第五章 台北 101 大樓應用 TLCD 系統之抗風減振性能評估
5.4 台北 101 大樓安裝 TLCD 系統之參數研究
5.4.1 TLCD 設計參數
⎢ ⎥⎢ ⎥
=⎢ ⎥
⎢ ⎥⎢ ⎥
⎣ ⎦
為系統樓層扭轉向之擾動力向量。
5.4 台北 101 大樓安裝 TLCD 系統之參數研究
本節將針對結構於順向風力擾動下，探討風力擾動偏心距（ey） 及TLCD 距離形心位置（eT）對於TLCD 減振效能之影響。
5.4.1 TLCD 設計參數
台北101 大樓之結構系統參數整理如表 5.2 所示。本研究將考慮 TLCD 系統之頻率比
γ
=1 之設計條件進行分析。由於台北 101 大樓之 第一振態頻率為0.14Hz（X 向），第三振態頻率為 0.21Hz（扭轉向），因此由式(2.17)可知，控制水平振動之 TLCD（中心位置）有效長度 為Le=24.5 m；控制扭轉振動之 TLCD（Y 軸正向及負向）有效長度 為Le=11.4 m。TLCD 系統之尺寸設計整理如表 5.3 所示。此外，吾人 設定偏心距ey=1.0 m、1.5 m 及 2.0 m 等情況進行分析，而 TLCD 距 離形心位置則為eT＝3 m 至 21 m 之間，並以 3 m 為增量進行數值模 擬分析。TLCD 系統之截面積比(
λ
)設計為 1.0（等斷面 TLCD）。5.4.2 分析結果
圖 5.4 及圖 5.5 分別為作用於結構樓層之順向風力擾動歷時及其
富氏頻譜，其結果顯示，隨機擾動風力最大為 120 ton，且其頻率內 涵主要分佈於1 Hz 以內。
圖5.6 及圖 5.7 分別為風力擾動偏心距與 TLCD 距離形心位置與 TLCD 系統扭轉向之結構角位移及角加速度均方根值折減關係圖。其 結果顯示，風力擾動偏心距（ey）愈大（即扭轉擾動力愈大），TLCD 系統對於結構扭轉加速度反應之減振效果愈好，且隨著 TLCD 距離形 心（eT）愈遠，TLCD 對於結構扭轉反應之減振效果則有增加的趨勢。
圖5.8 及圖 5.9 為風力擾動偏心距與 TLCD 距離形心位置與 TLCD 系 統 X 向之結構位移及加速度反應之均方根值折減關係圖。其結果顯 示，風力擾動偏心距愈大，TLCD 系統對於 X 向之減振效果愈好（即 控制扭轉向之TLCD 對於 X 向亦有減振貢獻），惟隨著TLCD 距離形 心愈遠，TLCD 對於結構 X 向反應之減振效果影響不大。由於改變擾 動偏心距僅會增加扭轉擾動外力，對於 X 向擾動力則完全無影響，
故本分析之結果合理。
表 5.4 與表 5.5 分別為扭轉向及 X 向於在eT＝21 m 的條件下，
TLCD 系統之結構反應均方根值折減率。其結果顯示，扭轉向結構角 位移與角加速度之均方根值及峰值折減率分別為64 ％、66 ％、65 ％ 及66 ％；X 向結構位移與加速度之均方根值及峰值折減率分別為 26
％、29 ％、29 ％及 43 ％。
圖5.10 及圖 5.11 為ey＝2 m 及eT＝21 m 之條件下，結構扭轉向 控制與未控制結構之角位移及角加速度歷時比較；圖 5.12 及圖 5.13 為ey＝2 m 及eT＝21 m 之條件下，結構 X 向控制與未控制結構之位 移及加速度歷時比較。其結果顯示，TLCD 系統對於結構之扭轉振動
具有良好之減振效果。圖 5.14 為中心位置 TLCD 之水柱激盪位移歷 時圖，水柱激盪位移峰值可達25 cm。圖 5.15 及圖 5.16 分別為 Y 軸 正向及負向TLCD 之水柱激盪位移歷時圖，其水柱激盪位移峰值分別 為4 cm 及 5 cm 。
本節探討TLCD 系統應用於台北 101 大樓受扭轉擾動作用之抗風 減振性能評估，綜合上述之分析結果，吾人歸納以下幾點結論：
1. 風力擾動偏心距 (ey)愈大，TLCD 系統對於結構扭轉反應之 減振效果愈好，且隨著 TLCD 距離形心(eT)愈遠，TLCD 對於 結構扭轉反應之減振效果則有增加的趨勢。
2. 風力擾動偏心距愈大，TLCD 系統對於 X 向之減振效果愈好，
惟隨著 TLCD 距離形心愈遠，TLCD 對於結構 X 向反應之減 振效果影響不大。
3. 於ey＝2 m，eT＝21 m 之條件下，X 向結構位移及加速度之峰 值折減率分別為 29%及 43%。因此 TLCD 系統可降低結構之 加速度至4.1 ㎝/s2 ＜5 cm/s2（未加裝TLCD 系統，結構物加速 度為7.1 ㎝/s2），滿足我國規範規定半年回歸期之風力作用下，
頂樓加速度不得大於5 cm/s2之上限值。
第六章 結論與建議
本文除了針對變斷面VTLCD 系統進行理論分析與參數研究外，
並實際製作一組VTLCD 模型進行元件測試及 VTLCD 系統之結構減 振性能測試(振動台試驗)，俾便充份掌握 VTLCD 元件之設計參數及 評估其減振效益。此外，吾人亦針對氣密式 TLCD 系統應用於結構防 震的可行性進行模擬分析，探討密閉氣室之初始壓力對於結構減震效 能的影響。本文最後則以世界第一高樓「台北101 大樓」進行 TLCD 系統之抗風減振性能評估分析，同時考慮結構水平向及扭轉向之振動 控制。根據本文所進行之理論模擬分析與試驗驗證之結果，吾人歸納 幾點結論與建議如下：
1、 根據 VTLCD 系統之液體有效長度估算公式所得之理論振 動頻率與 VTLCD 元件試驗所得之頻率十分吻合，顯示以 有效長度計算變斷面 VTLCD 系統之振動頻率相當精確可 靠，吾人可藉由調節液體的有效長度充份掌握 VTLCD 元 件之動力特性。
2、 結構共振簡諧擾動試驗之結果顯示，本案所進行之三種不 同孔口板開孔面積比之 VTLCD 設計(
φ
=1.0、φ
=0.64 及φ
=0.36)均有良好的減振效果，且由 VTLCD 系統之性能測 試可知，本案採用長度比β=0.54 之設計已具有十分良好之 減振效果。3、 簡諧波擾動試驗之結果顯示，擾動頻率與結構頻率之比值
0 .
=1
γ
s 時，VTLCD 系統(自然振動頻率與結構之頻率比為 1.0)之減振效果最佳，惟擾動頻率比γ
s ≤0.75時，VTLCD 系統之結構振動反應則有放大的現象。4、 本文根據系統識別分析所得之水頭損失係數進行非線性數 值模擬分析與試驗之結果相當契合，驗證本文所提非線性 理論分析模式之合理性及精確性。
5、 氣密式TLCD 系統可藉由調整密閉室內之初始壓力進而延 長水平段之長度(增加系統的質量)，使得其振動周期可與 中低樓層結構之周期一致。此外，結構安裝氣密式 TLCD 系統(自然振動頻率與結構之頻率比為 1.0)具有減震效果，
於相同質量比及孔口板開孔面積比之下，水平段長度比 β 愈長，結構位移及加速度均方根之折減效果愈好。
6、 TLCD 系統可有效降低台北 101 大樓之水平向及扭轉向之 振動反應，當風力擾動偏心距(ey)愈大，TLCD 系統對於結 構扭轉反應之減振效果愈好，且隨著TLCD 配置距離形心 (eT)愈遠，TLCD 之減振效果則有增加的趨勢。
7、 本文之分析結果為VTLCD 系統與結構之頻率比設定為 1.0 之條件下所得，未來可將 VTLCD 系統與結構之頻率比亦 作為參數進行分析，俾便求得 VTLCD 或 TLCD 系統之最 佳設計參數，尤其是氣密式TLCD 系統應用於結構防震之 分析，因地震的頻率內涵較為寬廣，VTLCD 系統與結構之 頻率比亦可能影響減震的效果。
8、 未來可針對氣密式TLCD 系統應用於中高樓層之減震進行
相關深入研究，並評估進行試驗驗證的可行性(壓力計的規 格、加壓設備的選用、氣密室TLCD 試體之製作等)。
9、 台北101 大樓應用 TLCD 系統進行抗風減振之模擬分析僅 考慮順風向之風力作用，未來可將橫風向風力亦納入分析 模型，以期更詳實模擬結構受雙向風力作用之減振效益評 估。
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