高層建築所受的風力

從高樓結構設計的觀點來看，作用於高層建築上的風力可分為順 風向、橫風向與扭轉向風力。順風向風力主要由風場中的陣風造成，

對於基本造型近似矩形柱體的建築物，大體上可以透過理論與實驗數 據得到合理的評估。

在建築設計上，重要的橫風向擾動風力主要來自流體通過建築物 時，發生的流體分離（separation）與渦散現象（vortex shedding）所 造成的週期性作用力。當建築物的高寬比與柔度都很大時，在設計風 速之內可能會發生結構共振現象，造成過大的振動反應。這個渦散分

離現象引發的結構共振，與建築物的幾何造型及結構動力特性有密切 關係，目前並無妥善的分析模式可供解析。

對於一般幾何造型的建築物，扭轉向風力的影響小於順風向及橫風向 風力。由於扭轉向風力也是源自流體分離，故亦無分析模式。所幸，

橫風向與扭轉向風力對一般高層建築的影響有限，主要的設計風力仍 由順風向風力控制。

當風流經建築物時，會依建築物的幾何外型，產生下列幾種風場：

1.迎風面渦流(upstream vortex)：

當風遇到高層建築物時，部分氣流會由建築物上方與兩側加速繞 過去，部分氣流沿建築物的迎風面向下切，在建築物的前方形成渦 流。建築物的迎風面越寬越大，下切氣流越強。如圖3.2 所示

圖 3.2 下切氣流之示意圖

（資料來源：參考書目 7）

2.建築物尾流(building wake)：

當風遇到高層建築物時，會在建築物的背風面形成一流場紊流的 尾流區，因尾流區之壓力低於大氣壓力，固越過建築物上方的氣流會

受到背風面之負壓力的吸引，向下及向建築物後方流動，形成一個氣 流迴旋的流場。其尾流區的流場特性會受到建築物的幾何外型、風向 角和周遭建築物的影響。如圖3.3 所示

圖 3.3 建築物尾流之示意圖

（資料來源：參考書目 7）

3 穿堂風(through flow)：

建築物迎風面與背風面之間有氣壓差，以致當有前後貫通的通道 開口打開時，大樓內的通道會形成氣流的快速流動，此現象稱之穿堂 風，會對進出大樓及經過出入口的行人構成不舒適的情形如圖 3.4 所 示

圖 3.4 穿堂風示意圖

4 角隅強風(corner flow)：

當氣流要由建築物兩側繞過去時，流體會有加速的現象。同時在 角隅處，會產生渦流分流現象，造成建築物角隅兩設有較強的風速。

建築物角隅的細部設計與幾何形狀會影響到此處的風場。譬如說矩形 的建築物，渦流會發生在角隅處；但圓弧形的建築物，渦流分離點則 與表面粗糙度有關。如圖3.5 及圖 3.6 所示

圖 3.5 建築物角隅強風示意圖

（資料來源：參考書目 7）

圖 3.6 角隅渦流發生處

（資料來源：參考書目 7）

5 遮蔽效應(shelter effect)：

近似高度與規模的建築物群比鄰而立時，對於迎面而來的氣流產 生阻牆的遮蔽作用，迫使氣流由建築群的上方越過及側邊繞過。反 之，若高層建築物的前方為低矮建築物時，則兩建築物之間會有極強 的渦流發生。如圖3.7 所示

圖 3.7 遮蔽效應之示意圖

（資料來源：參考書目 7）

6 金字塔效應(pyramid effect)：

對於逐漸上升且退縮的建築或建築群，建築物頂部分離剪力層受 到漸次升高的邊界影響，匯聚成一股向上湧生的氣流。在金字塔效應 的影響下，下切氣流與角隅強風會較弱。如圖3.8 所示

圖 3.8 金字塔效應示意圖

（資料來源：參考書目 7）

7 縮流效應(venture effect)：

當風由一寬廣之區域吹進狹窄的街道時，由於流通斷面積減小，

氣流會有加速的現象，形成高風速區出現。氣流加速的現象會隨著建 築物之間距離的增大而明顯減低。如圖3.9 所示

圖 3.9 縮流效應示意圖

（資料來源：參考書目 7）

8 渠化效應(channel effect)：

都會區中沿街兩側建築物多具有較平整的立面且相互庇鄰，對於 運行期間的氣流而言，猶如渠道之兩壁，一般稱為街谷，此現象會驅 使接近地面的氣流脫離原來的風向而沿街谷的走向流動。如圖3.10 所示

圖 3.10 渠化效應示意圖

（資料來源：參考書目 7）