第三章 風力監測系統建置
第四節 風力歷時比對
本研究為比較二種風力測試結果，以一寬度80mm、長度80mm、高度480mm 高寬比6，深寬比1之矩形模型，流場設計採C地況，平均風速U=10.1m/s(模 型高度480mm處)下進行風壓與風力同步量測(圖3-37)，壓力點共計204點 (每一面立面48點、屋頂12點)，擷取頻率250Hz，取樣數32,768筆，歷時 約131分。建築物氣動力模型利用壓克力板製作，風壓孔以細管線製作之 壓力傳感管線系統(tubing system)與量測儀器相接，管線材質為PVC 因此 具備良好的可撓性，不致影響風壓信號傳送，利用本所實驗室現有的電 子式壓力掃描器量測模型各面同步的風壓資料。氣動力模型實驗量測 時，透過旋轉工作平台，表現不同風向角對模型風壓變化之效果。
壓力量測管線系統為內徑1mm、長度25cm 的管線，管線系統連接至電 子式壓力掃瞄模組上的壓力輸入埠，電子式壓力掃瞄器以64 個量測孔為 一模組，壓力量測模組安置於模型內部，模型規劃以鄰近64 個孔位規劃 為同一壓力模組，分別接入電子式壓力掃瞄器。表面風壓量測使用之壓 力掃描器(ZOC33/64 PX 如圖3-38)，該系統每個單一模組有64 個壓力輸 入管( pneumatic inputs )，對應64 個壓電式壓力感應器，每一壓力感應器 皆可單獨校正。藉由管線連接至模型量測點以量測壓力。各模組接連接 至壓力訊號處理系統(RAD BASE 3200 如圖3-5)，此系統可支援類比數位 之轉換，最高可支援8 個模組，其解析度達16bits，最大採樣頻率為 500Hz，傳輸介面為USB，具備網路控制及傳輸功能，整體風壓量測接線 方式如圖(3-39、3-45)所示。
在以風壓積分進行基底風力數據計算時，係以上述設備所量得各孔位 壓力值歷時做為邊界條件，輸入有限元素分析(FEM)，而得基底風力歷 時，其分析流程如下:
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可知以風壓積分來求取基底風力與所規劃量測風壓點數有密切關係，
點數越多，FEM單元面積越小，則風壓積分計算之風力將越接近實際SFB 風力量測值，惟壓力管線配置總數受限於通過SFB儀器之既有孔洞(直徑 30mm圖3-44)，能容許之管數已接近極限(204條)，過多恐因管線擠壓而 造成數據擷取有誤，是造成兩者數距間有差異的主因。由圖3-41、42與 43之分析圖來看，在0度風向角時，風壓積分與風力量測兩者間風力平均 值大小差異不大，惟擾動值大小有所不同，扭轉向扭力因結構及風場對 稱性，其平均值皆趨近於0，而擾動值以SFB所量得較大。整體而言，風 力擾動值以應用SFB所量得的數據較大。
圖3-37 風壓風力模型與地況配置
（資料來源：本研究）
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圖 3-38 電子式壓力掃描模組
（資料來源：本研究）
圖 3-39 壓力訊號處理系統
（資料來源：本研究）
圖3-40 壓力管線與SFB同時安裝
（資料來源：本研究）
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53 -6
-5 -4 -3 -2 -1 0
0 20 40 60 80 100 120
TIME(SEC)
WIND FORCE(N)
SFB FEM
圖3-41 順風向風力比對(風向角0度)
（資料來源：本研究）
-3 -2 -1 0 1 2 3 4
0 20 40 60 80 100 120
TIME(SEC)
WIND FORCE (N)
SFB FEM
圖3-42 橫風向風力比對(風向角0度)
（資料來源：本研究）
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54 -0.3
-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3
0 20 40 60 80 100 120
TIME(SEC)
TORSION (N-M)
SFB FEM
圖3-43 扭轉向風力比對(風向角0度)
（資料來源：本研究）
-5 -4.5 -4 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0
0 20 40 60 80 100 120
TIME(SEC)
WIND FORCE(N)
SFB FEM
第三章 風力監測系統建置
55 -3
-2 -1 0 1 2 3
0 20 40 60 80 100 120
TIME(SEC)
WIND FORCE (N)
SFB FEM
-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
0 20 40 60 80 100 120
TIME(SEC)
TORSION (N-M)
SFB FEM
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圖3-44 六力平衡儀(SFB)
（資料來源：本研究）
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圖 3-45 壓力量測系統構架
（資料來源：本研究）
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圖 3-46 風壓積分 FEM 模式
（資料來源：本研究）
圖 3-47 基底束制與反力設置
（資料來源：本研究）
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圖 3-48 表面風壓歷時給定
（資料來源：本研究）
圖 3-49 表面風壓分析
（資料來源：本研究）
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