帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證
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(2) 2.
(3) 目次. 目次. 目次 .........................................................................................I 表次 ......................................................................................III 圖次 ....................................................................................... V 照片次 ................................................................................ VII 摘 要 ................................................................................IX 第一章 緒論 .......................................................................... 1 第一節 研究背景........................................................................... 1 第二節 研究緣起與目的............................................................... 4 第三節 研究內容與方法............................................................... 6. 第二章 相關標準及規範之蒐集 .......................................... 9 第一節 CNS 13973 中華民國國家標準簡介............................... 9 第二節 建築物耐風設計規範及解說 ........................................ 11 第三節 其他相關規範................................................................. 13. 第三章 風雨試驗室設備儀器之介紹 ................................ 15 第一節 相關設備儀器之介紹..................................................... 15 第二節 風速及動態風壓量測裝置............................................. 18. 第四章 試驗規劃 ................................................................ 21 第一節 風速計量測規劃............................................................. 21 第二節 多頻道電子式壓力掃瞄器量測規劃 ............................ 24. 第五章 風速量測試驗過程與結果 .................................... 27 第一節 風速量測過程................................................................. 27 第二節 風速量測結果................................................................. 29 第三節 小結................................................................................. 35. 第六章 多頻道電子式壓力掃瞄器量測過程與結果 ........ 37 第一節 多頻道電子式壓力掃瞄器風壓量測過程 .................. 37 第二節 多頻道電子式壓力掃瞄器風壓量測結果 .................. 41 I.
(4) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 第三節、小結 ...............................................................................59. 第七章 結論與建議 ............................................................ 61 第一節 結論 ...............................................................................61 第二節 建議 ...............................................................................62. 參考書目 .............................................................................. 71. II.
(5) 表次. 表次. 表 2-1 標準風壓 ................................................................................ 10 表 5-1 風速量測值(m/s)..................................................................... 28 表 5-2 造風設備風速校驗結果對照表 ............................................ 29. III.
(6) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. IV.
(7) 圖次. 圖次. 圖 1-1 研究架構圖 .............................................................................. 7 圖 2-1 風速量測位置圖 .................................................................... 10 圖 3-1 帷幕牆風雨試驗儀器設備相關位置圖 ................................ 16 圖 4-1 造風設備原配置位置產生之風場流向示意圖.................... 22 圖 4-2 造風設備轉向後之風場流向示意圖 .................................... 22 圖 5-1 風速量測點位圖 .................................................................... 27 圖 5-1 轉速 19.3Hz 下最大風速等值分佈圖 ................................... 30 圖 5-2 轉速 19.3Hz 下最小風速等值分佈圖 ................................... 31 圖 5-3 轉速 19.3Hz 下平均風速等值分佈圖 ................................... 31 圖 5-4 轉速 32Hz 下最大風速等值分佈圖 ...................................... 32 圖 5-5 轉速 32Hz 下最小風速等值分佈圖 ...................................... 32 圖 5-6 轉速 32Hz 下平均風速等值分佈圖 ...................................... 33 圖 6-1 壓力量測感應器分佈點位圖 ................................................. 37 資料來源：(本研究繪製).................................................................. 38 圖 6-2 造風設備轉速 19.3Hz 作用下平均風壓分佈圖（無水架）42 圖 6-3 造風設備轉速 19.3Hz 作用下最大風壓分佈圖（無水架）42 圖 6-4 造風設備轉速 19.3Hz 作用下風壓均方根值分佈圖（無水架 ）.................................................................................... 43 圖 6-5 造風設備轉速 23.3Hz 作用下風壓平均值分佈圖（無水架） ........................................................................................ 44 圖 6-6 造風設備轉速 23.3Hz 作用下風壓最大值分佈圖（無水架） ........................................................................................ 45 圖 6-7 造風設備轉速 23.3Hz 作用下風壓均方根值分佈圖（無水架 ）.................................................................................... 46 V.
(8) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 圖 6-8 造風設備轉速 28.0Hz 作用下風壓平均值分佈圖（無水架） ........................................................................................47 圖 6-9 造風設備轉速 28.0Hz 作用下風壓最大值分佈圖（無水架） ........................................................................................48 圖 6-10 造風設備轉速 28.0Hz 作用下風壓均方根值分佈圖（無水架 ） ....................................................................................49 圖 6-11 造風設備轉速 32.0Hz 作用下風壓平均值分佈圖（無水架） ........................................................................................50 圖 6-12 造風設備轉速 32.0Hz 作用下風壓最大值分佈圖（無水架） ........................................................................................51 圖 6-13 造風設備轉速 32.0Hz 作用下風壓均方根值分佈圖（無水架 ） ....................................................................................52 圖 6-14 造風設備轉速 19.3Hz 作用下平均風壓分佈圖（含水架） ........................................................................................53 圖 6-15 造風設備轉速 19.3Hz 作用下風壓最大值分佈圖（含水架） ........................................................................................54 圖 6-16 造風設備轉速 19.3Hz 作用下風壓均方根值分佈圖（含水架 ） ....................................................................................55 圖 6-17 造風設備轉速 32.0Hz 作用下風壓平均值分佈圖（含水架） ........................................................................................56 圖 6-18 造風設備轉速 32.0Hz 作用下風壓最大值分佈圖（含水架） ........................................................................................57 圖 6-18 造風設備轉速 32.0Hz 作用下風壓均方根值分佈圖（含水架 ） ....................................................................................58. VI.
(9) 照片次. 照片次. 照片 3-1 造風設備照片 .................................................................... 16 照片 3-2 造風設備之電腦監控之操作 ............................................ 17 照片 3-3 風速量測裝置 .................................................................... 18 照片 3-4 風速量測裝置之探針 ........................................................ 19 照片 3-5 風速量測裝置之記錄器 .................................................... 19 照片 3-6 動態風壓量測裝置之資料擷取器 .................................... 20 照片 4-1 校驗方法之設備位置圖 ..................................................... 23 照片 6-1 外觀照片 ............................................................................. 38 照片 6-2 PVC 孔位埋設 .................................................................... 38 照片 6-3 Scanivale 之感應模組......................................................... 38 照片 6-4 程式控制與資料擷取 ......................................................... 38 照片 6-5 試體完成 ............................................................................. 39 照片 6-6 下部夾板破壞 ..................................................................... 39 照片 6-7 上部夾板破壞 ..................................................................... 40 照片 6-8 採用 C 型鋼加勁 ................................................................ 40. VII.
(10) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. VIII.
(11) 摘要. 摘. 要. 關鍵詞：造風設備、風速、頻率 一、研究緣起 CNS13973 動態水密試驗，係模擬帷幕牆在強風豪雨的作用下，抵抗雨水 侵入室內之能力。在實驗室中，以噴水架模擬豪雨的狀態，噴水架之噴水量 須為 3.4L/(m2．min)，同時風力產生器模擬強風之狀態，其須產生足夠之空氣 流量以達到要求壓力差，保持此風壓不得少於 15 分鐘。而此足夠之空氣流量 ，依據 CNS 13973 動態水密性能試驗之要求，需達設計正風壓的 20%，對試 體之主要構件及配件產生規定之撓度(設計正風壓 20%之靜態壓力撓度)；氣體 壓力差值不得小於 300 Pa，且不得大於 720 Pa)。 為此規範提供了一套造風裝置（風力產生器）如飛機螺旋槳或風扇之校 驗方法，規定其須能提供等值風速之風力。等值風速以下列公式換算， P=0.613V2，其中 V 為風速 m/s，P 為等值速度壓 Pa。 本研究擬針對此校正方法之建議之放置地點及使用之風速量測裝置加以 驗證，探討造風裝置產生之風壓風佈狀態，檢驗校正方法中所指定之四個位 置是否為受風壓最大區域，另以多頻道電子壓力掃瞄器取代風速量測裝置， 直接量測風壓之大小與分佈，以檢驗風速量測裝置之準確性。. 二、研究方法及過程 本研究之研究方法有如下三項： 1、依據 CNS13973 之規定，擴大量測風壓之點位，以探風壓分佈之情形。 2、針對本所台南風雨實驗室之造風設備研擬一套可行之風壓量測方式，得以 直接或間接之方式求得造風設備對帷幕牆作用之壓力。 3、以多頻道電子式壓力掃瞄器量測造風設備直接作用在艙體上之壓力分佈情 IX.
(12) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 形，同時探討水架對風壓之影響程度。 三、重要發現 1、造風設備係以變頻方式驅動馬達產生風速，所取得風壓之最大值與最小值 差異大，且風壓最大值均出現在同一區域附近，即試體之左半側。 2、取點4、點5、點11及點12之各頻率下最大值加以平均，與去(95)年度試驗結 果比較，僅在頻率17.3Hz下符合規範要求，其餘各頻率下之風速均高於規 範之誤差標準，試驗結果之再現性不佳，應更深入探討。 3、以風速計量測，由風壓分佈圖之趨勢來看，造風設備產生之風速在接近軸 心處較小，再漸外移風速越大，但由半徑D/2處開始越往外逐漸縮小。 4、以電子式壓力掃瞄器量測，不論是否有水架影響，試體表面所受風壓分佈 呈現非常不均勻之現象，大壓力均出現在試體中心之左側靠下半部份，其 他區域所受之壓力則相當小，某些區域甚至產生負風壓之情形。 5、超過 2 倍葉片直徑（8.2m）所及之範圍，風壓值在 100Pa 以下，因此造風 設備之放置位置應隨著試體大小而改變，否則動態水密試驗對試體之某些 區域是偏向不保守，無法達到試驗之目的。 6、本研究以動態水密試驗規範規定之校正方法中，要求量測的四個點位對應 於試體位置之平均風壓，探討水架對風壓之影響程度，計算後得知水架約 影響風壓 15%到 32%之間。 四、主要建議事項 以下分別從立即可行的建議、及長期性建議加以列舉。. 立即可行之建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部建築研究所 水架對造風設備產生之風壓造成一定程度之影響，應改良水架之構造以 減少受阻面積，或調高造風設備變頻器之轉速，以達規範之要求。 主辦機關：內政部建築研究所 X.
(13) 摘要. 協辦機關：內政部建築研究所 造風設備產生之風壓作用在試體表面呈現相當不均勻的現象，且主要受 力範圍在 1 倍的葉片直徑到 2 倍葉片直徑間的範圍，因此，本研究建議若試 體面積大於 6m*6m 的範圍，應改變造風設備之位置，進行試驗，以真實反應 試驗抗漏水之能力。 長期性建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：內政部建築研究所 電子式壓力掃瞄器是以 PVC 管作為壓力之傳遞媒介，由於本研究試體為 寬 10m 高 6m 之夾板，為將 PVC 管匯集到感應器，使用之 PVC 管超過 5 公 尺以上，PVC 管之長度太長無法真實反應風場之紊亂程度，建議未來相關試 驗應規劃妥試 PVC 管之配置路徑，以反應真實之風場狀態。. XI.
(14) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. XII.
(15) 摘要. ABSTRACT According to CNS 13973 (Standard Test Method for Water Penetration of Windows, Curtain Walls, and Doors Using Dynamic Pressure), under the simulation action of strong storm and heavy rain, the water penetration performance of curtain walls is tested. In the laboratory, the amount of spray water should be 3.4 L/m2 min, in order to simulate the condition of heavy rain. In addition, the wind generator should keep the required wind pressure for 15 minutes to simulate the condition of strong storm. Based on the requirement of CNS 13973, the equivalent dynamic pressure on curtain walls should be 20% of positive design wind pressure and produce 20% deflection of that under static design wind pressure. The dynamic pressure should be between 300 and 720 Pa. The main purpose of this study is to check whether the wind speeds of suggested four locations stipulated by the calibration method in CNS 13973 are representative and appropriate or not, by means of the wind speed measurement device. On the other hand, the multi-channel digital scanning pressure measurement devices are also directly utilized to study the amount and distribution of dynamic wind pressures developed by the wind generator. Furthermore, the accuracy of the wind speed measurement device is examined. Based on the tested results of this study, it can be found that under the same circumstance and test method, the reproductive performance of the amount and distribution of dynamic wind pressures developed by the wind generator is poor and can not match the requirement of the calibration method stipulated in CNS 13973. Besides, the influence of the spray water frame on wind pressures ranges from 15% to 32%. The distribution of dynamic wind pressures on the surface of the curtain wall is not symmetric and uniform. For the measured location of more distance from the center of the wind generator, the less magnitude of wind pressure is obtained. When the size of the curtain wall specimen is over twice of the XIII.
(16) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. diameter of the wind generator, its location should be adjusted, in order to reflect the actual distribution phenomenon of wind pressures.. XIV.
(17) 第一章 緒論. 第一章 緒論 第一節 研究背景 近年來臺灣地區都市化及工業領域日漸發展，交互改變人類聚落的環境 ，居住都市的人口不斷增加。由於土地資源有限，建築物急速發展的最後結 果乃向天空伸展。於是工業化生產，施工快速，不受天候影響的帷幕牆，自 然成為當今高層建築之外牆主流。依據現行建築技術規則建築設計施工編第 一章用語定義第一條二十六、帷幕牆：構架構造建築物之外牆，除承載本身 重量及其所受之地震、風力外，不再承載或傳導其他載重之牆壁。一般而言 ，帷幕牆需滿足以下物理的功能如下[1]： 1、水：阻擋雨、雪之進入，包括可能因風而帶入之水蒸氣，並排出可能凝聚 於壁體內之結露水及收集導出可能侵入外牆之水份。 2、風：阻擋空氣流動，並進而控制之，滿足人體舒適感。 3、光和熱：以阻隔或反射方式避免過度過強之直接日照、及熱能之傳導、幅 射和對流，並能保溫。 4、音：阻擋並吸收外界之噪音，通常是車輛及飛機或是工廠之作業聲。 5、火：阻隔火燄發生時在各樓層間蔓延，並防止有害人體之氣體在各層流竄 。 6、結構：必須能夠承載自重並傳遞加諸其上的風力、地震力，並且堅固足以 防範竊盜。 7、排煙：火災時能啟動排煙機能。 8、逃生：當火災發生時可以緊急逃生或進入撲滅。 茲將帷幕牆的優點簡述如下[1]： 1、造型自由富變化、彈性及靈活度佳、造型材質搭配易。 2、重量輕：鋁合金之帷幕牆單位面積重量約 30~50 kgf/m2，為 RC 牆工法之 1.
(18) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 1/8 至 1/4 倍，節省建築體之重量，搬運方便，減少運輸上的困難及費用。 3、性能優越：抗風壓、水密、耐震、防蝕及防火等。 4、規格化、預組化：外牆單元或構件可在工廠大量生產，運至現場吊掛，減 少現場作業時間，可掌握工程進度。 5、製造工業化：設立生產線的製造方式，作業員易熟悉簡單工作，而提高速 度及品質，並充份掌握工程進度。 6、施工快、工期短：當建築物基礎工程動工時，工廠同時製造帷幕牆，當結 構主體施工至 3、4 層樓，便可以開始吊裝帷幕牆，外牆與結構體工程雙 線施工，施工快工期短，可靈活調度施工人員。 7、施工簡便，不受天候影響：外牆均依單元結構在工廠內按所需尺寸大量製 造，既省時又不受天候影響，且由內往外安裝性高，亦可減少鷹架費用， 適合高層建築物，乾式構造施工不受天候影響。 8、耐震性能優越：金屬帷幕牆單位面積重量僅 40 kgf/m2，地震側向力較傳統 RC 牆降低甚多，整體構架或基礎設計均較經濟。 9、品質均一：帷幕牆構材均在工廠集中生產、檢查、試驗後而送發，品質均 勻，尺寸精確度高，不似現場澆置之 RC 牆易受施工技術，及需大量勞力 與混凝土每次調配比例不一的影響。 為確保國內帷幕牆整體性能能達到建築物之設計標準及規範要求，並降 低建築物外牆門窗與帷幕牆於地震、強風可能發生之危害，及提高日常氣密 性、水密性，乃需進行風雨試驗，以檢測確認其各項物理性能。有鑑於此， 行政院核准建置「內政部建築研究所實驗設施設置計畫」中，本所特別於台南縣 歸仁鄉成功大學航太校區內建置「風雨實驗館」 ，並於 93 年 6 月完成驗收，以 從事帷幕牆、門窗之風雨試驗，未來除執行相關實驗研究外，對工程界提供 檢測服務亦是本實驗室建置之主要目的。為提升實驗室測試報告之專業性、 公正性及可靠性，使品質與技術符合國際標準，本所實驗於 96 年元月取得 TAF （財團法人全國認證基金會）實驗室認證。認證項目為帷幕牆及其附屬門窗. 2.
(19) 第一章 緒論. 之(1)氣密性性能試驗(CNS 13971)、(2)靜態水密性性能試驗(CNS 13974)、(3) 動態水密性性能試驗(CNS 13973)、(4)層間變位性能試驗(CNS 14281)及(5)正 負風壓結構性性能試驗(CNS 13972)；其中動態水密性能試驗，依據 CNS13973 規定，須對造風設備進行設備校驗工作，本所為取得 TAF（財團法人全國認 證基金會）認證工作業於 95 年度依規範要求完成校驗工作，本研究乃接續 95 年度之研究，擬以其他之實驗方法及實驗設備對規範之校驗方法加以驗證， 以達將規範本土化之目標。. 3.
(20) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 第二節 研究緣起與目的 CNS13973 動態水密試驗，係模擬帷幕牆在強風豪雨的作用下，抵抗雨水 侵入室內之能力。在實驗室中，以噴水架模擬豪雨的狀態，噴水架之噴水量 須為 3.4L/(m2．min)，同時風力產生器模擬強風之狀態，其須產生足夠之空氣 流量以達到要求壓力差，保持此風壓不得少於 15 分鐘。而此足夠之空氣流量 ，依據 CNS 13973 動態水密性能試驗之要求，需達設計正風壓的 20%，對試 體之主要構件及配件產生規定之撓度(設計正風壓 20%之靜態壓力撓度)；氣體 壓力差值不得小於 300 Pa，且不得大於 720 Pa)。 為此規範提供了一套造風裝置（風力產生器）如飛機螺旋槳或風扇之校 驗方法，規定其須能提供等值風速之風力。等值風速以下列公式換算， P=0.613V2，其中 V 為風速 m/s，P 為等值速度壓 Pa。 由造風裝置產生（風力產生器）出來之風速須校正以建立測試所需壓力 之等值風速。此校正方法須將風速量測裝置(如：風速計)裝置在一個骨架上進 行。風速量測裝置須能量測表 2-1 所示之標準風壓。骨架之設置須注意不得 妨礙到空氣之行進。最少須在圖 2-1 所示之四個位置中，依表 2-1 讀取至少三 個標準風壓。風速之量測須在每個四分之一圓內之 610×610 mm 方形範圍內進 行。在上述四個位置中，讀取包括最少 60 秒內之最大值或陣風值，並將最大 值或陣風值平均。最大值或陣風值之平均值與標準值之許可差為±1.1 m/s。 本研究擬針對此校正方法之建議之放置地點及使用之風速量測裝置加 以驗證，探討造風裝置產生之風壓風佈狀態，檢驗校正方法中所指定之四個 位置是否為受風壓最大區域，另以多頻道電子壓力掃瞄器取代風速量測裝置 ，直接量測風壓之大小與分佈，以檢驗風速量測裝置之準確性。 基於上述，本研究之目的有如下 4 項： 1、本研究希望透過直接量測風速的方式，除規範規定之點位外，增加量測其 他點位，以達到建立等風速圖之目的，同時校驗規範要求測試四個點位之. 4.
(21) 第一章 緒論. 合理性。 2、透過擴大風速量測範圍，探討造風設備產生之風壓作用邊界，以作為未來 委託試驗時造風設備放置點之參考。 3、以多頻道電子式壓力掃瞄器全面量測造風裝置產生之風壓，以檢驗風速計 之準確性，俾利未來進行校驗時之參考。 4、本研究之研究成果，可提供未來 CNS 規範修正時之參考。. 5.
(22) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 第三節 研究內容與方法 本研究主要之目的在驗證 CNS13973 之校正方法，透過風速與壓力量測的方 式，探討量測儀器與量測點位之適當性，同時也藉由實驗之進行檢驗本所造風設備 產生風壓之穩定性與再現性，並探討噴水架及試驗本身對造風設備產生之風速干擾 程度，綜合上述，歸納本研究之目的有如下 4 項，研究內容項目包括： 1、藉由擴大風壓分佈之量測，探討造風設備產產之風壓分佈情形。 2、檢驗造風設備在不同時間，相同位置及轉速下，產生風壓之穩定性及再現 性。 3、探討噴水架及試體本身對造風設備產生之風速干擾程度。 4、探討造風設備對帷幕牆試體產生之風壓分佈情形。 本研究之研究方法有如下三項： 1、依據 CNS13973 之規定，擴大量測風壓之點位，以探風壓分佈之情形。 2、針對本所台南風雨實驗室之造風設備研擬一套可行之風壓量測方式，得以 直接或間接之方式求得造風設備對帷幕牆作用之壓力。 3、以多頻道電子式壓力掃瞄器量測造風設備直接作用在艙體上之壓力分佈情 形，同時探討水架對風壓之影響程度。. 6.
(23) 第一章 緒論. 本研究之研究架構圖如下：. 文獻蒐集 建立試驗方法 試驗設計 試驗之進行 數據分析. 量測設備驗證. 量測點位驗證. 結論與探討 圖 1-1 研究架構圖 資料來源：(本研究整理). 7.
(24) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 8.
(25) 第二章 相關標準及規範之搜集. 第二章 相關標準及規範之蒐集 第一節 CNS 13973 中華民國國家標準簡介 CNS 13973 中華民國國家標準[2]：帷幕牆及其附屬門、窗與天窗動態水 密性性能試驗法，係經濟部於 95 年 2 月 27 日參考 AAMA 501.1-05[3]修訂公 布。本標準規定帷幕牆及其附屬門、窗與天窗動態水密性性能之試驗方法。 本標準之試體尺度須足以代表帷幕牆系統中所有標準構件之性能。對於 帷幕牆或採預組式構法外牆，試體之寬度不得少於 3 個標準單元(構件)，包括 兩邊繫件及支撐元件，且須包含一個完整受力垂直方向之接縫或構件或兩者 兼具。若建築物之帷幕牆寬度少於 3 個單元時，則帷幕牆全體將作為試體進 行試驗。單元(構件)須包含至少一個完整之伸縮縫，能吸收垂直方向之熱膨脹 數，且須包括開窗及單元(構件)所有頂部及底部之繫件。 其中造風裝置，如飛機螺旋槳或風扇，須能提供等值風速之風力。等值 風速以下列公式換算，P=0.613V2，其中 V 為風速 m/s，P 為等值速度壓 Pa。 由造風裝置產生出來之風速須校正以建立測試所需壓力之等值風速。此 校正方法須將風速量測裝置(如：風速計)裝置在一個骨架上進行。風速量測裝 置須能量測表 2-1 所示之標準風壓。骨架之設置須注意不得妨礙到空氣之行 進。最少須在圖 2-1 所示之四個位置中，依表 2-1 讀取至少三個標準風壓。風 速之量測須在每個四分之一圓內之 610×610 mm 方形範圍內進行。在上述四個 位置中，讀取包括最少 60 秒內之最大值或陣風值，並將最大值或陣風值平均 。最大值或陣風值之平均值與標準值之許可差為±1.1 m/s。 當造風裝置與試體表面之位置不變時，無需每次測試做校正。校正間隔 依測試執行單位視需要而定，但最少一年一次。 依據 CNS 13973 動態水密性能試驗之要求，造風設備需產生足夠空氣流 量，以達到設計正風壓的 20%，對試體之主要構件及配件產生規定之撓度(設 9.
(26) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 計正風壓 20%之靜態壓力撓度)；氣體壓力差值不得小於 300 Pa，且不得大於 720 Pa)。. 610*610 mm. 圖 2-1 風速量測位置圖 資料來源：(摘自 CNS 13973) 表 2-1 標準風壓 風壓 Pa {kgf/cm2} 300{30} 380{38} 480{48} 580{58} 720{72} 資料來源：(摘自 CNS 13973). 10. 最大值或陣風值之平均風速 m/s 22.1 24.9 28.0 30.8 34.3.
(27) 第二章 相關標準及規範之搜集. 第二節 建築物耐風設計規範及解說 建築技術規則有關風力之規定條文，自民國 63 年制定以來便未曾修訂。 近 20 年來，國內鋼構及高層建築逐漸興起，建築帷幕外牆亦日益普遍，工程 界已感受到建築技術規則有關風力規定的條文過於簡陋，無法反映構造物承 受風力之複雜現象。今日，在建築結構逐漸朝向高層化及輕量化發展，懸索 式長跨度橋樑及棚架式長跨度屋頂等構造亦陸續出現後，風力對構造物之影 響已較地震力更形重要。 本所曾於 84 年委託結構工程學會，參考美國 ANSI/ASCE 7-88 及日本 AIJ 等風力規範內容，完成一份風力規範研究成果報告，供工程界參考使用。隨 著國際間先進國家有關風力規範的不斷更新，國內對耐風設計規範之需求， 與日俱增，於 91、92 年間再度進行風力規範條文之修訂研究，該條文草案獲 內政部建築技術審議委員會授權，由本所協助籌組專案小組進行審查，經過 10 次審查會議，於 93 年初完成規範草案審查作業送請委員會審議。95 年 4 、5 月間，於營建署召開之協調會中，確認通過規則及規範之增修條文，隨即 將進行法制化作業。 內政部於 95 年 9 月 22 日以台內營字第 0950805664 號令訂定「建築物耐 風設計規範及解說」[4]，並自 96 年 1 月 1 日生效。其中規則性封閉式或部分 封閉式建築物，或地上獨立結構物局部構材及外部被覆物所應承受之設計風 壓，需依第三章規定的方法計算之，因帷幕牆屬於外部被覆物的一種，因此 需遵循第三章的規定，計算設計風壓。 封閉式建築物中局部構材及外部被覆物之設計風壓，因考慮到其受風面 積較小，平均風壓較大，且同時要考慮到外風壓與內風壓，因此其設計風壓 與主要風力抵抗系統之設計風壓不同。此外，其外風壓係數與內風壓係數與 陣風反應因子 G 合併在一起，不可分離。 封閉式或部分封閉式建築物，或地上獨立結構物之局部構材及外部被覆. 11.
(28) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 物所應承受之設計風壓 p ，應依以下的公式計算。 封閉式或部分封閉式建築物高度不超過 18 公尺者，其局部構件及外部被 覆物之設計風壓 p ，依下式計算：. p = q(h)[(GC p ) − (GC pi )]. (2-1). 式中，q (h) 為平均屋頂高度 h 處之風速壓；GC p 為外風壓係數；GC pi 為 內風壓係數。 封閉式或部分封閉式建築物高度超過 18 公尺者，其局部構件及外部被覆 物之設計風壓 p ，依下式計算：. p = q[(GC p ) − (GC pi )]. (2-2). 式中對迎風面牆，風速壓 q 採 q ( z ) ；對背風面牆、側牆與屋頂，風速壓 q 採 q (h) 。對封閉式建築物或內風壓取負值之部分封閉式建築物，風速壓 qi 採. q(h) ；對內風壓取正值之部分封閉式建築物， qi 採 q( zh ) 或 q (h) ，其中， zh 0. 0. 為會影響正值內風壓之最高開口高度，( GC p )為外風壓係數，( GC pi )為內風 壓係數。. 12.
(29) 第二章 相關標準及規範之搜集. 第三節 其他相關規範 壹、帷幕牆及其附屬門、窗物理性能試驗總則(CNS 14280) 本標準[5]規定帷幕牆及其附屬門、窗與斜向玻璃之主要物理性能在做試 驗時之先後順序，除另有特別註明外，物理性能試驗依下列順序進行： (1)預施壓力：正風壓設計值之 50%。 (2)氣密性能試驗。 (3)第一次靜態水密性能試驗。 (4)動態水密性能試驗。 (5)設計值之層間變位性能試驗。 (6)第二次靜態水密性能試驗。 (7)正風壓結構性能試驗。 (8)負風壓結構性能試驗。 (9)第三次靜態水密性能試驗。 (10)1.5 倍正風壓結構性能試驗。 (11)1.5 倍負風壓結構性能試驗。 (12)1.5 倍設計值之層間變位性能試驗 貳、帷幕牆及其附屬門、窗與天窗靜態水密性性能試驗法(CNS 13974) 本標準[6]規定帷幕牆及其附屬門、窗與天窗靜態水密性性能之試驗方法 ，除特別註明，測試時之氣體壓力差值或造成水滲透壓力差值為 20%設計正 風壓，但不得小於 300 Pa{30 kgf/m2}，且不得大於 720 Pa{72 kgf/m2}。 參、 Standard Test Method for Water Penetration of Windows, Curtain Walls and Doors Using Dynamic Pressure (AAMA 501.1-05) 本 標 準 [3] 為 美 國 建 築 製 造 商 協 會 (AAMA, American Architectural Manufacturers Association)所制定，主要規定帷幕牆及其附屬門、窗動態水密. 13.
(30) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 性性能之試驗方法，包含適用範圍(Scope)、試體(Test Specimen)、試驗裝置(Test Equipment)、校正(Calibration)、步驟(Test Procedure)、報告(Report)與參考文 獻(References)等主要的章節，為中華民國國家標準 CNS 13973(帷幕牆及其附 屬門、窗與天窗動態水密性性能試驗法)之主要參考文獻。 肆、Standard Test Method for Water Penetration of Exterior Windows, Skylights, Doors, and Curtain Walls by Uniform Static Air Pressure Difference (ASTM 331-00) 本標準[7]為美國試驗及材料協會(ASTM, American Society for Testing and Materials)所制定，主要規定帷幕牆及其附屬門、窗與天窗靜態水密性性能 之試驗方法，包含適用範圍(Scope)、參考文獻(Referenced Documents)、用語 釋 義 (Terminology) 、 試 驗 方 法 (Summary of Test Method) 、 重 要 性 用 途 (Significance and Use)、試驗裝置(Apparatus)、注意事項(Hazards)、試體(Test Specimen)、校正(Calibration)、重要資料(Information Required)、步驟(Procedure) 、報告(Report)、精度及偏見(Precision and Bias)與關鍵字(Keywords)等主要的 章節，為中華民國國家標準 CNS 13974(帷幕牆及其附屬門、窗與天窗靜態水 密性性能試驗法)之主要參考文獻。. 14.
(31) 第三章 風雨試驗室設備儀器之介紹. 第三章 風雨試驗室設備儀器之介紹 第一節 相關設備儀器之介紹 風雨實驗室之各項儀器設備如下，各項系統設備可互相搭配使用： (1)帷幕牆試艙本體：可測試 10m×12m 帷幕牆。 (2)供氣系統（結構性能試驗設備） ：有大小鼓風機各一組，小鼓風機可提供 0 至 400Pa 穩定氣壓，大鼓風機提供穩定正負靜壓至 15,000Pa，並可維持最 大風壓下 200m3/min 以上風量測試。 (3)噴水系統（水密性能試驗設備）：共有兩組噴水系統，其規格：(高 12m× 寬 10.2m×深 0.8m）360 個均布噴水頭，供水速率 1.2 至 2L/min。 (4)造風設備：以 DC 變頻馬達及風扇葉片（直徑 4.11m）組合，推力值範圍 2,000 至 12,500 ㎏。 (5)層間變位設備：最大推力 30 噸，行程可移動左右各 75mm。 (6)儀控室及控制設備：含門窗及帷幕牆風雨試驗，採用中控之 LabVIEW 軟 體各乙套。 (7)門窗風雨試驗機：可測門窗 3m×3m 試艙 1 套。 (8)天車設備：10 噸 1 台。 帷幕牆風雨試驗儀器設備相關位置圖如圖 3-1 所示；造風設備如照片 3-1 所示；造風設備係為馬達驅動，功率為 1500 kW，配有 3300 V 高壓變電室， 儀控上係以 Hz (轉/秒)代表造風設備之轉速，無法直接得知轉速與風壓之關係 ，電腦監控之操作如照片 3-2 所示：. 15.
(32) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 入口鐵捲門. 入口鐵捲門. 噴水系統兩組 造風設備. 帷幕牆風雨試驗試艙 <內有4組油壓缸，艙內可架設變位計> 3300V 高壓變電室. 空氣壓縮機. 水箱. 空氣乾燥機 鼓風機10台 儀控室. 圖 3-1 帷幕牆風雨試驗儀器設備相關位置圖 資料來源：(本研究整理). 照片 3-1 造風設備照片 資料來源：(本研究拍攝) 16.
(33) 第三章 風雨試驗室設備儀器之介紹. 照片 3-2 造風設備之電腦監控之操作 資料來源： (本研究整理). 17.
(34) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 第二節 風速及動態風壓量測裝置 本研究採用之風速及動態風壓量測裝置之規格及性能如下： (1)風速量測裝置(如照片 3-3、3-4 及 3-5 所示)： (a)風速量測設備為 TESTO 445 型，最低可量測風速為 0.4m/s，最高量測風速為 60m/s，誤差範圍±0.3m/s。 (b)量測頻率最高為 0.5Hz。 (2)多頻道電子式壓力掃瞄器(如照片 3-6 所示)： (a)壓力掃瞄器主機模組：可接 A/D 模組，採樣頻道數：256 channels，可擴充至 512 channels。 (b)其他包含：類比/數位轉換模組、USB 延長器、遠端數位 切換模組、電源供應器及壓力量測模組等。. 照片 3-3 風速量測裝置 資料來源：(本研究拍攝). 18.
(35) 第三章 風雨試驗室設備儀器之介紹. 照片 3-4 風速量測裝置之探針 資料來源：(本研究拍攝). 照片 3-5 風速量測裝置之記錄器 資料來源：(本研究拍攝). 19.
(36) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 照片 3-6 動態風壓量測裝置之資料擷取器 資料來源：(本研究拍攝). 20.
(37) 第四章 試驗規劃. 第四章 試驗規劃 第一節 風速計量測規劃 本研究主要係針對 CNS13973 規定之校驗程序進行驗證，將原規定量測 之 4 個點位，擴增至 16 個點位以風速計量測，除了點位增加外，其他仍以規 範規定之校驗方法進行試驗；另以多頻道電子式壓力掃瞄器依實驗室試驗狀 況直接量測壓力。 本研究之試驗方法仍以 CNS13973 之規定進行，此校驗方法須將風速量 測裝置(如：風速計)裝置在一個骨架上進行。風速量測裝置須能量測表 2-1 所 示之標準風壓。骨架之設置須注意不得妨礙到空氣之行進。最少須在圖 2-1 所示之四個位置中，依表 2-1 讀取至少三個標準風壓。風速之量測須在每個 四分之一圓內之 610×610 mm 方形範圍內進行。在上述四個位置中，讀取包括 最少 60 秒內之最大值或陣風值，並將最大值或陣風值平均。最大值或陣風值 之平均值與標準值之許可差為±1.1 m/s。 本實驗室之設備配置如圖 3-1 所示，造風設備產生之風速吹向艙體，亦 即若艙體有帷幕牆試體時吹向帷幕牆表面，如此在動態水密試驗時可檢視帷 幕牆受到強風豪雨時之水密性。但對本研究而言，艙體或試驗對造風設備產 生之來風有排阻作用，若將量測裝備置於帷幕牆前勢必造成風速量測上之干 擾如圖 4-1 所示。為避免此一情況之發生，本研究將造風設備採九十度之轉 向如圖 4-2 所示，使造風設備產生之風場係向前移動，不受帷幕牆試體之干 擾，現場情形如照片 4-1 所示，另將量測裝置固定於水架上，點位標示順序 及位置如圖 5-1 所示。 另為探討前述圖 4-1 造風設備吹向試體，試體之受風壓情況及水架對風 壓之干擾程度，本研究擬在圖 4-1 的放置位置下於艙體表面埋設多頻道電子 式壓力掃瞄器，以探討風壓分佈情況。. 21.
(38) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 入口鐵捲門. 帷幕牆風雨試驗儀器設備相關位置圖. 入口鐵捲門. 風場方向. 帷幕牆風雨試驗試艙 <內有4組油壓缸，艙內可架設變位計> 3300V 高壓變電室. 空氣壓縮機. 空氣乾燥機. 水箱. 鼓風機10台 儀控室. 圖 4-1 造風設備原配置位置產生之風場流向示意圖 資料來源：（本研究繪製） 入口鐵捲門. 入口鐵捲門. 造風設備風壓量測相關設備位置圖 5公尺. 帷幕牆風雨試驗試艙 <內有4組油壓缸，艙內可架設變位計> 3300V 高壓變電室. 空氣壓縮機. 水箱. 空氣乾燥機 鼓風機10台 儀控室. 圖 4-2 造風設備轉向後之風場流向示意圖. 22.
(39) 第四章 試驗規劃. 資料來源：（本研究繪製）. 照片 4-1 校驗方法之設備位置圖 資料來源：(本研究拍攝). 23.
(40) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 第二節 多頻道電子式壓力掃瞄器量測規劃 為了瞭解試驗時造風設備產生風場吹向試體，試體之真實受壓狀態；與 水架對整個風場之影響程度。本研究規劃以電子式壓力掃瞄器，在有水架與 無水架的情況下直接量帷幕牆試體表面之風壓大小，預計規劃方式如照片 4-2. 及 4-3 所示，以造風設備直接吹向艙體，照片中以紅色線條框示之範圍 （約 10M*6M），將以薄夾板封艙，在夾板上裝設電子式壓力掃瞄器之 感應器，以量測風壓。 電子式壓力掃瞄器（（scanivale））可以量多達 500 個點位，本研究 擬以每 1 公尺埋設一連接感應器之 PVC 管，預計應埋設約 77 個點位， 每個頻率試驗進行時程約兩分鐘，以更細微之方式探討探討風壓分佈之 情形，並與風速計比較量測之結果。. 24.
(41) 第四章 試驗規劃. 照片 4-2 風壓量測設備位置圖（不含水架）. 照片 4-3 風壓量測設備位置圖（含水架）. 25.
(42) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 26.
(43) 第五章 風速量測試驗過程與結果. 第五章 風速量測試驗過程與結果 第一節 風速量測過程 壹、風速量測過程 本研究利用風速計，擴增量測之點位如圖 5-1 所示，直徑 D=4.1m 的範 圍係造風設備葉扇直徑投影範圍，點 4、點 5、點 11 及點 12 為規範校正方法 中要求之點位，其餘點位皆為本研究新增點位，點 8 為軸心位置，點 2、點 7 、點 14 及點 9 為直徑 D=4.1m 投影之邊界範圍；直徑 D1=8.2m 係取原葉扇直 徑 4.1m 之 2 倍投影範圍加以量測，點 1、點 3、點 13 及點 15 為 D1/2 之交會 點，點 6、點 16、點 10 為直徑 D1=8.2m 投影之邊界範圍。. 圖 5-1 風速量測點位圖. 27.
(44) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 表 5-1 風速量測值(m/s) 轉速值 (Hz) max19.3 min19.3 mean19.3 max23.3 min23.3 mean23.3 max28 min28 mean28 max29.3 min29.3 mean29.3 max32 min32 mean32. 28. 點1. 點2. 點3. 點4. 點5. 點6. 點7. 點8. 點 9 點 10 點 11 點 12 點 13 點 14 點 15 點 16. 19.39 8.85 13.17 21.83 10.3 16.78 23.57 11.05 17.95 25.81 10.67 18.05 33.95 12.82 22.20. 28.65 20.33 24.53 35.43 24.84 29.53 38.47 29.3 33.15 40.53 26.11 33.63 48.43 34.3 41.54. 20.65 8.95 15.88 25.17 16.32 20.69 25.68 18.34 22.71 27.84 21.35 24.24 32.25 21.46 27.81. 26.41 7.74 18.50 32.16 18.5 25.60 33.06 20.95 28.31 36.11 23.86 29.33 42.96 27.37 35.41. 21.72 9.43 17.44 27.08 17.32 22.65 29.69 21.79 25.40 34.06 22.47 27.80 38.17 24.79 31.52. 7.94 0.64 3.63 14.66 1.12 4.75 14.09 1.72 6.19 11.35 1.89 5.27 12.8 2.75 6.27. 22.44 6.6 13.69 28.68 10.54 21.04 34.26 17.08 26.43 34.2 12.28 25.12 42.83 22.09 31.94. 15.92 5.4 9.14 21.04 9.49 14.76 23.74 11.13 17.38 22.7 11.53 18.05 28.65 10.06 18.08. 13.81 1.23 4.66 17.26 3.09 7.93 14.81 1.89 6.87 18.25 3.54 8.08 27.29 1.22 9.76. 2.84 0 1.34 2.43 0.44 1.19 2.62 0.45 1.22 3.41 0.47 1.64 3.93 0.51 1.62. 22.19 9.7 16.67 26.08 19.18 22.62 31.05 18.16 26.02 34.08 13.97 25.44 42.47 19.07 30.50. 19.47 3.9 12.97 20.45 10.12 16.28 26.07 13.43 19.23 26.7 12.02 19.81 35.34 9.09 23.85. 14.56 3.4 9.43 18.46 4.59 11.55 19.89 4.4 12.35 19.8 5.85 12.35 21.8 7.56 14.74. 28.2 9.85 20.62 35.22 18.4 28.70 36.01 12.07 27.07 36.27 13.79 27.95 47.74 18.19 34.93. 12.74 0.45 3.59 8.8 0.85 3.35 9.99 0.83 3.83 14.54 0.75 4.74 11 1.14 5.08. 6.07 0.59 1.59 5.63 0 1.51 5.23 0.49 1.80 6.45 0.45 2.68 8.63 0.54 2.84.
(45) 第 5 章 風速量測試驗過程與結果. 第二節 風速量測結果 上表5-1為本研究以風速計按CNS13970規定之量測方法測得之各點在不 同風速頻率下之風速，本次試驗所採用之頻率數係以能符合規範要求風速下 之變頻器頻率，每個點位分別在各頻率轉速下量測1分鐘收集到之風速，選出 其最大值、最小值及其平均值。 壹、再現性探討 為檢核本所造風設備之重現性與再現性，茲以規範要求之4個點位即點4 、點5、點11及點12取最大值將其平均，其結果如表5-2所示，本次試驗結果 ，僅在變頻器頻率數19.3時之量測結果符合規範要求，另外四個頻率數測得之 風速誤差值皆大於規範規定之±1.1m/s。 表 5-2 造風設備風速校驗結果對照表 最大值或陣 風值之標準 平均風速 V0 m/s. 測得之最大 風速平均值 V. 300 {30}. 22.1. 380 {38}. m/s. 對應本實驗 室造風設備 之頻率數 Hz. 22.45. +0.35（OK）. 19.3. 24.9. 26.44. +1.54（NG）. 23.3. 480 {48}. 28.0. 29.97. +1.97（NG）. 28. 580 {58}. 30.8. 32.74. +1.94（NG）. 29.3. 720 {72}. 34.3. 39.74. +5.44（NG）. 32. 風壓 Pa {Kgf/m2}. m/s. 誤差值 V-V0. 貳、等值分佈圖 由表5-1無法清楚表示風速分佈情況，本研究以外插法繪製出等值風速圖 ，如圖5-1、5-2、5-3、5-4、5-5及5-6所示。圖5-1到圖5-3為造風設備變頻器頻 率在17.3Hz下1分鐘內截取到各點資料中之最大值、最小值及平均值之外插結 果，各圖中均以圖色表示風速之大小；圖5-4到5-6則是變頻器頻率在32Hz下1 分鐘內截取到各點資料中之最大值、最小值及平均值之外插結果。. 29.
(46) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 4. Velocity: 0. 4. 8. 12. 16. 20. 24. m/s. y. 2. 0. -2. -4 -4. -2. 0 x. 2. 4. 圖 5-1 轉速 19.3Hz 下最大風速等值分佈圖. 4. Velocity: 0. 4. 8. 12. 16. 20. 24. y. 2. 0. -2. -4 -4. 30. -2. 0 x. 2. 4.
(47) 第 5 章 風速量測試驗過程與結果. 圖 5-2 轉速 19.3Hz 下最小風速等值分佈圖 Velocity: 0. 4. 4. 8. 12. 16. 20. 24. m/s. y. 2. 0. -2. -4 -4. -2. 0 x. 2. 4. 圖 5-3 轉速 19.3Hz 下平均風速等值分佈圖. 31.
(48) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 4. Velocity: 0. 6. 12. 18. 24. 30. 36. 42. 48. m/s. y. 2. 0. -2. -4 -4. -2. 0 x. 2. 4. 圖 5-4 轉速 32Hz 下最大風速等值分佈圖. 4. Velocity: 0. 6. 12. 18. 24. 30. 36. 42. 48. m/s. y. 2. 0. -2. -4 -4. -2. 0 x. 2. 4. 圖 5-5 轉速 32Hz 下最小風速等值分佈圖 32.
(49) 第 5 章 風速量測試驗過程與結果. 4. Velocity: 0. 6. 12. 18. 24. 30. 36. 42. 48. m/s. y. 2. 0. -2. -4 -4. -2. 0 x. 2. 4. 圖 5-6 轉速 32Hz 下平均風速等值分佈圖. 33.
(50) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 34.
(51) 第 5 章 風速量測試驗過程與結果. 第三節、小結 本研究經由風速計，初步之實驗數據如表5-1所示，綜合歸納可得到以下 之結論： 1、造風設備係以變頻方式驅動馬達產生風速，在1分鐘內所取得數據之 最大值與最小值差異大。 2、取點4、點5、點11及點12之各頻率下最大值加以平均，與去(95)年度試 驗結果比較，僅在頻率17.3Hz下符合規範要求，其餘各頻率下之風速 均高於規範之誤差標準，試驗結果之再現性不佳，應更深入探討。 3、由風壓分佈圖之趨勢來看，造風設備產生之風速在接近軸心處較小， 再漸外移風速越大，但由半徑D/2處開始越往外逐漸縮小。 4、由各等值圖觀察得知，規範建議量測之點位所分佈之風速最大。. 35.
(52) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 36.
(53) 第 6 章 多頻道電子式壓力掃瞄器量測過程與結果. 第六章 多頻道電子式壓力掃瞄器量測過程與結果 第一節 多頻道電子式壓力掃瞄器風壓量測過程 本實驗室之艙體大小為寬10公尺，高12公尺，擬以夾板代替帷幕牆試體 ，以方便置入電子式壓力掃瞄器（scanivale）所須之PVC管，同時規劃以每間 隔1公尺之距離埋設一PVC管，埋設面積為寬度10公尺，高6公尺之範圍內， 規劃之點位圖如圖6-1所示，圖中紅色點處為造風設備葉片軸心對應於夾板牆 面之位置，圓形代表造風設備葉片直徑所及之範圍。 本試驗進行之初，先以夾板封艙，在夾板上裝設電子式壓力掃瞄器 （scanivale）之所須之PVC管，以量測風壓。在寬10公尺的範圍內固定夾. 板，須先作背支撐，本研究以7根鍍鋅方管每根間距1.67公尺之佈設方 式作為背支撐，用寬1.67公尺、高1.2公尺、厚約1公分之夾板固定於鍍 鋅方管上，共計使用36片夾板，完成後之外觀如照片6-1所示。. 6@1M=6M. 10@1M=10M 圖 6-1 壓力量測感應器分佈點位圖. 37.
(54) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 資料來源：(本研究繪製). 夾板安裝完成後，即應鑽孔埋設連接感應器之PVC管，共計埋設77 個點位，如照6-2所示；PVC管之另一端則連接Scanivale之感應模組(如 照片6-3所示)，並連接筆記型電腦以進行壓力量測資料擷取(如照片6-4 所示)。. 38. 照片 6-1 外觀照片. 照片 6-2 PVC 孔位埋設. 照片 6-3 Scanivale 之感應模組. 照片 6-4 程式控制與資料擷取.
(55) 第 6 章 多頻道電子式壓力掃瞄器量測過程與結果. 依上述方式安裝就緒，將造風設備就定位後如照片6-5，即準備進行試驗 ，本研究擬進行之造風設備變頻器轉動頻率，與第五章之試驗過程相同，分 別以19.3 Hz、23.3 Hz、28 Hz、29.3 Hz、32Hz等五種頻率進行試驗，但由於 夾板之背支撐不足，試驗之初即產生夾板遭強風作用下之壓力破壞如照片6-6 、6-7所示，致使試驗暫停，重新修復，並對夾板進行加勁工作，加勁方式係 以訂製角鐵接合鍍鋅方管及C型鋼，並以自攻釘將夾板固定在C型鋼上，如照 片6-8所示。 夾板加經完成後即進行試驗，分別以有水架及無水架之方式進行試驗， 取得之資料與結果討論分述如后。. 照片 6-5 試體完成. 照片 6-6 下部夾板破壞. 39.
(56) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 照片 6-7 上部夾板破壞. 40. 照片 6-8 採用 C 型鋼加勁.
(57) 第 6 章 多頻道電子式壓力掃瞄器量測過程與結果. 第二節 多頻道電子式壓力掃瞄器風壓量測結果 壹、無水架時風壓分佈狀態 經上述之試驗過程後，在不同造風設備變頻器轉速下，取得各階段之風 壓值。圖6-2、6-3、6-4為轉速在19.3Hz作用下產生之平均值、最大值、均方 根值之分佈圖，其中在座標(5，2)的位置實心點處為造風設備旋轉葉片軸心對 應到試體牆面之位置，以其為圓心向外第一個圓形範圍為葉片直徑4.1公尺所 對應之範圍；最外圈則是兩倍直徑所對應之範圍。 由圖6-2顯示，在頻率19.3之作用下，受風壓平均值220 Pa以上者僅在左 下部分呈現黃色到深橘色之區域；軸心部份僅約175 Pa，其他大部份區域在 130Pa以下，甚至出現負風壓之情形。 圖6-3係將擷取到之壓力取大值，由整個色層來看，代表330 Pa風壓之橘 色部份範圍較圖6-2大。 圖6-4為風壓之均方根值，代表造風設備作用在試體上風壓之擾動狀況， 顏色越深者擾動情形越大，由照片6-2與6-4比較得知風壓越大者，其擾動情況 也越大，顯示造風設備產生之風壓呈現不穩定狀況。. 41.
(58) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 圖 6-2 造風設備轉速 19.3Hz 作用下平均風壓分佈圖（無水架） 資料來源：（本研究整理）. 圖 6-3 造風設備轉速 19.3Hz 作用下最大風壓分佈圖（無水架） 資料來源：（本研究整理） 42.
(59) 第 6 章 多頻道電子式壓力掃瞄器量測過程與結果. 圖 6-4 造風設備轉速 19.3Hz 作用下風壓均方根值分佈圖（無水架） 資料來源：（本研究整理）. 43.
(60) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 圖6-5、6-6、6-7為在無水架之情況下，造風設備變頻器轉動頻率在23.3Hz 之風壓作用下，取其平均值、最大值、均方根值之分佈圖，以圖6-5而言，最 高平均風速可達390Pa但只分佈在試體之左下部份在葉片1倍直徑與兩倍直徑 之間，軸心之位置約為200Pa左右。. 圖 6-5 造風設備轉速 23.3Hz 作用下風壓平均值分佈圖（無水架） 資料來源：（本研究整理）. 44.
(61) 第 6 章 多頻道電子式壓力掃瞄器量測過程與結果. 圖6-6乃是以取最大風壓產生之分佈圖，由此圖可知，420Pa至600Pa之風 壓主要分佈在左半部及圓分周圍局部位置，右半部份所受之最大風壓約為 100Pa左右，並產生最大壓力為0Pa，即是產生負風壓之情形。. 圖 6-6 造風設備轉速 23.3Hz 作用下風壓最大值分佈圖（無水架） 資料來源：（本研究整理）. 45.
(62) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 圖6-7為造風設備變頻器轉速23.3Hz作用下之風壓均方根值，其代表造風 設備風壓波動之情形，本實驗室變頻器驅動馬達後產生之風壓為脈動風壓， 均方根值大在可預期狀態內。但就理論而言，各點之均方根值不應有極大之 差異，但以圖6-7而言，在風壓較高之區域，有風壓變異較大之現象。. 圖 6-7 造風設備轉速 23.3Hz 作用下風壓均方根值分佈圖（無水架） 資料來源：（本研究整理）. 46.
(63) 第 6 章 多頻道電子式壓力掃瞄器量測過程與結果. 圖6-8、6-9、6-10為造風設備變頻器轉動頻率在28.0Hz之作用下產生之平 均值、最大值、均方根值之分佈圖，以圖6-8而言，最高平均風速可達550Pa 但其分佈狀態與變頻器轉動頻率在23.3Hz情況接近，軸心之位置約為300Pa左 右。. 圖 6-8 造風設備轉速 28.0Hz 作用下風壓平均值分佈圖（無水架） 資料來源：（本研究整理）. 47.
(64) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 圖6-9是試驗時間內各點產生之最大風壓所繪之分佈圖，此圖風壓主要分 佈在左半部及圓分周圍局部位置，風壓值在560Pa至750Pa間，右半部份所受 之最大風壓約為186Pa左右，局部產生之深藍色為產生負風壓之位置，主要分 佈在邊界處及葉片軸心處。. 圖 6-9 造風設備轉速 28.0Hz 作用下風壓最大值分佈圖（無水架） 資料來源：（本研究整理）. 48.
(65) 第 6 章 多頻道電子式壓力掃瞄器量測過程與結果. 圖6-10為造風設備變頻器轉速28.0Hz作用下之風壓均方根值，其趨勢與 前述幾個轉動頻率近似，主要變異較大位置在座標(2，3)附近。. 圖 6-10 造風設備轉速 28.0Hz 作用下風壓均方根值分佈圖（無水架） 資料來源：（本研究整理）. 49.
(66) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 圖6-11、6-12、6-13為造風設備變頻器轉動頻率在32.0Hz之作用下產生之 平均值、最大值、均方根值之分佈圖，在圖6-11中，最高平均風速可達880Pa 已超過規範要求之720Pa，720 Pa以上之區域主要落在x座標2m~4m，y座標 0m~2m所圍成之區域，軸心之位置0約為500Pa左右，雖然有局部位置所受壓 力在720 Pa以上，但大部份區域則是低於720Pa，負風壓產生之區域在每個不 同轉速均有雷同之現象。. 圖 6-11 造風設備轉速 32.0Hz 作用下風壓平均值分佈圖（無水架） 資料來源：（本研究整理）. 50.
(67) 第 6 章 多頻道電子式壓力掃瞄器量測過程與結果. 圖6-12是試驗時間內各點產生之最大風壓所繪之分佈圖，此圖風壓主要 分佈亦是在左半部及圓心周圍局部位置，風壓值在770Pa至1200Pa間，右半部 份所受之最大風壓約為262Pa左右，局部產生之深藍色為產生負風壓之位置， 主要分佈在右上半部及邊界處。. 圖 6-12 造風設備轉速 32.0Hz 作用下風壓最大值分佈圖（無水架） 資料來源：（本研究整理）. 51.
(68) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 圖6-13為照風設備變頻器轉速32.0Hz作用下之風壓均方根值，主要變異 較大位置在座標(2，4)處及通過軸心斜率為-1方向附近。. 圖 6-13 造風設備轉速 32.0Hz 作用下風壓均方根值分佈圖（無水架） 資料來源：（本研究整理）. 52.
(69) 第 6 章 多頻道電子式壓力掃瞄器量測過程與結果. 貳、含水架時之風壓分佈狀態 本章第貳部份係在討論不含水架時，造風設備產生之風壓吹向試體之風 壓分佈狀況，本研究為了探討水架對整個風場的影響程度，以更接近實際狀 態的方式量測風壓分佈，將水架以實際進行帷幕牆風雨試驗時之位置放置， 測得之結果分述如后。 圖6-14為造風設備轉速19.3Hz作用下風壓平均值分佈圖，風壓分佈狀況 與圖6-2（無水架轉速19.3Hz）相近，但在受風力大小時，不論是正風壓或負 風壓，於無水架的情況均較大，此點與預期相當。. 圖 6-14 造風設備轉速 19.3Hz 作用下平均風壓分佈圖（含水架） 資料來源：（本研究整理）. 53.
(70) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 圖6-15為有水架的情況下變頻器轉動頻率在19.3Hz時，以最大風速值所 繪製之分佈圖，其分佈型態與無水架時相近，但在受風力大小時則較無水架 為少。. 圖 6-15 造風設備轉速 19.3Hz 作用下風壓最大值分佈圖（含水架） 資料來源：（本研究整理）. 54.
(71) 第 6 章 多頻道電子式壓力掃瞄器量測過程與結果. 圖6-16為有水架的情況下變頻器轉動頻率在19.3Hz時整個風場之變異情 形，與無水架的情況相比較，整個試體表面風壓變異較大之處大致相近；但 在有水架的狀態下的均方根值比無水架時小很多，代表有水架的影響使試體 表面受風壓之變異較小。. 圖 6-16 造風設備轉速 19.3Hz 作用下風壓均方根值分佈圖（含水架） 資料來源：（本研究整理）. 55.
(72) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 圖6-17、6-18、6-19為造風設備變頻器轉動頻率在32.0Hz之作用下產生之 平均值、最大值、均方根值之分佈圖，圖6-17最大風壓達750Pa，但僅佔總面 積之少部份，與無水架時相比較其風壓值少了約100Pa，但兩者均在整個試體 表面的小部份面積，所以無法反映整個試體之受壓情形。. 圖 6-17 造風設備轉速 32.0Hz 作用下風壓平均值分佈圖（含水架） 資料來源：（本研究整理）. 56.
(73) 第 6 章 多頻道電子式壓力掃瞄器量測過程與結果. 圖6-18為有水架的情況下變頻器轉動頻率在32.0Hz時，以最大風速值所 繪製之分佈圖，其分佈型態與無水架時相近，但在受風力大小時則較無水架 為少。. 圖 6-18 造風設備轉速 32.0Hz 作用下風壓最大值分佈圖（含水架） 資料來源：（本研究整理）. 57.
(74) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 圖6-19為有水架的情況下變頻器轉動頻率在32.0Hz時整個風場之變異情 形，與無水架的情況相比較，整個試體表面風壓變異較大之處大致相近；但 在有水架的狀態下的均方根值比無水架時小很多，意味有水架的影響使牆面 受風壓之變異較小。. 圖 6-18 造風設備轉速 32.0Hz 作用下風壓均方根值分佈圖（含水架） 資料來源：（本研究整理）. 58.
(75) 第 6 章 多頻道電子式壓力掃瞄器量測過程與結果. 第三節、小結 以多頻道電子式壓力掃瞄器量測試體表面風壓，以77個壓力孔位，歷時2 分鐘，每個孔位約取得1萬200筆之資料，由於擷取之資料筆數太多，無法將 全部以數值方式表示，僅以前兩節所示之等值分佈圖來表示風壓分佈型態 ， 風力作用在試體表面之大小分佈情形，由各等值分佈可歸納下列幾點結論： 1、就整體而言，不論是否有水架影響，試體表面所受風壓分佈呈現非常 不均勻之現象，大壓力均出現在試體中心之左側靠下半部份，其他區 域所受之壓力則相當小，某些區域甚至產生負風壓之情形。 2、超過2倍葉片直徑（8.2m）所及之範圍，風壓值在100Pa以下，因此造 風設備之放置位置應隨著試體大小而改變，否則動態水密試驗對試體 之某些區域是偏向不保守，無法達到試驗之目的。 3、本研究以動態水密試驗規範規定之校正方法中，要求量測的四個點位 對應於試體位置之平均風壓，探討水架對風壓之影響程度，計算後得 知水架約影響風壓15%到32%之間。 4、從均方根值等值分佈圖得知，風壓愈大者其變異情況越嚴重。. 59.
(76) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 60.
(77) 第七章結論與建議. 第七章 結論與建議 第一節 結論 1、造風設備係以變頻方式驅動馬達產生風速，所取得風壓之最大值與最小值 差異大，且風壓最大值均出現在同一區域附近，即試體之左半側。 2、取點4、點5、點11及點12之各頻率下最大值加以平均，與去(95)年度試驗結 果比較，僅在頻率19.3Hz下符合規範要求，其餘各頻率下之風速均高於規 範之誤差標準，試驗結果之再現性不佳，應更深入探討。 3、以風速計量測，由風壓分佈圖之趨勢來看，造風設備產生之風速在接近軸 心處較小，再漸外移風速越大，但由半徑D/2處開始越往外逐漸縮小。 4、以電子式壓力掃瞄器量測，不論是否有水架影響，試體表面所受風壓分佈 呈現非常不均勻之現象，大壓力均出現在試體中心之左側靠下半部份，其 他區域所受之壓力則相當小，某些區域甚至產生負風壓之情形。 5、超過 2 倍葉片直徑（8.2m）所及之範圍，風壓值在 100Pa 以下，因此造風 設備之放置位置應隨著試體大小而改變，否則動態水密試驗對試體之某些 區域是偏向不保守，無法達到試驗之目的。 6、本研究以動態水密試驗規範規定之校正方法中，要求量測的四個點位對應 於試體位置之平均風壓，探討水架對風壓之影響程度，計算後得知水架約 影響風壓 15%到 32%之間。. 61.
(78) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 第二節 建議 1、水架對造風設備產生之風壓造成一定程度之影響，應改良水架之構造以減 少受阻面積，或調高造風設備變頻器之轉速，以達規範要求之。 2、造風設備產生之風壓作用在試體表面呈現相當不均勻的現象，且主要受力 範圍在 1 倍的葉片直徑到 2 倍葉片直徑間的範圍，因此，本研究建議若試 體面積大於 6m*6m 的範圍，應改變造風設備之位置，進行試驗，以真實反 應試驗抗漏水之能力。 3、電子式壓力掃瞄器是以 PVC 管作為壓力之傳遞媒介，由於本研究試體為寬 10m 高 6m 之夾板，為將 PVC 管匯集到感應器，使用之 PVC 管超過 5 公尺以 上，PVC 管之長度太長無法真實反應風場之紊亂程度，建議未來相關試驗 應規劃妥試 PVC 管之配置路徑，以反應真實之風場狀態。. 62.
(79) 期中期末簡報紀錄與回應. 期中簡報會議紀錄與回應. 內政部建築研究所 96 年度研究計畫「高層建築氣彈模型反應特性研究」 、「帷幕牆風雨試驗檢測發展策略之研究」、「帷幕牆動態水密試驗校驗方 法之驗證」等研究案期中審查會議紀錄 一、日 期：96 年 8 月 31 日（星期五）下午 2 時 30 分 二、地 點：本所簡報室 三、主 持 人：王組長榮進 四、記 錄：蔡宜中、郭建源、黎益肇 審查意見回應對照表 審查委員. 審查意見. 回應. 林教授文賢. 1.作精密動態水密性試驗測量，建 議點位應廣泛且密集，例如從中心 點到邊緣為止之數據應加以量測 ，以作為設計之參考值。. 本研究在考量人力 、時間與設備情況下 ，將儘可能埋設更多 點位。. 方教授富民. 1.本計畫針對現有風雨試驗室設 1.感謝肯定。 施作缺點探討，有助於試驗成果品 2. 本 研 究 將 於 試 驗 過程與結果注意此 質之提昇。 一問題。 2.由於風機、風機架與水架均會對 風之空間均勻度產生影響，甚而引 致時間上之變化，倘以風速量測最 大值換算為相應之風壓恐將產生 不太一致的問題。. 63.
(80) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 審查委員. 審查意見. 回應. 陳教授若華. 1.建議於文中所提到的專有名詞 1.感謝建議，將於期 末報告改補充。 如 TAF 等加註全名或說明。 2.感謝建議，並納入 2.P.12 中有關公式（2.2）的說明似 期末報告修正。 過於簡略，建議加以補強，如文中 3. 於 期 末 報 告 中 加 所提的 gi 應再說明。 入使用單位。 3.建議圖 5-1～5-6 中應加註單位。 4. 於 期 末 報 告 中 加 4.是否可檢討不同轉速下風速分 強討論。 布不均的原因，以研究改進的對策 5.感謝委員肯定。 6. 此 問 題 不 在 本 研 。 究範，未來可將發動 5.本研究對未來國內帷幕牆風雨 機外形修改，再進行 試驗之相關規範改進有重大參考 研究。 價值。 6.是否因發動機位於風扇下風側 而造成風速分布的不均勻及穩定。. 邱顧問昌平. 1.本研究之目的在驗證 CNS13973 1.感謝肯定。 之校正方法並探討噴水架及帷幕 2. 本 研 究 之 各 項 量 測設備，均於合格之 牆（及其支撐架）對風場之干擾等 校正實驗室進行校。 ，初步試驗結果尚屬良好，惟須進 一步比對分析檢討。 2.試驗之成敗繫於造風設備、及其 設置位置之良好性與正確性，所以 定期之檢視與校正皆很需要。如風 速量測之探針、記錄器、多頻道電 子式壓力掃瞄器（照片 3-6 名稱建 議使用相同文字）等皆須編號並逐 一校正，比如各個探針逐一放在同. 64.
(81) 期中期末簡報紀錄與回應. 審查委員. 審查意見. 回應. 一風速下校正或圖 5-1 之 16 個測 點，調換不同之探針後再量數次。. 黃總經理清毅. 1.建議修改水架，減少擋風面積， 1. 未 來 若 在 經 費 許 可情況下，可將水架 最好採用圓管水架。 改善以減少風阻。 2.螺旋槳應再提高５０ｃｍ，須能 2. 未 來 可 將 造 風 設 移動位置。例如移動到比較偏轉角 備改裝使其可作升 或開窗之位置。 降調整。 3.建議使用金屬板量測預期風壓 3.感謝建議，此建議 產生之撓度，來訂螺旋槳之轉速， 可 納 入 未 來 後 續 研 究中進行。 比較現行測試法之差異。. 中 華 民 國 土 木 1.帷幕牆水密試驗之研究成果，可 1.感謝委員肯定。 技 師 公 會 全 聯 做為帷幕牆施工之參考，以便施工 2.感謝委員肯定。 會 後能達到完全水密之目標。 鍾技師肇滿 2.實務上，水密試驗配合風雨試驗 之研究成果即可使帷幕牆之施工 與設計達到安全性、使用性及耐久 性等長遠目標。. 65.
(82) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 66.
(83) 期中期末簡報紀錄與回應. 期末簡報會議紀錄與回應. 內政部建築研究所 96 年度研究計畫「高層建築氣彈模型反應特性研究」 、「帷幕牆風雨試驗檢測發展策略之研究」、「帷幕牆動態水密試驗校驗方 法之驗證」等研究案期中審查會議紀錄 一、日 期：96 年 12 月 13 日（星期四）上午 9 時 30 分 二、地 點：本所簡報室 三、主 持 人：王組長榮進 四、記 錄：李台光、蔡宜中、黎益肇 審查意見回應對照表 審查委員. 審查意見. 回應. 方教授富民. 1.於報告書內容中，建請檢附期中 報告回覆意見。 2.本試驗再現性不佳似與造風機 本身對葉片阻擋有關。另外，亦應 考慮增長量測時間，以確定統計結 果之不變性。 3.風速量測與風壓量測是否相應 於同一垂直面，否則無法作有效之 比較。. 1. 期 末 審 查 意 見 回 覆將附於成果報告 中。 2.感謝建議，未來研 究將列入考慮。 3.感謝建議。. 67.
(84) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 審查委員. 審查意見. 回應. 邱顧問昌平. 1.本研究增加風速量測點位，探討 造風設備產生之風速分佈，並採多 頻道電子式壓力掃瞄器量測風壓 之分佈(考慮有無水架之影響)，所 得之觀測結果及建議事項尚佳。 2.第七章結論應多加著墨，將所得 結果與研究目的相呼應，並補充與 95 年度試驗結果之比較(在第五 章，第六章中的小結增加亦可)。 3.期末報告中，造風設備變頻器之 最 小 轉 動 頻 率 應 為 17.3HZ 或 19.3HZ，請查明後修正。. 1.感謝肯定。 2. 本 研 究 將 於 結 論 中再作補充說明。 3. 最 小 轉 動 頻 率 應 為 19.3Hz，錯誤之處 將作修正。. 蕭教授葆羲. 1.預期成果之項目均已完成，報告 內容豐富。 2.建議造風設備可以考慮做流線 型包覆，使得產生之風速較穩定， 提高試驗之準確度。. 1.感謝肯定。 2. 此問題不在本研 究範，未來可將造風 設備外形修改，再進 行研究。. 68.
(85) 期中期末簡報紀錄與回應. 審查委員. 審查意見. 回應. 中華民國結構 技師公會全聯 會 陳技師正平. 1. 本研究案提出水架對風壓影響 甚大，建議思考若水流改成由上滴 下，是否可減少水架對風壓之影響 。 2.若採用不同方式驅動造風設備 進行實驗時，是否會有相同之風壓 分佈？建議深入探討。. 1. 有 關 水 架 之 水 流 方式不在本研究範 圍內，但可另案再深 入探討。 2. 礙 於 實 驗 設 備 限 制，本研究僅能就目 前既有設備進行研 究。. 69.
(86) 帷幕牆動態水密試驗校正方法之驗證. 70.
(87) 參考書目. 參考書目. [1] 黃清毅等 金屬帷幕牆設計技術手冊之編訂 92 年 12 月 31 日 內政部建築研究所研究報告。 [2] CNS 13973/A3368 帷幕牆及其附屬門、窗與天窗動態水密性性 能試驗法 95 年 2 月 27 日 經濟部標準檢驗局。 [3] AAMA 501.1-05 Standard Test Method for Water Penetration of Windows, Curtain Walls and Doors Using Dynamic Pressure, 美國建 築製造協會 AAMA。 [4] 營建雜誌社 建築物耐風設計規範及解說 內政部 95 年 10 月 [5] CNS 14280/A3369 帷幕牆及其附屬門、窗物理性能試驗總則 95 年 2 月 27 日 經濟部標準檢驗局。 [6] CNS 13974/A3380 帷幕牆及其附屬門、窗與天窗靜態水密性性 能試驗法 95 年 2 月 27 日 經濟部標準檢驗局。 [7] AAMA 331-00 Standard Test Method for Water Penetration of Exterior Windows, Skylights, Doors, and Curtain Walls by Uniform Static Air Pressure Difference, 美國試驗及材料協會 ASTM。 [8] http://www2.tku.edu.tw/~tehx/Chinese/e-lab/unit1/3.doc. 71.
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