負值屋頂外風壓；而當女兒牆位於建築物背風面時，需在女兒牆之背 面施加正值外牆風壓，而在女兒牆之正面施加負值外牆風壓。

本研究將欄杆視為女兒牆計算如下：

q

p

= q

(50.2)

=300.63(50.2/400)

^0.5

=106.53 kgf/m

²

正風壓

(GC

p

)=2.0；(GC

pi

)= ±0.375

P=106.53×(2±0.375)=253 kgf/m

²

(取大值)

負風壓

(GC

p

)=-4.0；(GC

pi

)= ±0.375

P=106.53×(-4±0.375)=-466.07 kgf/m

²

(取大值)

3. 欄杆視為耐風規範實體標示物之計算方式

依據我國「建築物耐風設計規範及解說」第 2.2 節設計風力計算式，開 放式建築物或地上獨立結構物所應承受之設計風力 F ，依下式計算

F =

q⁽zAc⁾

GC

f

A

c (2.4) 式中，Cf 為風力係數，依 2.8 節之規定計算； Ac 為開放式建築物受風 作用特徵面積； q(ZAc)為面積 Ac 形心高度 ZAc處之風速壓。

ZAc=49.6m G=1.88

K(49.6=2.774×(49.6/400)

^0.5

=0.977

q(

Z_Ac

)= q(

49.6

) =0.06×0.977×(42.5)

²

=105.88 kgf/m

²

C

f`依「建築物耐風設計規範及解說」表 2.10 決定實體標示物之風力係 數，本案玻璃欄杆位於地面以上，M/N=1.2/1=1.2﹤6 (M 為標示物長邊；

N 為標示物短邊)，所以

C

f=1.2

P= q(

Z_Ac

) GC

^f

=105.88×1.88×1.2=238.87 kgf/m

²

4. 本研究試驗風係數計算方式

依據本研究表 3-8，建築物最頂層位置欄杆最大外風壓係數 3.54，內風 壓係數為-1.74，所以正淨風壓係數為 Cpn=5.19，

正風壓：

q

p

= q

(50.2)

=300.63(50.2/400)

^0.5

=106.53 kgf/m

²

P=106.53×(3.54±-1.74)=552.89 kgf/m

²

(取大值)

負風壓：

欄杆最大外風壓係數-1.95，內風壓係數為 1.56，所以淨風壓係數為 Cpn=-3.51

q

p

= q

(50.2)

=300.63(50.2/400)

^0.5

=106.53 kgf/m

²

P=106.53×(-1.95±1.56)=373.92 kgf/m

²

(取大值)

依規範帷幕牆設計方法計算 253.7 474.1

依規範女兒牆設計方法計算 253 466.07

依規範實體標示物設計方法

計算 238.87 238.87

依本研究試驗結果計算 552.89 373.92

依表 4-2 正風壓載重以本研究之試驗結果計算，所得載重值最大為 552.89 kgf/m²；以實體標示物分析方法計算，所得風載重值最低 238.87 kgf/m²。而負 風壓最大則是依規範帷幕牆設計方法計算所得風載重最大 474.1 kgf/m²；以實體 標示物分析方法計算，所得風載重值最低 238.87 kgf/m²。實務設計而言，不論 正風壓或負風壓，結構設計應以能滿足最大風壓為設計載重。

本研究計算是以一棟 15 樓層高建築物為案例，計算第 15 層在角隅處之設 計風載重。以耐風規範帷幕牆之計算方式，過程較為繁複，須先考慮迎風面之 受風再考量側風面及背風面，每個來流方向兒判斷建築物封閉性及決定內風壓 係數，再以有效面積決定外風壓係數，進而計算所在區域的風速壓，最後據以 得出正負風壓載重。另依規範女兒牆設計方法計算，則是以女兒牆高度位置計 算風速壓再考慮正負風壓係數作用，計算風載重。以帷幕牆及女兒牆方式計算 所得結果相近，主因是以頂層計算與女兒牆高度接近，風速壓相距不大且內外 風壓係數亦相同，在考慮因素近似的情況，兩者計算之風載重相當接近。

業界設計陽臺女兒牆構造時，依耐風規範實體標示物之風力設計分析，該 方式計算簡易，所得風載重值相對偏低，此種計算方式可以節省材料，較為業 主接受。但是否滿足耐風安全則值得再深入探討。

本研究採用風洞試驗方法，歸納極值正風壓係數為 5.19，所得正風壓載重 552.89 kgf/m²，大於其他計算方法，且高於負風壓載重。正風壓係數為 5.19 測 得位置係位於建築物角隅處，在側向女兒牆迎風面位置，因處於角隅渦流反復 作用在女兒牆上，所得均方根值偏高即擾動性大，在高度擾動下所得極值外風 壓係數偏高，而其內側風壓係數為負值，考慮最危險情況得最大風壓係數 5.19。

之壓力值較低。前述已討論向上和向下流場，但仍有一部份是往兩側移 動，由試驗結果得知，向兩側移動的流場會在角隅處也就是 C 陽臺和 D 陽臺接近建築物角隅的邊側欄杆附近開始出現負風壓值，流場再轉向 建築物側面時即 A、E 陽臺處，大多呈現負風壓值。綜合上述，從陽臺 的風壓係數曲線圖分析，可證明本研究結果符合流場理論。

2. 本研究試驗後將各壓力測點，經分析計算以平均風壓係數、擾動風壓係 數、極值風壓係數及淨風壓係數表示。歸納整理後得知，正風壓之最大 平均風壓係數為 1.45，擾動風壓係數為 1.02，極值風壓係數為 3.54；負 風壓之最大平均風壓係數為-2.14，擾動風壓係數為 0.013，極值風壓係 數為-3.47。而平均值的淨風壓係數正風壓最大值為 2.50，負風壓最大 值則是-2.24；極端值的淨風壓係數正風壓最大值為 5.19，負風壓最大 值則是 3.57。以上數據可為我國業界，設計玻璃型陽臺欄杆之參考。

3. 本研究擬出風壓係數後，採用 4 種方式進行風力計算，包括，並將欄杆 視為耐風規範帷幕牆之計算方式、視為耐風規範女兒牆之計算方式、欄 杆視為耐風規範實體標示物之計算方式及本研究試驗結果之風壓係數 等。計算後得知，本研究風洞試驗計算後的正風壓載重值最大，而將欄 杆視為帷幕牆及女兒牆之設計方法，所得結果相近。將欄杆視為實體標 示物之計算方式最為簡便，但所得設計風載重相對偏低，是否合宜仍須 再一步探討。

第二節 建議

建議一

陽臺女兒牆風壓係數表可供業界參考使用：立即可行建議 主辦機關：內政部建築研究所

協辦機關：中華民國土木技師公會全國聯合會、中華民國結構工程技師公 會全國聯合會

本研究試驗後將各壓力測點，經分析計算以平均風壓係數、擾動風壓係數、

極值風壓係數及淨風壓係數。相關結果可供專業技師進行相關建築物構造之耐 風設計時參考採用，以解目前無相關依循可引用之現象。

7%8E%BB%E7%92%83%E7%9F%A5%E8%AD%98

6. http://www.taiwanglass.com/product_list.php?sid=203

7. ISHWAR CHAND,P. K. BHARGAVAIN,L. V. KRISHAKI, Effect of Balconies on Ventilation Inducing Aeromotive Force on Low-rise Buildings, Building and Environment. Vol. 33, No. 6, pp. 385-396. 1998

8. H. Montazeri*, B. Blocken, CFD simulation of wind-induced pressure

coefficients on buildings with and without balconies: Validation and sensitivity analysis, Building and Environment 60 (2013) 137-149

9. M. F. MOHAMED1, D. PRASAD1, S. KING1, K. HIROTA. The Impact of Balconies on Wind Induced Ventilation of Singlesided Naturally Ventilated Multi-storey Apartment, PLEA2009 - 26th Conference on Passive and Low Energy Architecture, Quebec City, Canada, 22-24 June 2009

10. H. Montazeri*, B. Blocken, W.D. Janssen, T. van Hooff, CFD evaluation of new second-skin facade concept for wind comfort on building balconies: Case study for the Park Tower in Antwerp, Building and Environment 68 (2013) 179~192

在文檔中 建築物玻璃型陽臺欄杆之風壓係數與風力分析研究 (頁 108-118)