建築物耐風設計規範及解說技術手冊研擬

建築物耐風設計規範及解說技術手冊研擬

內政部建築研究所委託研究報告

104

建築物耐風設計規範及解說

技術手冊研擬

內政部建築研究所委託研究報告

中華民國

104 年 12 月

建築物耐風設計規範及解說

技術手冊研擬

受 委 託 者 ： 國立臺灣科技大學

研究主持人： 陳瑞華

協同主持人： 高士哲

研 究 助 理 ： 楊晉、余晟驥、吳宜芳 、

劉尚豪

內政部建築研究所委託研究報告

中華民國

104 年 12 月

(本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見)

目次 表次 ... V 圖次 ... VII 摘要 ... IX 第一章 緒論 ... 1 第一節 研究緣起與背景... 1 第二節 研究內容與步驟... 1 第三節 本文章節架構 ... 2 第二章 104 年版耐風規範增修部分之介紹 ... 5 第三章 主要風力抵抗系統耐風設計流程圖之建立 ... 9 第一節 設計情況 ... 9 第二節 各設計情況風力計算流程圖 ... 11 第三節 耐風結構反應計算與檢核流程圖 ... 19 第四節 主要風力抵抗系統耐風設計流程圖 ... 20 第四章 局部構材及外部被覆物耐風設計流程圖之建立 ... 39 第一節 高度不超過 18 公尺建築物局部構材耐風設計流程圖 ... 39 第二節 高度超過 18 公尺建築物局部構材耐風設計流程圖 ... 40 第三節 開放式建築物之斜屋頂局部構材耐風設計流程圖 ... 41 第五章 高寬比 3 至 6 柔性建築物主要風力抵抗系統耐風設計示範例 ... 49 第一節 建築物資料與工址風環境 ... 50 第二節 風垂直吹向 AB 牆面之順風向、橫風向與扭轉向風力 ... 51 第三節 風垂直吹向 BC 牆面之順風向、橫風向與扭轉向風力 ... 59 第四節 風垂直吹向 CD 牆面之順風向、橫風向與扭轉向風力 ... 60 第五節 風垂直吹向 DA 牆面之順風向、橫風向與扭轉向風力 ... 61 第六節 耐風結構反應之計算與檢核 ... 61 第七節 比較 104 年版規範與 96 年版規範所計算設計風力及 50 年回歸期風力 ... 65

第八節 比較 104 年版規範與 96 年版規範所計算半年回歸期風力 ... 66 第九節 探討懸崖地形對風力之影響 ... 67 第六章 高寬比 3 至 6 普通建築物主要風力抵抗系統耐風設計示範例 ... 85 第一節 建築物資料與工址風環境 ... 86 第二節 風垂直吹向 AB 牆面之順風向、橫風向與扭轉向風力 ... 87 第三節 風垂直吹向 BC 牆面之順風向、橫風向與扭轉向風力 ... 89 第四節 風垂直吹向 CD 牆面之順風向、橫風向與扭轉向風力 ... 90 第五節 風垂直吹向 DA 牆面之順風向、橫風向與扭轉向風力 ... 91 第六節 耐風結構反應之計算與檢核 ... 91 第七節 比較 104 年版規範與 96 年版規範所計算設計風力及 50 年回歸期風力 ... 92 第八節 比較 104 年版規範與 96 年版規範所計算半年回歸期風力 ... 93 第九節 探討懸崖地形對風力之影響 ... 93 第七章 高寬比小於 3、普通且高度大於 18 公尺建築物主要風力抵抗系統耐風設計示範 例 ...105 第一節 建築物資料與工址風環境 ...106 第二節 風垂直吹向 AB 牆面之順風向、橫風向與扭轉向風力 ...107 第三節 風垂直吹向 BC 牆面之順風向、橫風向與扭轉向風力 ...111 第四節 風垂直吹向 CD 牆面之順風向、橫風向與扭轉向風力 ...111 第五節 風垂直吹向 DA 牆面之順風向、橫風向與扭轉向風力 ...112 第六節 結構耐風反應之計算與檢核 ...113 第八章 高寬比小於 3 柔性建築物主要風力抵抗系統耐風設計示範例 ...119 第一節 建築物資料與工址風環境 ...120 第二節 風垂直吹向 AB 牆面之順風向、橫風向與扭轉向風力 ...121 第三節 風垂直吹向 BC 牆面之順風向、橫風向與扭轉向風力 ...124 第四節 風垂直吹向 CD 牆面之順風向、橫風向與扭轉向風力 ...124 第五節 風垂直吹向 DA 牆面之順風向、橫風向與扭轉向風力 ...125

第六節 結構耐風反應之計算與檢核 ...125 第九章 高寬比小於 3、普通且高度小於等於 18 公尺建築物主要風力抵抗系統耐風設計 示範例 ...131 第一節 建築物資料與工址風環境 ...132 第二節 風垂直吹向 AB 牆面之順風向、橫風向與扭轉向風力 ...133 第三節 風垂直吹向 BC 牆面之順風向、橫風向與扭轉向風力 ...135 第四節 風垂直吹向 CD 牆面之順風向、橫風向與扭轉向風力 ...136 第五節 風垂直吹向 DA 牆面之順風向、橫風向與扭轉向風力 ...136 第六節 結構耐風反應之計算與檢核 ...136 第七節 以第四類設計情況計算風力並與第六節所用的風力作比較 ...138 第十章 開放式建築物主要風力抵抗系統耐風設計示範例 ...141 第一節 建築物資料與工址風環境 ...142 第二節 風垂直吹向 AB 牆面之風力 ...143 第三節 風垂直吹向 BC 牆面之風力 ...146 第四節 風傾斜吹向塔面之風力 ...148 第五節 結構耐風反應之計算與檢核 ...148 第十一章 高度不超過 18 公尺建築物局部構材耐風設計示範例 ...155 第一節 建築物資料與工址風環境 ...156 第二節 有效受風面積及相對應的外風壓係數之計算 ...157 第三節 局部構材及外部被覆物設計風壓之計算 ...157 第四節 最大設計正風壓與負風壓之選取 ...162 第五節 局部構材及外部被覆物耐風強度之檢核 ...162 第十二章 高度超過 18 公尺建築物局部構材耐風設計示範例...167 第一節 建築物資料與工址風環境 ...168 第二節 有效受風面積及相對應的外風壓係數之計算 ...168 第三節 局部構材及外部被覆物設計風壓之計算 ...169 第四節 最大設計正風壓與負風壓之選取 ...173

第五節 局部構材及外部被覆物耐風強度之檢核 ...174 第十三章 開放式建築物之斜屋頂局部構材耐風設計示範例 ...181 第一節 建築物資料與工址風環境 ...182 第二節 有效受風面積及相對應的淨風壓係數之計算 ...183 第三節 局部構材及外部被覆物設計風壓之計算 ...183 第四節 最大設計正風壓與負風壓之選取 ...187 第五節 局部構材及外部被覆物耐風強度之檢核 ...187 第十四章 結論與建議 ...191 第一節 結論 ...191 第二節 建議 ...194 附錄一 104 年版規範與 96 年版規範本文內容修訂對照表 ...197 附錄二 104 年版規範與 96 年版規範解說文字修訂對照表 ...217 附錄三 期初審查意見及回應一覽表 ...245 附錄四 第一次工作會議記錄 ...247 附錄五 期中審查意見及回應一覽表 ...249 附錄六 專家諮詢會議及回應一覽表 ...257 附錄七 期末審查意見及回應一覽表 ...261 附錄八 建築物耐風設計技術手冊 ...269 參考書目 ...433

表次

表3-1 本文中流程圖所用符號的名稱與意義 ... 21 表5-1 建築物資料與工址風環境 (例 1) ... 50 表5-2 風吹向AB 牆面之設計風力(例 1) ... 72 表5-3 風吹向AB 牆面之半年回歸期共振部分風力(例 1) ... 73 表5-4 風吹向BC 牆面之設計風力(例 1) ... 74 表5-5 風吹向BC 牆面之半年回歸期共振部分風力(例 1) ... 75 表5-6 風吹向CD 牆面之設計風力(例 1) ... 76 表5-7 風吹向CD 牆面之半年回歸期共振部分風力(例 1) ... 77 表5-8 總層間變位角 (例 1) ... 78 表5-9 風吹向CD 牆面之設計風力(例 1-懸崖地形) ... 79 表5-10 風吹向CD 牆面之半年回歸期共振部分風力(例 1-懸崖地形) ... 80 表6-1 建築物資料與工址風環境 (例 2) ... 86 表6-2 風吹向AB 牆面之設計風力(例 2) ... 97 表6-3 風吹向AB 牆面之半年回歸期共振部分風力(例 2) ... 98 表6-4 風吹向BC 牆面之設計風力(例 2) ... 99 表6-5 風垂直吹向BC 牆面之半年回歸期共振部分風力(例 2) ...100 表6-6 風吹向CD 牆面之設計風力(例 2) ...101 表6-7 風吹向CD 牆面之半年回歸期共振部分風力(例 2) ...102 表6-8 風吹向CD 牆面之設計風力(例 2-懸崖地形) ...103 表6-9 風吹向CD 牆面之半年回歸期共振部分風力(例 2-懸崖地形) ...104 表7-1 建築物資料與工址風環境 (例 3) ...106 表7-2 風吹向AB 牆面之設計風力(例 3) ...116 表7-3 風吹向 CD 牆面之設計風力(例 3) ...116 表7-4 扭轉向風力(例 3) ...117 表8-1 建築物資料與工址風環境 (例 4) ...120 表8-2 風吹向AB 牆面之設計風力(例 4) ...127 表8-3 風吹向CD 牆面之設計風力(例 4) ...128 表8-4 扭轉向風力(例 4) ...129 表9-1 建築物資料與工址風環境 (例 5) ...132 表9-2 風吹向AB 牆面之設計風力(例 5) ...140 表9-3 扭轉風力(例 5) ...140 表9-4 風吹向AB 牆面之設計風力(例 5-使用規範 2.2 節~2.11 節) ...140 表10-1 建築物資料與工址風環境 (例 6) ...142 表10-2 鐵塔各層頂端離地高度 c A z 與對應的受風作用特徵面積Ac ...150 表10-3 風垂直吹向AB 牆面之風力 ...150

表10-4 風垂直吹向BC 牆面之風力 ...150 表10-5 風傾斜吹向塔面之風力 ...151 表11-1 建築物資料與工址風環境 (局例 1) ...156 表11-2 外牆與屋頂外風壓係數(局例 1) ...163 表11-3 金屬浪板與繫件之設計正風壓與負風壓 _kgf/m2 _{(局例 1) ...163} 表11-4 金屬浪板與繫件之最大設計正負風壓 _kgf/m2 _{(局例 1) ...163} 表12-1 建築物資料與工址風環境 (局例 2) ...168 表12-2 外牆外風壓係數(局例 2) ...175 表12-3AB 牆面玻璃帷幕牆單元與繫件之設計風壓 _kgf/m2 _{(局例 2) ...176} 表12-4AB 牆面玻璃帷幕牆單元與繫件之最大設計正負風壓_kgf/m2_{(局例 2) ...177} 表12-5AB 牆面上方女兒牆正面看板與繫件之最大設計正負風壓 _kgf/m2 _{(局例 2)} ...178 表13-1 建築物資料與工址風環境 (局例 3) ...182 表13-2 屋頂板、C 型鋼與繫件之設計正風壓與負風壓 _kgf/m2 _{(局例 3) ...189} 表13-3 屋頂板、C 型鋼與繫件之最大設計正負風壓_kgf/m2 _{(局例 3)...189}

圖次

圖3-1 規則矩形柱體的俯視圖 ... 22 圖3-2 風垂直吹向AB 牆面時，來風方向與牆面位置關係圖 ... 22 圖3-3 主要風力抵抗系統耐風設計概念性流程圖 ... 22 圖3-4 主要風力抵抗系統設計情況判斷流程圖 ... 23 圖3-5 柔性建築物順風向風力計算流程圖 ... 24 圖3-6 建築物橫風向風力計算流程圖 ... 25 圖3-7 建築物扭轉向風力計算流程圖 ... 25 圖3-8 柔性建築物順風向半年回歸期共振部分風力計算流程圖 ... 26 圖3-9 建築物橫風向半年回歸期共振部分風力計算流程圖 ... 26 圖3-10 建築物扭轉向半年回歸期共振部分風力計算流程圖 ... 27 圖3-11 第一類設計情況風力計算流程圖 ... 28 圖3-12 普通建築物順風向風力計算流程圖 ... 29 圖3-13 普通建築物順風向半年回歸期共振部分風力計算流程圖 ... 30 圖3-14 第二類設計情況風力計算流程圖 ... 31 圖3-15 第三類設計情況風力計算流程圖 ... 32 圖3-16 第四類設計情況風力計算流程圖 ... 33 圖3-17 第五類設計情況風力計算流程圖 ... 34 圖3-18 第六類設計情況風力計算流程圖 ... 35 圖3-19 第三類、第四類或第五類設計情況扭轉向風力計算流程圖 ... 36 圖3-20 耐風結構反應計算流程圖 ... 37 圖3-21 主要風力抵抗系統耐風設計主流程圖 ... 38 圖5-1 例1 建築物的示意圖 (單位:公尺) ... 81 圖5-2 g_L或g_T隨頻率的變化圖 ... 82 圖5-3



₁隨L B的變化圖 ... 82 圖5-4 例1 建築物 CD 牆面上風側懸崖示意圖 (單位:公尺) ... 83 圖10-1 方形鐵塔任一牆面的立面示意圖 單位(公尺) ...151 圖10-2 鐵塔底部平面示意圖 單位(公尺) ...151 圖10-3 離地2.5m平面示意圖 單位(公尺) ...151 圖10-4 離地5m平面示意圖 單位(公尺) ...152 圖10-5 離地7.5m平面示意圖 單位(公尺) ...152 圖10-6 離地10m平面示意圖 單位(公尺) ...152 圖10-7 離地12.5m平面示意圖 單位(公尺) ...152 圖10-8 離地15m、17.5m與20m平面示意圖 單位(公尺) ...152 圖10-9 鐵塔BC 牆面與 DA 牆面上風側地形立面示意圖 單位(公尺) ...153

圖11-1 廠房建築物示意圖 (單位:公尺) ...164 圖11-2 規範圖 3.1(A)外牆分區示意圖 ...164 圖11-3 規範圖 3.1(B)屋頂分區示意圖 ...165 圖12-1 玻璃帷幕牆單元與繫件，以及實心女兒牆正面看板與繫件位置示意圖 ...179 圖12-2 規範圖 3.2 外牆分區示意圖 ...180 圖13-1 雙斜屋頂之開放式建築物示意圖 (單位:公尺) ...189 圖13-2 規範圖 3.3(B)屋頂分區示意圖 ...190

摘要

關鍵詞：耐風設計規範；技術手冊；設計風壓；示範例 一、 研究緣起 舊版「建築物耐風設計規範及解說」於民國95 年 9 月頒佈，並自民國 96 年1 月 1 日起施行(以下簡稱 96 年版規範)。之後依據產官學各方面之共同努力 修訂，已於民國103 年 6 月 12 日修正頒佈新版「建築物耐風設計規範及解說」， 並自民國104 年 1 月 1 日起施行(以下簡稱 104 年版規範)。104 年版規範包括 許多對96 年版規範之修改與增訂，為使 104 年版規範施行後，業界能充分掌 握規範精神，並正確使用104 年版規範作耐風設計，減少錯誤判斷與應用，實 有必要針對臺灣建築條件與環境，研擬建築物耐風設計技術手冊，供業界於規 劃設計時之參考。 二、 研究方法及過程 本研究將首先介紹104 年版規範修改及增訂部份，分析 104 年版規範的修改 及增訂部份對設計者的影響(詳示範例)。再根據 104 年版規範第二章到第四章， 對主要風力抵抗系統及外部被覆物，分別建立不同設計情況下規範所允許之設計 步驟，並建立耐風設計流程圖。其次，針對各種常見設計情況，分別擬定耐風設 計示範例，使用所建立的耐風設計流程圖，詳細計算其主要抗風結構系統及外部 被覆物之設計風壓(或風力)；說明如何組合各風向載重之耐風結構效應，以作層 間變位角和最高居室樓層角隅側向加速度之檢核；並比較使用規範所允許之不同 設計公式所造成結果之差異。最後依據前述研究內容，完成耐風設計技術手冊， 以利設計者參採應用。 本研究主要是根據 104 年版規範，計算獨立矩形柱狀建築之設計風壓(或風 力)，以供設計者應用。所考慮之設計情況，將涵蓋不同之建築用途(重要性)、建 築動力特性(自然頻率及阻尼比)、建築尺寸(高度、高寬比、長寬比)及建築封閉 性(封閉式、部分封閉式或開放式)、在不同週遭地況及地形(無特殊地形、山丘、 山脊或懸崖)下，根據耐風設計規範第二章「建築物設計風力之計算」、第三章「局 部構材及外部被覆物之設計風壓」與第四章「建築物層間變位角與最高居室樓層 側向加速度之控制」所允許之設計公式或圖表，依每一來風方向，分別計算其主 要抗風結構系統、局部構材及外部被覆物之設計風壓(或風力)，並說明如何組合 各風向載重之結構效應及檢核層間變位角與最高居室樓層角隅之側向振動加速 度。在計算過程中，將適時解釋各符號或專有名詞之意義，並註明注意事項。

三、 重要發現 本研究案的具體成果如下： (1) 104 年版耐風規範增修部分之介紹 逐一分別條列104 年版規範各章中增訂與修改的項目，而各項目增修前後 的內容對照表請詳附錄一與附錄二。 (2) 主要風力抵抗系統耐風設計流程圖之建立 根據104 年版規範第二章與第四章，針對近似規則矩形柱體的建築物，建 立主要風力抵抗系統耐風設計流程圖。此建築物的主要風力抵抗系統耐風設計 概念上分為3 部分：第一部分為蒐集建築物資料與工址風環境；第二部分為根 據來風方向，判斷主要風力抵抗系統設計情況，並計算對應風力，其中，設計 情況分為6 類；第三部分為耐風結構反應計算與檢核。依序串聯上述每個部分 所建立的流程圖，建立主要風力抵抗系統耐風設計流程圖，供耐風設計之用。 (3) 局部構材及外部被覆物耐風設計流程圖之建立 根據104 年版規範第三章，建立局部構材及外部被覆物耐風設計流程圖。 局部構材及外部被覆物耐風設計考慮3 種情況：高度不超過 18 公尺封閉式或 部分封閉式建築物；高度超過18 公尺封閉式或部分封閉式建築物；開放式建 築物之斜屋頂。針對這3 種情況，分別建立耐風設計流程圖，供耐風設計之用。 (4) 高寬比 3 至 6 柔性建築物主要風力抵抗系統耐風設計示範例 擬定一棟高寬比 3 至 6 柔性建築物，根據重要發現(2)，執行其主要風力 抵抗系統耐風設計，並比較104 年版規範與 96 年版規範公式所計算風力，以 及探討懸崖地形對該棟建築物風力的影響。 (5) 高寬比 3 至 6 普通建築物主要風力抵抗系統耐風設計示範例 擬定一棟高寬比 3 至 6 普通建築物，根據重要發現(2)，執行其主要風力 抵抗系統耐風設計，並比較104 年版規範與 96 年版規範公式所計算風力，以 及探討懸崖地形對該棟建築物風力的影響。

(6) 高寬比小於 3、普通且高度大於 18 公尺建築物主要風力抵抗系統耐風設計 示範例 擬定一棟高寬比小於3、普通且高度大於 18 公尺建築物，根據重要發現(2)， 執行其主要風力抵抗系統耐風設計。 (7) 高寬比小於 3 柔性建築物主要風力抵抗系統耐風設計示範例 擬定一棟高寬比小於 3 柔性建築物，根據重要發現(2)，執行其主要風力 抵抗系統耐風設計。 (8) 高寬比小於 3、普通且高度小於等於 18 公尺建築物主要風力抵抗系統耐風 設計示範例 擬定一棟屬於規範 2.13 節定義的建築物，根據重要發現(2)，執行其主要 風力抵抗系統耐風設計，分別使用規範2.13 節公式及 2.2 節~2.11 節公式計算 風力，並比較差異。 (9) 開放式建築物主要風力抵抗系統耐風設計示範例 擬定一棟為獨立鐵塔，根據重要發現(2)，執行其主要風力抵抗系統耐風 設計。 (10) 高度不超過 18 公尺建築物局部構材耐風設計示範例 擬定一棟高度不超過18 公尺的建築物，其外部被覆物有金屬浪板，局部 構材有繫件，根據重要發現(3)，執行局部構材及外部被覆物耐風設計。 (11) 高度超過 18 公尺建築物局部構材耐風設計示範例 擬定一棟高度超過18 公尺的建築物，其外部被覆物有玻璃帷幕牆和女兒 牆正面(或朝外)看板，局部構材有帷幕牆的繫件和看板的繫件，根據重要發現 (3)，執行局部構材及外部被覆物耐風設計。

(12) 開放式建築物之斜屋頂局部構材耐風設計示範例 擬定一開放式建築物之斜屋頂，其外部被覆物有屋頂版，局部構材有C 型鋼與繫件，根據重要發現(3)，執行局部構材及外部被覆物耐風設計。 (13) 耐風技術手冊 綜合重要發現(2)~(12)，同時增加手冊編撰目的、適用範圍與基本名詞定 義，來編著耐風技術手冊。手冊內容主要包含手冊導覽、主要風力抵抗系統耐 風設計流程圖、局部構材及外部被覆物耐風設計流程圖、6 類主要風力抵抗系 統設計情況耐風設計示範例、3 種情況的局部構材及外部被覆物耐風設計示範 例。耐風設計技術手冊詳附錄七。 四、 主要建議事項 根據重要發現，本研究針對建築物耐風設計規範及解說技術手冊研擬，提出 下列建議事項 建議一 建築物耐風設計技術手冊之推廣：立即可行之建議 主辦機關：內政部營建署、內政部建築研究所 協辦機關：中華民國全國建築師公會、中華民國結構工程技師公會全國聯合會、 中華民國土木技師公會全國聯合會、社團法人中華民國風工程學會 建議將本研究所提的建築物耐風設計技術手冊納入為政府出版品，並適時舉 辦講習會及提供電子檔，協助使用者能正確使用104 年版耐風設計規範。 建議二 耐風設計程式之發展：立即可行之建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部營建署、中華民國全國建築師公會、中華民國結構工程技師公 會全國聯合會、中華民國土木技師公會全國聯合會、社團法人中華民國風工程學 會

由於業界反應對於規範應用應更予簡化，對於近似規則矩形柱體的建築物， 如能發展其主要風力抵抗系統與局部構材及外部被覆物耐風設計程式，使設計者 可輸入建築物資料與工址風環境，分別計算並輸出主要風力抵抗系統與局部構材 及外部被覆物的設計風壓(或風力)，以利快速計算風壓(或風力)。 建議三 未來於規範中納入更多不同形狀之風壓係數或風力係數：中長期建議 主辦機關：內政部建築研究所、社團法人中華民國風工程學會 協辦機關：中華民國全國建築師公會、中華民國結構工程技師公會全國聯合會、 中華民國土木技師公會全國聯合會 目前規範已針對獨立且近似規則矩形建築物，提供保守公式進行耐風設計。 建議未來根據國內外相關之耐風設計規定或成熟的研究成果，以及調查探訪業界 實務需求，納入更多不同形狀之風壓係數或風力係數。

ABSTRACT

Keywords : Wind-resistant Design Code; Technical Manual; Design Wind Pressure; Demonstration Example

The new version of “Taiwan building wind-resistant design code” has become effective since 1/1/2015. This project develops a technical manual for the new design code to help the engineers adopt the updated design code correctly. Flowcharts for determining the design wind pressures (or forces) of Major Wind-Resistant Systems (MWRS) and those of Components and Claddings (C&C) are provided respectively under various design scenarios. The detailed step-by-step computations are illustrated by several demonstration examples.

This study shows first the changes to the wind load provisions of the new design code and analyzes their effects on the design wind pressures (or forces) in demonstration examples. Design procedures and the corresponding flowcharts of various design scenarios for determining the design wind pressures (or forces) of MWRS and those of C&C are established based on the chapter 2 to chapter 4 of the new design code. A demonstration example is set up for each design scenario, and the associated design wind pressures (or forces) are computed in details based on the established flowcharts. The procedures for verifing the interstory drifts and top floor accelerations are also exemplified. Finally, a technical manual for the new design code is completed based on previous results.

The following results are derived based on this study

1. An introduction to the changes to the wind load provisions of the new design code 2. Flowcharts for determining the design wind pressures of MWRS, and verifing the

interstory drifts and top floor accelerations

3. Flowcharts for determining the design wind pressures of C&C

4. A demonstration example for MWRS of a flexible building with an aspect ratio between 3 and 6

5. A demonstration example for MWRS of a rigid building with an aspect ratio between 3 and 6

6. A demonstration example for MWRS of a rigid building with an aspect ratio less than 3 and a height exceeding 18 meters

7. A demonstration example for MWRS of a flexible building with an aspect ratio less than 3

8. A demonstration example for MWRS of a rigid building with an aspect ratio less than 3 and a height less than or equal to 18 meters

9. A demonstration example for MWRS of a open building

10. A demonstration example for C&C of a building with a height less than or equal to 18 meters

11. A demonstration example for C&C of a building with a height exceeding 18 meters

12. A demonstration example for C&C of a open building with a pitched free roof 13. A technical manual for the new design code

第一章

緒論

第一節

研究緣起與背景

壹、 研究緣起 舊版「建築物耐風設計規範及解說」於民國95 年 9 月頒佈，並自民國 96 年1 月 1 日起施行(以下簡稱 96 年版規範)。之後依據產官學各方面之共同努力 修訂，已於民國103 年 6 月 12 日修正頒佈新版「建築物耐風設計規範及解說」， 並自民國104 年 1 月 1 日起施行(以下簡稱 104 年版規範)。104 年版規範包括 許多對96 年版規範之修改與增訂，為使 104 年版規範施行後，業界能充分掌 握規範精神，並正確使用104 年版規範作耐風設計，減少錯誤判斷與應用，實 有必要針對臺灣建築條件與環境，研擬建築構造物耐風設計規範技術手冊，供 業界於規劃設計時之參考。 貳、 預期目標 1. 研擬耐風設計規範技術手冊，使設計者能正確使用 104 年版耐風規範。 2. 對主要風力抵抗系統及外部被覆物，分別建立不同設計情況下，規範所允許 之耐風設計流程圖。 3. 針對各種常見設計情況，分別研擬設計風壓或風力之計算示範例，供設計者 參考採用。

第二節

研究內容與步驟

壹、 研究內容 本研究將首先介紹104 年版規範的修改及增訂部份，分析修改及增訂部份對 設計者的影響(詳示範例)。再根據 104 年版規範第二章到第四章，對主要風力抵 抗系統及外部被覆物，分別建立不同設計情況下規範所允許之設計步驟，並建立 耐風設計流程圖。其次，針對各種常見設計情況，分別擬定耐風設計示範例，使 用所建立的耐風設計流程圖，詳細計算其主要抗風結構系統及外部被覆物之設計

風壓(或風力)；說明如何組合各風向載重之耐風結構效應，以作層間變位角和最 高居室樓層角隅側向加速度之檢核；並比較使用規範所允許之不同設計公式所造 成結果之差異。最後依據前述研究內容，完成耐風設計技術手冊，以利設計者參 採應用。 貳、 研究步驟 1. 介紹 104 年版規範的增修部份，分析增修部分對設計者的影響。 2. 針對主要風力抵抗系統及外部被覆物，分別擬訂不同設計情況。 3. 建立不同設計情況下，規範所允許之詳細計算步驟及簡化計算步驟，並建立 耐風設計流程圖。 4. 針對各種常見設計情況，分別擬定耐風設計計算示範例；並比較使用規範原 公式及簡化公式所造成結果之差異。 5. 舉辦專家座談。 6. 完成耐風設計技術手冊。

第三節

本文章節架構

根據研究內容與步驟，本文擬定下列各章，而各章內容逐次說明如下。 第二章 104 年版規範增修部分之介紹 第三章 主要風力抵抗系統耐風設計流程圖之建立：根據 104 年版規範第二章與 第四章，針對近似規則矩形柱體建築物，擬訂6 類設計情況，建立各類 設計情況下規範所允許之設計步驟，並建立耐風設計流程圖。 第四章 局部構材及外部被覆物耐風設計流程圖之建立：根據 104 年版規範第三 章，考慮3 種情況，分別建立規範所允許之設計步驟，並建立耐風設計 流程圖。 第五章 高寬比 3 至 6 柔性建築物主要風力抵抗系統耐風設計示範例：擬定一棟 高寬比3 至 6 柔性建築物，根據第三章所建立的主要風力抵抗系統耐風 設計流程圖，執行其主要風力抵抗系統耐風設計，並分別探討規範原公 式及簡化公式、104 年版規範與 96 年版規範公式，以及懸崖地形對該棟 建築物風力的影響。

第六章 高寬比 3 至 6 普通建築物主要風力抵抗系統耐風設計示範例：擬定一棟 高寬比3 至 6 普通建築物，根據第三章所建立的主要風力抵抗系統耐風 設計流程圖，執行其主要風力抵抗系統耐風設計，並分別探討規範原公 式及簡化公式、104 年版規範與 96 年版規範公式，以及懸崖地形對該棟 建築物風力的影響。 第七章 高寬比小於 3、普通且高度大於 18 公尺建築物主要風力抵抗系統耐風設 計示範例：擬定一棟高寬比小於3、普通且高度大於 18 公尺建築物，根 據第三章所建立的主要風力抵抗系統耐風設計流程圖，執行其主要風力 抵抗系統耐風設計。 第八章 高寬比小於 3 柔性建築物主要風力抵抗系統耐風設計示範例：擬定一棟 高寬比小於3 柔性建築物，根據第三章所建立的主要風力抵抗系統耐風 設計流程圖，執行其主要風力抵抗系統耐風設計。 第九章 高寬比小於 3、普通且高度小於等於 18 公尺建築物主要風力抵抗系統耐 風設計示範例：擬定一棟屬於規範2.13 節定義的建築物，根據第三章所 建立的主要風力抵抗系統耐風設計流程圖，執行其主要風力抵抗系統耐 風設計，分別使用規範 2.13 節公式及 2.2 節~2.11 節公式計算風力，並 比較差異。 第十章 開放式建築物主要風力抵抗系統耐風設計示範例：擬定一棟獨立鐵塔， 根據第三章所建立的主要風力抵抗系統耐風設計流程圖，執行其主要風 力抵抗系統耐風設計。 第十一章 高度不超過 18 公尺建築物局部構材耐風設計示範例：擬定一棟高度不 超過18 公尺的建築物，其外部被覆物有金屬浪板，局部構材有繫件，根 據第四章所建立的局部構材及外部被覆物耐風設計流程圖，執行局部構 材及外部被覆物耐風設計。 第十二章 高度超過 18 公尺建築物局部構材耐風設計示範例：擬定一棟高度超過 18 公尺的建築物，其外部被覆物有玻璃帷幕牆和女兒牆正面(或朝外)看 板，局部構材有帷幕牆的繫件和看板的繫件，根據第四章所建立的局部 構材及外部被覆物耐風設計流程圖，執行局部構材及外部被覆物耐風設 計。 第十三章 開放式建築物之斜屋頂局部構材耐風設計示範例：擬定一開放式建築 物之斜屋頂，其外部被覆物有屋頂版，局部構材有C 型鋼與繫件，根據 第四章所建立的局部構材及外部被覆物耐風設計流程圖，執行局部構材 及外部被覆物耐風設計。 第十四章 結論與建議

附錄：包含規範本文與解說修訂對照表；期初簡報、工作會議、期中簡報、專家 諮詢與期末簡報等會議紀錄與意見回覆；耐風技術手冊。

第二章

104 年版耐風規範增修部分之介紹

有鑑於各先進國家之耐風規範日益精進，且國內外累積相當多成熟之研究成 果，由內政部建築研究所補助中華民國風工程學會結合產官學之力量，成立規範 研修委員會，研擬104 年版規範，已於民國 103 年 6 月 12 日修正頒佈，並自民 國104 年 1 月 1 日起施行。104 年版規範之制定綜合考慮國外規範之規定、國內 外成熟之研究成果與設計者之意見回饋，期望達到文字清晰度之增加、簡化設計 法之提供與現有公式及其適用範圍之修正。以下將逐一分別條列104 年版規範各 章中增訂與修改的項目，而各項目增修前後的內容對照表請詳附錄一與附錄二。 104 年版規範第一章增修部分 1.2 符號說明 修改項目：A_g 、Agi、A 、o A 的說明文字；oi ' L C 、C 、_T' k1、k2的樣式。 增訂項目：A 、_c



BW_Dz



、C_pc、C_pn、SDz、SLz、SPL、SLz、SRP、SR、STz， 及對應的說明文字。 1.3 專有名詞定義 修改項目：開放式建築物之定義、部分封閉式建築物之參數說明。 增訂項目：特徵面積之定義。 104 年版規範第二章增修部分 2.2 設計風力計算式 增訂項目：規範本文中式(2.4)開放式建築物特徵面積之說明、低矮建築物之 定義與其設計風力計算式章節；解說中特徵面積之說明、2.13 節 低矮建築物設計風力之說明、屋頂突出物風力之說明與剛性樓板 建築物簡易風力計算式。

2.4 基本設計風速 修改項目：規範本文中行政區名 增訂項目：解說中n 年回歸期風速公式、n 年回歸期風速與基本設計風速之 比值。 2.7 陣風反應因子 修改項目：規範本文中普通建築物陣風反應因子的保守值 增訂項目：解說中普通建築物陣風反應因子列表、柔性建築物之共振反應因 子簡化計算式與建築物自然頻率及阻尼比之建議。 2.8 風壓係數與風力係數 修改項目：解說中作用面積之說明，以及規範表2.9、表 2.11、表 2.12 以及 表2.14 參數背景之說明。 2.10 橫風向之風力 修改項目：規範本文與解說中式(2.22)中無因次化風速的適用範圍、規範本 文中尖峰因子g_L計算式與



₁計算式；解說中規範式(C2.16)、渦 散共振風力係數表。 增訂項目：規範本文中h BL 3時橫風向風力計算式、V 風力計算式章節h 和列表；解說中h BL 3時橫風向風力計算之說明、圓柱斷面 建築物橫風向風力計算之說明。 2.11 作用在建築物上之扭矩 修改項目：規範本文與解說中式(2.24)的無因次化風速適用範圍、規範本文 中尖峰因子g_T計算式。 增訂項目：規範本文中h BL 3時扭矩計算式；解說中h BL 3時扭矩 計算式之說明。

2.12 建築物設計風力之組合 修改項目：規範本文中說明方式 增訂項目：解說中部分方向性說明 2.13 低矮建築物設計風力計算式 增訂項目：規範本文與解說 104 年版規範第三章增修部分 3.1 適用範圍 修改項目：規範本文中說明文字 3.2 封閉式或部分封閉式建築物局部構材及外部被覆物設計風壓計算式 修改項目：規範本文中標題名稱、內文說明、圖號 增訂項目：解說中部分方向性說明 3.4 開放式建築物之斜屋頂局部構材及外部被覆物之設計風壓 增訂項目：規範本文與解說 104 年版規範第四章增修部分 4.3 建築物最高居室樓層角容許側向加速度值 增訂項目：解說中免除檢核振動加速度值之說明 4.4 建築物最高居室樓層角容許側向加速度之計算 修改項目：規範本文中說明文字、解說中示意圖 增訂項目：解說中加速度計算式

104 年版規範第五章增修部分 5.1 適用範圍

第三章

主要風力抵抗系統耐風設計流程圖之建立

本章根據104 年版規範第二章與第四章中之規定，針對近似規則矩形柱體的 建築物，建立主要風力抵抗系統耐風設計流程圖，其相關連結的細節，將於下列 各節中逐一展現。主要風力抵抗系統根據規範1.3 節定義為提供作為次要構件及 外部被覆物支撐之主要結構組合體，如：剛構架及斜撐構架、空間桁架及剪力牆 等。本章所考慮規則矩形柱體建築物的俯視圖如圖3- 1 所示，其中，X 與 Y 為 建築物的主軸方向；AB、BC、CD 與 DA 為建築物四面牆編號。舉例而言，當 風垂直吹向AB 牆面時，來風方向與牆面位置關係如圖 3- 2 所示。此建築物的主 要風力抵抗系統耐風設計概念上分為3 部分：第一部分為蒐集建築物資料與工址 風環境；第二部分為根據來風方向，判斷主要風力抵抗系統設計情況，並計算對 應風力；第三部分為耐風結構反應計算與檢核。根據上述3 部分，建立主要風力 抵抗系統耐風設計概念性流程圖如圖 3- 3 所示。本文根據美國國家標準協會 (ANSI)系統流程圖標準符號建立流程圖，圖中所採用符號的名稱與意義如表 3- 1 所示。 第一部分中建築物資料包含尺寸、牆面與屋頂開口面積、用途係數I、材料、 X 與 Y 兩水平向與扭轉向基本自然頻率，以及結構阻尼比β；工址風環境包含 基本設計風速V₁₀

 

C 、建築物周邊地形以及牆面上風側地況。第二部分中設計情 況擬定的詳細內容請詳第一節；分別建立在不同設計情況下規範所允許之風力計 算流程圖，詳細內容請詳第二節。第三部分的詳細內容請詳第三節。彙整第一節 到第三節的研究成果，構成主要風力抵抗系統耐風設計流程圖，詳細內容請詳第 四節。

第一節

設計情況

本節根據104 年版規範第二章擬定設計情況的種類，供當風垂直吹向圖 3- 1 某一牆面時，判斷主要風力抵抗系統設計情況之用。以風垂直吹向圖3- 1 中 AB 牆面為例，先從規範第二章中找出主要風力抵抗系統設計風壓(或風力)的計算過 程中，會影響公式或圖表選取的主要因素，接下來，排列組合這些主要因素，擬 定設計情況。所擬定出來的設計情況也適用於風垂直吹向於BC 牆面、CD 牆面 或DA 牆面時，判斷主要風力抵抗系統設計情況之用。

在順風向風力的計算過程中，影響公式或圖表選取的主要因素為建築物順風 向基本自然頻率f 與建築封閉性_n (封閉式、部分封閉式或開放式)。由f 的值可判_n 斷建築物為普通建築物或柔性建築物，若 fn 1Hz，屬於普通建築物，採用規範 式(2.9)~ 式(2.12)計算陣風反應因子，若 fn 1Hz，屬於柔性建築物，採用規範 式(2.10) ~式(2.19)計算陣風反應因子；由 f 的值與建築封閉性可判斷在計算設計_n 風力式時，是採用規範2.2 節中式(2.1)或式(2.2)。 在橫風向風力與扭轉向風力的計算過程中，影響公式或圖表選取的主要因素 為建築物之高寬比h BL，其中，h為建築物高度；B為垂直於風向之建築物水 平尺寸；L為平行於風向之建築物水平尺寸。由h BL 的值可初步判斷在計算 橫風向風力時，是採用規範2.10 節中式(2.21)或式(2.22)，以及在計算扭轉向風力 時，是採用規範2.11 節中式(2.23)或式(2.24)。 藉由h值的大小可初步判斷在計算設計風力時，是採用規範2.2 節、規範 2.10 節與規範2.11 節或 2.13 節。 綜 合 考 慮 前 面 4 項 主 要 因 素 ， 排 列 組 合 fn 1Hz或 fn 1Hz建 築 物 ； 3  BL h 或3h BL 6建築物；h18m或高度無限制建築物；封閉式、部 分封閉式或開放性建築物，並合併具有相同設計步驟的情況，擬定下列6 類設計 情況： 一、 3h BL 6且 f_n 1Hz封閉式或部分封閉式建築物 二、 3h BL 6且 fn 1Hz封閉式或部分封閉式建築物 三、 h BL 3且 f_n 1Hz封閉式或部分封閉式建築物

四、 h BL 3且 f_n 1Hz封閉式或部分封閉式建築物 五、 h BL 3、 fn 1Hz且h18m封閉式或部分封閉式建築物 六、 開放式建築物 觀察第四類與第五類設計情況，可知第五類設計情況為第四類設計情況的特 例。當某類建築物屬於第五類設計情況時，若依第五類設計情況計算風力，計算 過程較簡單，風力值較保守；若依第四類設計情況計算風力，計算過程較複雜， 風力值較小。 根據前述 6 類設計情況，建立主要風力抵抗系統設計情況判斷流程圖如圖 3- 4 所示。從圖 3- 4 中可知，在判斷主要風力抵抗系統設計情況之前，要列出與 該風向相關之設計參數：f 、_n f 、_a B、L、地況相關參數與地形相關參數。在判 斷主要風力抵抗系統設計情況後，各設計情況會有對應的風力計算流程圖。以下 將分別建立在不同設計情況下規範所允許之風力計算流程圖。

第二節

各設計情況風力計算流程圖

根據上節可知，當風垂直吹向圖3- 1 中 AB 牆面時，主要風力抵抗系統的設 計情況有 6 類。給定建築封閉性、h、h BL 與 f ，可判斷主要風力抵抗系統n 設計情況屬於6 類設計情況中的哪一類設計情況。以下，將分別建立每類設計情 況下規範所允許之風力計算流程圖。所建立出來的風力計算流程圖也適用於風垂 直吹向於BC 牆面、CD 牆面或 DA 牆面，所屬設計情況所對應的風力計算。針 對高寬比小於3 的建築物，根據 104 年版規範式(2.23)與式(2.30)，其主要風力抵 抗系統扭轉向風力的計算，須綜合所有考量風向中選取順風向風力與迎風面寬度 乘積之最大值後，進一步計算之。因此，針對第三類、第四類或第五類設計情況， 其主要風力抵抗系統扭轉向風力的計算，將於介紹完六類設計情況風力計算流程 圖後說明之。

壹、 第一類設計情況 第一類設計情況是指3 h BL 6且 fn 1Hz封閉式或部分封閉式建築物。 本文依設計目的所需回歸期風力大小不同將此類設計情況的風力計算分為設計 風力計算、50 年回歸期風力計算與半年回歸期共振部分風力計算。前述三種風 力計算並無主從關係，可以進行平行計算，但在風力計算過程中部分公式與參數 是相同的，為避免冗長且重複計算，本文先說明設計風力計算，再來為50 年回 歸期風力計算，最後為半年回歸期共振部分風力計算。在進行50 年回歸期風力 計算或半年回歸期共振部分風力計算時，視需求使用設計風力計算過程中部分公 式與參數的結果，作為計算起點，進行後續計算。上述風力計算分類與計算順序 也同樣用於第二類、第三類、第四類與第五類設計情況的風力計算分類與計算順 序。 在計算設計風力與50 年回歸期風力時，順風向風力的計算是根據規範式(2.2) 與式(2.3)；橫風向風力的計算是根據規範式(2.22)；扭轉向風力的計算是根據規 範式(2.24)。在計算半年回歸期共振部分風力時，順風向風力的計算是根據規範 式(2.2)、式(2.3)與式(C4.2)；橫風向風力的計算是根據規範式(C4.3)；扭轉向風力 的計算是根據規範式(C4.4)。以下，根據前述風力計算順序與所對應的規範公式， 依序建立設計風力、50 年回歸期風力與半年回歸期共振部分風力計算流程。 設計風力計算流程 第一類設計情況設計風力計算有5 個步驟。步驟 1 為計算風速壓地況係 數K

 

z 與地形係數K 。步驟_zt 2 為計算高度h處之風速V 與不同高之風速壓。_h 步驟3 為計算柔性建築物順風向設計風力，其計算流程圖如圖 3- 5 所示。步 驟 4 為計算建築物橫風向設計風力，其計算流程圖如圖 3- 6 所示。步驟 5 為計算建築物扭轉向設計風力，其計算流程圖如圖3- 7 所示。步驟 3、步驟 4 與步驟 5 可平行計算。 50 年回歸期風力計算流程 第一類設計情況 50 年回歸期風力計算有 4 個步驟。步驟 1 為計算 50 年回歸期風速所造成高度h處之風速與不同高度之風速壓。步驟2 為計算柔 性建築物順風向50 年回歸期風力，其計算流程圖與圖 3- 5 相同。步驟 3 為 計算建築物橫風向50 年回歸期風力，其計算流程圖與圖 3- 6 相同。步驟 4

為計算建築物扭轉向50 年回歸期風力，其計算流程圖與圖 3- 7 相同。步驟 2、步驟 3 與步驟 4 可平行計算。 半年回歸期共振部分風力計算流程 第一類設計情況半年回歸期共振部分風力計算有4 個步驟。步驟 1 為計 算半年回歸期風速所造不同高度之風速壓。步驟2 為計算柔性建築物順風向 半年回歸期共振部分風力，其計算流程圖如圖3- 8 所示。步驟 3 為計算建築 物橫風向半年回歸期共振部分風力，其計算流程圖如圖 3- 9 所示。步驟 4 為計算建築物扭轉向半年回歸期共振部分風力，其計算流程圖如圖3- 10 所 示。步驟2、步驟 3 與步驟 4 可平行計算。 根據上述設計風力、50 年回歸期風力與半年回歸期共振部分風力計算流程， 建立第一類設計情況風力計算流程圖如圖3- 11 所示。 貳、 第二類設計情況 第二類設計情況是指3 h BL 6且 f_n 1Hz封閉式或部分封閉式建築物。 本文先說明設計風力計算，再來為50 年回歸期風力計算，最後為半年回歸期共 振部分風力計算。 在計算設計風力與50 年回歸期風力時，順風向風力的計算是根據規範式(2.1) 與式(2.3)；橫風向風力的計算是根據規範式(2.22)；扭轉向風力的計算是根據規 範式(2.24)。在計算半年回歸期共振部分風力時，順風向風力的計算是根據規範 式(2.1)、式(2.3)與式(C4.2)；橫風向風力的計算是根據規範式(C4.3)；扭轉向風力 的計算是根據規範式(C4.4)。以下，根據前述風力計算順序與所對應使用的規範 公式，依序建立設計風力、50 年回歸期風力與半年回歸期共振部分風力計算流 程。 設計風力計算流程 第二類設計情況設計風力計算有5 個步驟。步驟 1 與步驟 2 分別與第一 類設計情況設計風力計算步驟1 與步驟 2 相同。步驟 3 為計算普通建築物順 風向設計風力，其計算流程圖如圖3- 12 所示。步驟 4 為計算建築物橫風向

設計風力，其計算流程圖與圖3- 6 相同。步驟 5 為計算建築物扭轉向設計風 力，其計算流程圖與圖3- 7 相同。步驟 3、步驟 4 與步驟 5 可平行計算。 50 年回歸期風力計算流程 第二類設計情況50 年回歸期風力計算有 4 個步驟。步驟 1 與第一類設 計情況50 年回歸期風力計算步驟 1 相同。步驟 2 為計算普通建築物順風向 50 年回歸期風力，其計算流程圖與圖 3- 12 相同。步驟 3 為計算建築物橫風 向50 年回歸期風力，其計算流程圖與圖 3- 6 相同。步驟 4 為計算建築物扭 轉向50 年回歸期風力，其計算流程圖與圖 3- 7 相同。步驟 2、步驟 3 與步 驟4 可平行計算。 半年回歸期共振部分風力計算流程 第二類設計情況半年回歸期共振部分風力計算有4 個步驟。步驟 1 與第 一類設計情況半年回歸期共振部分風力計算步驟1 相同。步驟 2 為計算普通 建築物順風向半年回歸期共振部分風力，其計算流程圖如圖3- 13 所示。步 驟3 為計算建築物橫風向半年回歸期共振部分風力，其計算流程圖與圖 3- 9 相同。步驟4 為計算建築物扭轉向半年回歸期共振部分風力，其計算流程圖 與圖3- 10 相同。步驟 2、步驟 3 與步驟 4 可平行計算。 根據上述設計風力、50 年回歸期風力與半年回歸期共振部分風力計算流程， 建立第二類設計情況風力計算流程圖如圖3- 14 所示。 參、 第三類設計情況 第三類設計情況是指h BL 3且 fn 1Hz封閉式或部分封閉式建築物。本 文先說明設計風力計算，再來為50 年回歸期風力計算，最後為半年回歸期共振 部分風力計算。 在計算設計風力與50 年回歸期風力時，順風向風力的計算是根據規範式(2.2) 與式(2.3)；橫風向風力的計算是根據規範式(2.21)；扭轉向風力的須綜合所有考 量風向，再根據規範式(2.23)計算之。在計算半年回歸期共振部分風力時，順風 向風力的計算是根據規範式(2.2)、式(2.3)與式(C4.2)；橫風向風力的計算是根據

規範式(C4.5)；扭轉向風力須綜合所有考量風向，再根據規範式(C4.6)計算之。 以下，根據前述風力計算順序與所對應使用的規範公式，依序建立設計風力、50 年回歸期風力與半年回歸期共振部分風力計算流程。 設計風力計算流程 第三類設計情況設計風力計算有5 個步驟。步驟 1 與第一類設計情況設 計風力計算步驟1 相同。步驟 2 為計算不同高度之風速壓。步驟 3 為計算柔 性建築物順風向設計風力，其計算流程圖與圖3- 5 相同。步驟 4 為計算建築 物橫風向設計風力。步驟5 為計算順風向設計風力與迎風面寬度之乘積。步 驟4 與步驟 5 可平行計算。 50 年回歸期風力計算流程 第三類設計情況50 年回歸期風力計算有 2 個步驟。步驟 1 為計算柔性 建築物順風向50 年回歸期風力，其計算方式為柔性建築物順風向設計風力 除以I2。步驟2 為計算建築物橫風向 50 年回歸期風力，其計算方式為建築 物橫風向設計風力除以I2。步驟1 與步驟 2 可平行計算。 半年回歸期共振部分風力計算流程 第三類設計情況半年回歸期共振部分風力計算有5 個步驟。步驟 1 為判 斷建築物是否滿足舒適度免檢核條件，若是，結束計算，若否，至步驟 2。 步驟2 為計算半年回歸期風速所成不同高度之風速壓。步驟 3 為計算柔性建 築物順風向半年回歸期共振部分風力，其計算流程圖與圖3- 8 相同。步驟 4 為計算建築物橫風向半年回歸期共振部分風力。步驟5 為計算順風向半年回 歸期共振部分風力與迎風面寬度之乘積。步驟4 與步驟 5 可平行計算。 根據上述設計風力、50 年回歸期風力與半年回歸期共振部分風力計算流程， 建立第三類設計情況風力計算流程圖如圖3- 15 所示。 肆、 第四類設計情況 第四類設計情況是指h BL 3且 f_n 1Hz封閉式或部分封閉式建築物。本

文先說明設計風力計算，再來為50 年回歸期風力計算，最後為半年回歸期共振 部分風力計算。 在計算設計風力與50 年回歸期風力時，順風向風力的計算都是根據規範式 (2.1)與式(2.3)；橫風向風力的計算是根據規範式(2.21)；扭轉向風力須綜合所有 考量風向，再根據規範式(2.23)計算之。在計算半年回歸期共振部分風力時，順 風向風力的計算是根據規範式(2.1)、式(2.3)與式(C4.2)；橫風向風力的計算是根 據規範式(C4.5)；扭轉向風力須綜合所有考量風向，再根據規範式(C4.6)計算之。 以下，根據前述風力計算順序與所對應使用的規範公式，依序建立設計風力、50 年回歸期風力與半年回歸期共振部分風力計算流程。 設計風力計算流程 第四類設計情況設計風力計算有5 個步驟。步驟 1 與步驟 2 分別與第三 類設計情況設計風力計算步驟1 與步驟 2 相同。步驟 3 為計算普通建築物順 風向設計風力，其計算流程圖與圖3- 12 相同。步驟 4 與步驟 5 分別與第三 類設計情況設計風力計算步驟4 與步驟 5 相同。 50 年回歸期風力計算流程 第四類設計情況50 年回歸期風力計算有 2 個步驟。步驟 1 為計算普通 建築物順風向50 年回歸期風力，其計算方式為普通建築物順風向設計風力 除以I2。步驟2 與第三類設計情況 50 年回歸期風力計算步驟 2 相同。 半年回歸期共振部分風力計算流程 第四類設計情況半年回歸期共振部分風力計算有5 個步驟。步驟 1 與步 驟 2 分別與第三類設計情況半年回歸期共振部分風力計算步驟 1 與步驟 2 相同。步驟3 為計算普通建築物順風向半年回歸期共振部分風力，其計算流 程圖與圖3- 13 相同。步驟 4 與步驟 5 分別與第三類設計情況半年回歸期共 振部分風力計算步驟4 與步驟 5 相同。 根據上述設計風力、50 年回歸期風力與半年回歸期共振部分風力計算流程， 建立第四類設計情況風力計算流程圖如圖3- 16 所示。

伍、 第五類設計情況 第五類設計情況是指h BL 3、f_n 1Hz且h18m封閉式或部分封閉式建 築物，亦即規範 2.13 節的低矮建築物。第五類設計情況為第四類設計情況的特 例。當某類建築物屬於第五類設計情況時，若依第五類設計情況計算風力，計算 過程較簡單，風力值較保守；若依第四類設計情況計算風力，計算過程較複雜， 風力值較小。本文先說明設計風力計算，再來為50 年回歸期風力計算，最後為 半年回歸期共振部分風力計算。 在計算設計風力與50 年回歸期風力時，順風向風力的計算是根據規範 2.13.1 節；橫風向風力的計算是根據規範式(2.29)；扭轉向風力須綜合所有考量風向， 再根據規範式(2.30)計算之。在計算半年回歸期共振部分風力時，順風向風力的 計算是根據規範式(2.1)、式(2.3)與式(C4.2)；橫風向風力的計算是根據規範式 (C4.5)；扭轉向風力須綜合所有考量風向，再根據規範式(C4.6)計算之。以下， 根據前述風力計算順序與所對應使用的規範公式，依序建立設計風力、50 年回 歸期風力與半年回歸期共振部分風力計算流程。 設計風力計算流程 第五類設計情況設計風力計算有5 個步驟。步驟 1 為計算建築物高度h 處與屋頂女兒牆頂端h_p處之地形係數。步驟2 為決定建築物高度h處與屋頂 女兒牆頂端h_p處的λ值。步驟3 為計算順風向設計風力。步驟 4 為計算橫風 向設計風力。步驟 5 與第三類設計情況設計風力計算步驟 5 相同。步驟 1 與步驟2 可平行計算；步驟 4 與步驟 5 可平行計算。 50 年回歸期風力計算流程 第五類設計情況50 年回歸期風力計算有 2 個步驟。步驟 1 為計算順風 向50 年回歸期風力，其計算方式為順風向設計風力除以 2 I 。步驟2 與第三 類設計情況50 年回歸期風力計算步驟 2 相同。步驟 1 與步驟 2 可平行計算。

半年回歸期共振部分風力計算流程 第五類設計情況半年回歸期共振部分風力計算有5 個步驟。步驟 1 與第 三類設計情況半年回歸期共振部分風力計算步驟1 相同。步驟 2 為計算半年 回歸期風速所成不同高度之風速壓。步驟3、步驟 4 與步驟 5 分別與第四類 設計情況半年回歸期共振部分風力計算步驟3、步驟 4 與步驟 5 相同。步驟 4 與步驟 5 可平行計算。 根據上述設計風力、50 年回歸期風力與半年回歸期共振部分風力計算流程， 建立第五類設計情況風力計算流程圖如圖3- 17 所示。 陸、 第六類設計情況 本段說明第六類設計情況的設計風力計算流程，其中，此類設計情況是針對 開放式建築物，開放式建築物設計風力的計算是根據規範式(2.4)。步驟 1 為計算 特徵面積A 與_c A 形心高度_c c A z 。步驟2 為計算風速壓地況係數K

 

z 與地形係數K 。zt 步驟3 為計算不同高度之風速壓。步驟 4 為決定風力係數C_f。步驟5 為判斷f 是n 否小於 1Hz，若是，計算柔性建築物之陣風反應因子G_f ，若否，計算普通建築 物之陣風反應因子G。步驟6 為計算設計風力F。根據前述7 個步驟，建立第六 類設計情況風力計算流程圖如圖3- 18 所示。 柒、 高寬比小於3 建築物的扭轉向風力 高寬比小於3 建築物的扭轉向風力計算分為 2 種。第 1 種是針對第三類或第 四類設計情況，根據規範式(2.23)計算扭轉向設計風力 _





 DZ Tz BW M 0.28 ，其中





 DZ BW 為各向來風順風向風力與迎風面寬度乘積之最大值；扭轉向 50 年回歸 期風力為扭轉向設計風力除以I2；根據規範式(C4.6)計算扭轉向半年回歸期共振 部分風力。第 2 種是針對第五類設計情況，根據規範式(2.30)計算扭轉向設計風 力S_Tz 0.21



BS_DZ



，其中



BS_DZ



為各向來風順風向風力與迎風面寬度乘積之最 大值；扭轉向 50 年回歸期風力為扭轉向設計風力除以 2 I ；根據規範式(C4.6)計 算扭轉向半年回歸期共振部分風力。根據前述2 個步驟建立高寬比小於 3 建築物 的扭轉向風力計算流程圖如圖3- 19 所示。

根據上述內容可知，本節已完成當風垂直吹向AB 牆面時，各設計情況風力 計算流程圖之建立。所建立的風力計算流程圖也適用於風垂直吹向於BC 牆面、 CD 牆面或 DA 牆面，各設計情況所對應的風力計算。因此，可得到所有考量風 向下所對應的風力。下一步，根據來風方向，以對應的風力進行結構分析，計算 耐風結構反應。最後，檢核各來風方向中各項反應是否皆滿足相關規範之規定。 以下將說明耐風結構反應計算與檢核。

第三節

耐風結構反應計算與檢核流程圖

本文中，耐風結構反應含構件設計效應、層間變位角與最高居室樓層角隅振 動尖峰加速度，這三種反應計算並無主從關係，可以平行計算。構件設計效應的 計算是根據規範 2.12 節，所使用的風力為設計風力；層間變位角的計算是根據 規範 4.2 節，所使用的風力為 50 年回歸期風力；最高居室樓層角隅振動尖峰加 速度的計算是根據規範4.4 節，所使用的風力為半年回歸期共振部分風力。以下， 根據各反應所使用的規範章節與風力，建立風垂直吹向於AB 牆面的反應計算流 程圖，所建立出來的流程圖也適用於風垂直吹向於BC 牆面、CD 牆面或 DA 牆 面，所對應的反應計算。 反應計算步驟有3 個步驟。步驟 1 為計算構件設計效應。步驟 2 為分別計算 X 向與 Y 向的總層間變位角。步驟 3 為計算最高居室樓層角隅振動尖峰加速度 值。根據前述3 個步驟，建立耐風結構反應計算流程圖如圖 3- 20 所示。 使用圖3- 20，得各來風方向所對應的各構件設計效應、X 向總層間變位角、 Y 向總層間變位角與最高居室樓層角隅振動尖峰加速度，再綜合各來風方向取保 守值。根據規範4.2 節，檢核 X 向總層間變位角的最大值是否51000、Y 向總 層間變位角的最大值是否51000。根據規範4. 3 節，檢核最高居室樓層角隅振 動尖峰加速度是否0.05m s2。各構件設計效應的最大值係指材料規範中載重組 合的風載重效應，應與其他型式載重形成不同之載重組合，供桿件設計之用。載 重組合中，各載重效應所乘上的載重係數，請詳材料規範。若上述任一檢核不滿 足相關規範之規定，則重新設計。

第四節

主要風力抵抗系統耐風設計流程圖

第一節到第三節已分別完成主要風力抵抗系統設計情況判斷流程圖之建立、 各設計情況風力計算流程圖之建立，以及耐風結構反應與檢核流程圖之建立。接 下來，以蒐集建築物資料與工址風環境的詳細內容取代圖3- 3 的第一部分，以依 序串聯第一節與第二節的流程圖取代圖3- 3 的第二部分，以第三節的流程圖取代 圖3- 3 的第三部分，則圖 3- 3 可展現成為主要風力抵抗系統耐風設計主流程圖 如圖3- 21 所示。本章所建立的主要風力抵抗系統耐風設計流程圖包含圖 3- 4~ 圖3- 19、圖 3- 20 與圖 3- 21。根據前面各節的敘述，主要風力抵抗系統設計情 況判斷是使用圖3- 4；第一類設計情況風力計算是使用圖 3- 5~圖 3- 11；第二類 設計情況風力計算是使用圖3- 6、圖 3- 7、圖 3- 9、圖 3- 10、圖 3- 12~圖 3- 14； 第三類設計情況風力計算是使用圖3- 5、圖 3- 8 與圖 3- 15；第四類設計情況風 力計算是使用圖3- 12、圖 3- 13 與圖 3- 16；第五類設計情況風力計算是使用圖 3- 13 與圖 3- 17；第六類設計情況風力計算是使用圖 3- 18；第三類、第四類或第 五類設計情況，扭轉向風力計算是使用圖3- 19；耐風結構反應計算是使用圖 3- 20。

表3- 1 本文中流程圖所用符號的名稱與意義 符號 名稱 意義 開始/結束 (Terminator) 流程的開始點或結束點 程序 (Process) 執行任務或活動 決策 (Decision) 根據條件作決定或判斷 下個步驟 子程序 (Subroutine) 副程式或已定義的函數 資料 (Data) 輸入或輸出的資料 換頁參考 (Off-page connector) 連接至另一頁 流程線 (Flow line) 連接流程符號，箭頭方向 表流向 頁面上的參考 (Connector) 連接至流程中的另一個 具有相同編號的點 (資料來源：經本研究彙整網路相關資料而得)

圖3- 1 規則矩形柱體的俯視圖 (資料來源：本研究整理) 圖3- 2 風垂直吹向 AB 牆面時，來風方向與牆面位置關係圖 (資料來源：本研究整理) 圖3- 3 主要風力抵抗系統耐風設計概念性流程圖 (資料來源：本研究整理)

6 3h BL 6 3h BL 3  BL h 3  BL h 3  BL h 圖3- 4 主要風力抵抗系統設計情況判斷流程圖 (資料來源：本研究整理)

圖3- 5 柔性建築物順風向風力計算流程圖 (資料來源：本研究整理) f G



GCpi



p C p C

圖3- 6 建築物橫風向風力計算流程圖 (資料來源：本研究整理) 圖3- 7 建築物扭轉向風力計算流程圖 (資料來源：本研究整理) L g C_L' R_LR 6 3h BL  0.2L B5



f BL



10 h處之風速 _a 高度 4  BL h



f BL



8.3 h處之風速 a 高度 6 3h BL  0.2L B5



f BL



10 h處之風速 _t 高度 T g ' T C RTR

圖3- 8 柔性建築物順風向半年回歸期共振部分風力計算流程圖 (資料來源：本研究整理) 圖3- 9 建築物橫風向半年回歸期共振部分風力計算流程圖 (資料來源：本研究整理) 開始柔性建築物順風向半年回歸期共振部分風力計算 回傳順風向共振 部分風力 計算半年回歸期風速所造成迎風面牆、背風面牆與屋頂之 風壓(規範式(2.2))，以及屋頂女兒牆之風壓(規範式(2.3)) 計算外牆順風向共振部分風 力、屋頂共振部分風力與屋 頂女兒牆共振部分風力 決定風壓係數 內風壓係數 (規範2.9節) 牆之平均外風壓係數 (規範表2.4) 屋頂之外風壓係數 (規範表2.5)



GCpi



p C p C 計算陣風反應因子共振部分 (規範式(C4.2))，其中，在計算R 時的V_z 用 V_z



3.34I



取代 Lz W Lz W L g ' L C RLR

圖3- 10 建築物扭轉向半年回歸期共振部分風力計算流程圖 (資料來源：本研究整理) 開始建築物扭轉向半年回歸期共振部分風力計算 回傳M_Tz 計算扭轉向共 振部分風力 (規範式(C4.4))Tz M 計算 、 與 (規範2.10節)，其 中，在計算U*_的V h用Vh/(3.34I)取代 T g ' T C R_TR

圖3- 11 第一類設計情況風力計算流程圖 (資料來源：本研究整理)

 

z K zt K

圖3- 12 普通建築物順風向風力計算流程圖 (資料來源：本研究整理)



GCpi



p C p C

圖3- 13 普通建築物順風向半年回歸期共振部分風力計算流程圖 (資料來源：本研究整理)



GCpi



p C p C Vz Vz



3.34I



圖3- 14 第二類設計情況風力計算流程圖 (資料來源：本研究整理)

 

z K zt K

圖3- 15 第三類設計情況風力計算流程圖 (資料來源：本研究整理) 半年回歸期共振部分風力 計算不同高度之風速壓 (規範式(2.6)) 計算柔性建 築物順風向 設計風力 (圖3-5) 連 接 半年回歸期風速所 造不同高度 之風速壓為計算設 計風力所用的風速 壓(規範式(2.6))除以 (3.34I)2 計算柔性建築物 順風向半年回歸 期共振部分風力 (圖3-8) 是 計算建築物橫風 向設計風力 (規範式(2.21)) 柔性建築物順風向50年 回歸期風力為柔性建築 物順風向設計風力除以I2 滿足舒適度 免檢核之條件 ? 否 計算風速壓地況係數 (規範式 (2.7))與地形係數 (規範式(2.8))  z K zt K 回傳設計風力、50年回歸期風 力與半年回歸期共振部分風力 計算順風向設 計風力與迎風 面寬度之乘積 建築物橫風向50年回 歸期風力為建築物橫 風向設計風力除以I2 計算順風向 半年回歸期 共振部分風 力與迎風面 寬度之乘積 計算建築物橫 風向半年回歸 期共振部分風 力(規範式 (C4.5)) 連 接 開始依來風方向進行第三類設計情況風力計算

圖3- 16 第四類設計情況風力計算流程圖 (資料來源：本研究整理) 半年回歸期共振部分風力 計算不同高度之風速壓 (規範式(2.6)) 計算普通建 築物順風向 設計風力 (圖3-12) 連 接 連 接 半年回歸期風速所 造不同高度 之風速壓為計算設 計風力所用的風速 壓(規範式(2.6))除以 (3.34I)2 計算普通建築物 順風向半年回歸 期共振部分風力 (圖3-13) 是 計算建築物橫風 向設計風力 (規範式(2.21)) 普通建築物順風向50年 回歸期風力為普通建築 物順風向設計風力除以I2 滿足舒適度 免檢核之條件 ? 否 計算風速壓地況係數 (規範式 (2.7))與地形係數 (規範式(2.8))  z K zt K 回傳設計風力、50年回歸期風 力與半年回歸期共振部分風力 計算順風向設 計風力與迎風 面寬度之乘積 建築物橫風向50年回 歸期風力為建築物橫 風向設計風力除以I2 計算順風向 半年回歸期 共振部分風 力與迎風面 寬度之乘積 計算建築物橫 風向半年回歸 期共振部分風 力(規範式 (C4.5)) 開始依來風方向進行第四類設計情況風力計算

圖3- 17 第五類設計情況風力計算流程圖 (資料來源：本研究整理) 半年回歸期共振部分風力 是 計算地形係數 (規範式(2.8)) 建築物高度h處 屋頂女兒牆頂 端hp處 計算順風向設計風力 (規範式(2.25)~規範式(2.28)) 計算順風向半年回 歸期共振部分風力 (圖3-13) 連 接 決定λ值 (規範表2.23) 建築物高度h處 屋頂女兒牆頂 端hp處 順風向50年回歸 期風力為順風向 設計風力除以I2 滿足舒適度 免檢核之條件? 連 接 否 回傳設計風力、50年回歸期風力 與半年回歸期共振部分風力 計算橫風向 設計風力 (規範式(2.29)) 計算順風向 半年回歸期 共振部分風 力與迎風面 寬度之乘積 橫風向50年回歸 期風力為橫風向 設計風力除以I2 開始依來風方向進行第五類設計情況風力計算 計算順風向設 計風力與迎風 面寬度之乘積 計算橫風向 半年回歸期 共振部分風 力(規範式 (C4.5)) 半年回歸期風速 所造不同高度 之風速壓為設計 風速壓(規範式 (2.6))除以(3.34I)2

圖3- 18 第六類設計情況風力計算流程圖 (資料來源：本研究整理)  z K zt K f G f C c A z n f