關於英國之風力規範以「Loading for buildings-Part 2 : Code of practice for wind loads」 (BS 6399-2:1997)規範為主。
有關建築物或構件所受風載重 BS 6399-2 規範中規定兩種相當靜載 重(equivalent static loads)分析方法:標準方法(standard method)與方向性法 (directional ethod)。標準方法主要考慮正交風載重作用(orthogonal load)於建 築物受風面的情形,對於具對稱性的建築物其分析過程可加以簡化。方 向性法考慮具有風攻角變化條件下建築物或構件所受風載重。
除規範中所說明的兩種方法,對於風洞試驗的適用亦有所規定,符 合下列條件者,其實驗成果可供採用:
1. 自然風場需正確模擬,包括平均風速剖面、紊流強度及尺度等因 子。
2. 建築物幾何尺寸應有正確縮尺 3. 風洞實驗應有良好適當的量測儀器
4. 量測結果應能預測設計所需的風險水準下的尖峰風載重值。
規範中所定義的相當靜載重分析方法其使用亦有所限制,規範利用 動力因子(dynamic augmentation factor, Cr)加以判定,凡建築物高度超過 300 公尺或Cr 大於 0.25 均不適用於本規範所建議的分析方法。
2-3.1 標準方法(standard method)
2-3.1.1 標準風載重
BS 6399-2 規範中有關利用標準方法計算設計風力的規定如下:
風速壓(dynamic pressure, qS)以下式計算 613 2
. 0 e
S V
q = (11)
建築物風力規範之修訂研究(二) 第二章 風力規範之現況與比較
其中 qS:單位為Pa(N/m2) Ve:有效風速(m/sec)
建築物所受之外部表面風壓,以下式表示:
a pe S
e q C C
p = (12)
其中 Cpe:外部風壓係數(external pressure coefficient) Ca:建物尺寸因子(size effect factor)
建築物所受之內部表面風壓,以下式表示:
a pi S
i q C C
p = (13)
其中 Cpi:內部風壓係數(internal pressure coefficient) 因此建築物所受的淨風壓為:
i
e p
p
p= − (14)
建築物所受的風力為:
pA
P= (15)
其中 A:受風面積
考慮建築物各部受風作用的非同步性,因此建築物總水平風力為:
∑
−∑
+=0.85( Pfront Prear)(1 Cr)
P (16)
其中 ΣPfront :建築物迎風面上總水平力
ΣPrear :建築物背風面上總水平力 2-3.1.2 標準設計風速
1.基本設計風速 Vb(basic wind speed):由規範中所提供之地圖分區中直接 查得,代表以50 年迴歸之小時平均風速。
2.基地風速(site wind speed):
P S d a b
S V S S S S
V = × × × × (17)
建築物風力規範之修訂研究(二) 第二章 風力規範之現況與比較
其中 Vb:基本風速 Sa:海拔高度因子
Sd:方向因子,為調整不同風向間的機率水準為一致,
以查表方式選定方向因子,如建築物座向未明,則取 1.0。
SS:季節因子,供臨時構造或施工狀態等短時間工程設 計風速受季節影響調整所需。
SP:機率因子
3.有效風速(effective wind speed):將基地風速修正為有效高度處的陣風風 速,並將建築物尺寸及上游建物影響影響納入考慮,
b S
e V S
V = × (18)
其中 Sb:依建築物有效高度及建物週邊地形條件查表而得 2-3.1.3 標準風壓係數
規範中利用圖解方式定義各種不同建築型態所應採用的標準風壓 係數,供使用者查表獲得所需之風壓係數,並包括外部風壓係數與內部 風壓係數等,配合(14)(15)式即可計算建物所受風力。
2-3.1.4 獨立牆體或招牌之設計風力
規範中對於獨立牆體依不同實積率與不同部位利用查表方式獲得 所需之風壓係數,而招牌則建議採用風壓係數1.8 計算所受風力。
2-3.2 方向性法(directional method)
2-3.2.1 具方向性之風載重
風速壓(dynamic pressure, q)以下式計算 163 2
. 0 Ve
q= (19)
其中 qS:單位為Pa(N/m2)
建築物風力規範之修訂研究(二) 第二章 風力規範之現況與比較
Ve:有效風速(m/sec)
建築物所受之外部表面風壓,以下式表示:
pe e
e q C
p = (20)
其中 Cpe:外部風壓係數(external pressure coefficient),隨風攻角 變化可查規範所附表
建築物所受之內部表面風壓,以下式表示:
pi
i qC
p = (21)
其中 Cpi:內部風壓係數(internal pressure coefficient) 隨風攻角變 化可查規範所附表
對於封閉式建築物所受的淨風壓為:
i
e p
p
p= − (22)
對於建築物構件所受的淨風壓為:
P eC q
p= (22)
建築物所受的風力為:
pA
P= (23)
其中 A:受風面積 建築物所受總風力為:
∑
−∑
+=0.85{ (Pfront cos (Prearcos )}(1 Cr)
P θ θ (24)
其中 ΣPfront :建築物迎風面上總水平力
ΣPrear :建築物背風面上總水平力
θ
:所考慮之風向與建築物壁面法線間的夾角,亦即風攻 角2-3.2.2 具方向性之風速
1.基本風速與基地風速計算方法與標準法類似,
建築物風力規範之修訂研究(二) 第二章 風力規範之現況與比較
P S d a b
S V S S S S
V = × × × × (25)
2.有效風速:
b S
e V S
V = × (26)
Sb對於鄉村地形與都市地形規範提出不同的公式加以計算:
鄉村地形:Sb =SC{1+(gt ×St)+Sh} (27) 都市地形:Sb =SCTC{1+(gt×St×Tt)+Sh} (28) 其中 Sc:fetch factor,由查表而得
St:紊流因子,反應不同建築物有效高度與周邊地形距離 對風速的影響
gt:陣風尖峰因子,利用不同建築物有效高度與受風面對 角線長度查表而得,對於單獨構件則直接採用3.44。
Tc:fetch adjustable factor Tt:紊流調整因子 Sh:地形增量 2-3.2.3 具方向性之風壓係數
規範中列舉各種不同形狀、部位在不同風攻角下之風壓係數,利用 查表方式可迅速查得。
2-3.3 兩種方法的併用
規範建議對於建築物構型已定義清楚而基地地況未明的情形,建議 以標準有效風速搭配具方向性之風壓係數加以檢核。對於需要進一步詳 細檢核週邊地形、建物群對風場影響時,如臨近明顯地型變化或都市地 區,建議以具方向性的有效風速搭配標準風壓係數進行檢核。
建築物風力規範之修訂研究(二) 第二章 風力規範之現況與比較