建築物耐風設計系統程式開發研究

建

築

物

耐

風

設

計

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統

程

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開

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建

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報

告

105

年

度

建築物耐風設計系統程式開發研究

受委託單位：國立台灣科技大學

研究主持人：陳瑞華

協同主持人：高士哲

研究助理

：羅文蔚、錢俊達、楊晉

研究期程：中華民國

105 年 2 月至 105 年 12 月

研究經費：新臺幣

106 萬 8,000 元

內政部建築研究所委託研究報告

目次

目次

表次 ... III 圖次 ... V 摘要 ... XIII 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... 2 第三節 本文章節架構 ... 3 第二章 程式資料庫之建立... 5 第一節 文字與符號資料庫 ... 5 第二節 公式資料庫 ... 9 第三節 圖片資料庫 ...15 第四節 表格資料庫 ...25 第三章 主要風力抵抗系統程式之介面建立...29 第一節 聲明介面 ...29 第二節 基本資訊輸入介面 ...31 第三節 主要風力抵抗系統程式輸入介面...49 第四節 主要風力抵抗系統程式預覽輸入介面 ...50 第五節 主要風力抵抗系統程式輸出介面...51 第四章 主要風力抵抗系統設計風力之計算...55 第一節 設計情況分類 ...55 第二節 各類設計情況計算流程圖 ...55 第五章 主要風力抵抗系統程式操作流程之展現 ...61 第一節 範例敘述 ...61 第二節 程式操作流程與結果 ...62 第六章 主要風力抵抗系統程式正確性之驗證 ...81 第一節 第一類設計情況示範例 ...81 第二節 第二類設計情況範例 ...82 第三節 第三類設計情況範例 ...87 第四節 第四類設計情況範例 ...90 第七章 局部構材及外部被覆物程式之介面建立 ...95 第一節 局部構材及外部被覆物之資訊輸入介面 ...95

第三節 局部構材及外部被覆物之輸出介面 ... 107 第八章 局部構材及外部被覆物設計風壓之計算 ... 111 第一節 局部構材及外部被覆物設計情況分類 ... 111 第二節 局部構材及外部被覆物各類設計情況計算流程 ... 111 第九章 局部構材及外部被覆物程式操作流程之展現 ... 115 第一節 範例敘述 ... 115 第二節 程式操作流程與結果 ... 117 第十章 局部構材及外部被覆物程式正確性之驗證 ... 127 第一節 高度不超過 18 公尺建築物局部構材範例 ... 127 第二節 高度超過 18 公尺建築物局部構材範例 ... 132 第十一章 程式使用手冊之建立 ... 139 第一節 程式簡介 ... 139 第二節 安裝資訊 ... 141 第三節 各頁面使用說明... 142 第四節 操作流程 ... 181 第十二章 結論與建議 ... 215 第一節 結論 ... 215 第二節 建議 ... 216 附錄一 期初審查意見及回覆 ... 219 附錄二 4 月 21 日第一次工作會議記錄 ... 223 附錄三 6 月 27 日第二次工作會議記錄 ... 225 附錄四 期中審查意見及回覆 ... 227 附錄五 9 月 2 日第三次工作會議記錄 ... 233 附錄六 專家諮詢及回覆 ... 235 附錄七 期末審查意見及回覆 ... 241 附錄八 下載同意書 ... 253

表次

表次

表2- 1 地況相關參數 ...25 表2- 2 牆之平均外風壓係數（主要風力抵抗系統用） ...25 表2- 3 屋頂之外風壓係數 Cp（主要風力抵抗系統用） ...26 表2- 4 內風壓係數 ...27 表5- 1 第一類設計情況範例基本資訊 ...61 表5- 2 當風垂直吹向 a 牆面之設計風力(第一類設計情況) ...71 表5- 3 當風垂直吹向 b 牆面之設計風力(第一類設計情況) ...72 表5- 4 當風垂直吹向 c 牆面之設計風力(第一類設計情況) ...73 表5- 5 當風垂直吹向 d 牆面之設計風力(第一類設計情況) ...74 表6- 1 第二類設計情況範例基本資訊 ...82 表6- 2 當風垂直吹向 a 牆面之設計風力(第二類設計情況) ...83 表6- 3 當風垂直吹向 b 牆面之設計風力(第二類設計情況) ...84 表6- 4 當風垂直吹向 c 牆面之設計風力(第二類設計情況) ...85 表6- 5 當風垂直吹向 d 牆面之設計風力(第二類設計情況) ...86 表6- 6 第三類設計情況範例基本資訊 ...87 表6- 7 當風垂直吹向 a 牆面之設計風力(第三類設計情況)...88 表6- 8 當風垂直吹向 b 牆面之設計風力(第三類設計情況) ...88 表6- 9 當風垂直吹向 c 牆面之設計風力(第三類設計情況) ...89 表6- 10 當風垂直吹向 d 牆面之設計風力(第三類設計情況) ...89 表6- 11 第四類設計情況範例基本資訊 ...90 表6- 12 當風垂直吹向 a 牆面之設計風力(第四類設計情況) ...91 表6- 13 當風垂直吹向 b 牆面之設計風力(第四類設計情況) ...92 表6- 14 當風垂直吹向 c 牆面之設計風力(第四類設計情況) ...93 表6- 15 當風垂直吹向 d 牆面之設計風力(第四類設計情況) ...94 表9- 1「高度超過 18 公尺封閉式或部分封閉式建築物」示範例基本資訊敘述 ... 115 表9- 2 a 牆面玻璃帷幕牆單元與繫件之最大設計正負風壓 (局例 2) ... 123 表9- 3 a 牆面上方女兒牆正面看板與繫件之最大設計正負風壓 (局例 2)... 123 表10- 1 高度不超過 18 公尺建築物局部構材範例基本資訊 ... 127 表10- 2 外牆與屋頂外風壓係數 ... 130 表10- 3 金屬浪板之最大設計正負風壓(局例 1) ... 131 表10- 4 繫件之最大設計正負風壓(局例 1) ... 131 表10- 5 高度超過 18 公尺建築物局部構材範例基本資訊 ... 132 表10- 6 外牆外風壓係數 ... 135 表10- 7 a 牆面上方女兒牆正面看板與繫件最大設計正負風壓 (局例 2) ... 136 表10- 8 a 牆面玻璃帷幕牆單元與繫件之最大設計正負風壓 (局例 2) ... 137

... 181 表11- 2 當風垂直吹向 a 牆面之設計風力 ... 192 表11- 3 當風垂直吹向 b 牆面之設計風力 ... 193 表11- 4 當風垂直吹向 c 牆面之設計風力 ... 194 表11- 5 當風垂直吹向 d 牆面之設計風力 ... 195 表11- 6 AB 牆面玻璃帷幕牆單元與繫件之最大設計正負風壓 ... 208 表11- 7 AB 牆面上方女兒牆正面看板與繫件之最大設計正負風壓 ... 209

圖次

圖次

圖1- 1 程式架構圖 ... 4 圖2- 1 地況 A 示意圖 ...15 圖2- 2 地況 B 示意圖 ...16 圖2- 3 地況 C 示意圖 ...16 圖2- 4 懸崖三維示意圖 ...17 圖2- 5 山丘三維示意圖 ...17 圖2- 6 山脊三維示意圖 ...18 圖2- 7 懸崖二維示意圖 ...18 圖2- 8 山脊及山丘二維示意圖 ...19 圖2- 9 外牆外風壓係數（h≦18 m 封閉式或部分封閉式建築物之局部構材及外 部被覆物） ...20 圖2- 10 θ≦7°屋頂外風壓係數（h≦18 m 封閉式或部分封閉式建築物之局部構 材及外部被覆物） ...21 圖2- 11 7°＜θ≦27°屋頂外風壓係數（h≦18 m 封閉式或部分封閉式建築物之局 部構材及外部被覆物） ...22 圖2- 12 27°＜θ≦45°屋頂外風壓係數（h≦18 m 封閉式或部分封閉式建築物之 局部構材及外部被覆物） ...23 圖2- 13 外牆與屋頂外風壓係數（h＞18 m 封閉式或部份封閉式建築物之局部構 材及外部被覆物） ...24 圖3-1 程式首頁 ...29 圖3-2「適用範圍」頁面 ...30 圖3-3「法律聲明」頁面 ...30 圖3-4「本程式流程圖」頁面 ...31 圖3-5「本程式流程圖」頁面之「建立新檔或開啟舊檔」選擇視窗 ...31 圖3-6「建築物水平尺寸」頁面 ...32 圖3-7「建築物水平尺寸」輸入錯誤之警告視窗 ...32 圖3-8「建築物水平尺寸」頁面之「離開」選擇視窗 ...33 圖3-9「建築物水平尺寸」頁面之「存檔」選擇視窗 ...33 圖3-10「樓層資訊」頁面 ...34 圖3-11「樓層資訊」頁面之樓層高(相同)列表 ...34 圖3-12「樓層資訊」頁面之樓層高(相異)列表 ...35 圖3-13「屋頂資訊」頁面 ...35 圖3-14「屋頂資訊」頁面之平屋頂(無女兒牆)輸入 ...36 圖3-15「屋頂資訊」頁面之平屋頂(有女兒牆)輸入 ...36 圖3-16「屋頂資訊」頁面之斜屋頂輸入 ...37 圖3-17「用途係數」頁面 ...37

圖3-19「用途係數」頁面之說明按鈕(I=1.0) ...38 圖3-20「用途係數」頁面之說明按鈕(I=1.1) ...39 圖3-21「用途係數」頁面之說明按鈕(I=0.9) ...39 圖3-22「開口面積」頁面 ...40 圖3-23「開口面積」頁面之說明按鈕 ...40 圖3-24「開口面積」頁面之「輸入錯誤」警告視窗 ...41 圖3-25「基本設計風速」頁面 ...41 圖3-26「基本設計風速」頁面之說明按鈕 ...42 圖3-27「地況」頁面 ...42 圖3-28「地況」頁面之地況 A ...43 圖3-29「地況」頁面之地況 B ...43 圖3-30「地況」頁面之地況 C ...43 圖3-31「地況」頁面之說明按鈕 ...44 圖3-32「地形」頁面 ...44 圖3-33「地形」頁面之無特殊地形 ...45 圖3-34「地形」頁面之山丘...45 圖3-35「地形」頁面之山脊...46 圖3-36「地形」頁面之懸崖...46 圖3-37「地形」頁面之山丘參數輸入 ...47 圖3-38「地形」頁面之山脊參數輸入 ...47 圖3-39「地形」頁面之懸崖參數輸入 ...47 圖3-40「地形」頁面之說明按鈕 ...48 圖3-41「選擇設計對象」頁面 ...48 圖3-42「基本自然頻率」頁面 ...49 圖3-43「基本自然頻率」頁面之說明按鈕 ...49 圖3-44「阻尼比」頁面 ...50 圖3-45「阻尼比」頁面之說明按鈕 ...50 圖3-46「預覽輸入」頁面 ...51 圖3-47「預覽風力風壓檔」頁面 ...51 圖3-48 「預覽風力風壓檔」頁面之「另存風壓計算報告」選擇視窗...52 圖3-49 「預覽風力風壓檔」頁面之「是否選擇其他設計對象」選擇視窗 ...52 圖3-50「預覽風力風壓檔」頁面之「是否要離開本程式」選擇視窗 ...53 圖4- 1 第一類設計情況計算流程...56

圖次 圖5-3 執行步驟三之結果 ...63 圖5-4 執行步驟四之結果 ...64 圖5-5 執行步驟五之結果 ...64 圖5-6 執行步驟六之結果 ...65 圖5-7 執行步驟七之結果 ...65 圖5-8 執行步驟八之結果 ...66 圖5-9 執行步驟九之結果 ...66 圖5-10 執行步驟十之結果 ...67 圖5-11 執行步驟十一之結果 ...67 圖5-12 執行步驟十二之結果...68 圖5-13 執行步驟十三之結果...68 圖5-14 執行步驟十四之結果...69 圖5-15 執行步驟十五之結果...69 圖5-16 執行步驟十六之結果...70 圖5-17 執行步驟十七之結果...70 圖5-18 風壓計算報告(P1) ...75 圖5-19 風壓計算報告(P2) ...76 圖5-20 風壓計算報告(P6) ...77 圖5-21 風壓計算報告(設計風力表) ...78 圖5-22 風壓計算報告(五十年回歸期風力表) ...79 圖5-23 風壓計算報告(半年回歸期共振部分風力表) ...80 圖5-24「風力風壓檔數據」之運用 ...80 圖7- 1「局部構材之設計風壓列表」頁面 ...95 圖7- 2 「局部構材之資訊輸入」頁面 ...96 圖7- 3「局部構材之資訊輸入」頁面之說明按鈕 ...96 圖7- 4 外部被覆物之示意圖 ...97 圖7- 5「所在之外牆區域」頁面...97 圖7- 6「所在之外牆區域」頁面(h>18m) ...98 圖7- 7「所在之外牆區域」頁面(h≦18m) ...98 圖7- 8 「形心所在之女兒牆區域」頁面 ...99 圖7- 9 「形心所在之女兒牆區域」頁面(a 牆面) ...99 圖7- 10「形心所在之女兒牆區域」頁面(背面) ... 100 圖7- 11「形心所在之女兒牆區域」頁面(構件朝內,h>18m,女兒牆高度≧0.9m) ... 100 圖7- 12「形心所在之女兒牆區域」頁面(構件朝內,h>18m,女兒牆高度小於 0.9m) ... 101 圖7- 13「形心所在之女兒牆區域」頁面(構件朝內,h≦18m,女兒牆高度≧0.9m) ... 101

0.9m) ... 101 圖7- 15「形心所在之女兒牆區域」頁面(構件朝外) ... 102 圖7- 16「所在之屋頂區域」頁面 ... 102 圖7- 17「所在之屋頂區域」頁面(h>18m,0°<θ<10°) ... 103 圖7- 18「所在之屋頂區域」頁面(h>18m,10°≦θ≦27°) ... 103 圖7- 19「所在之屋頂區域」頁面(h>18m,27°<θ≦45°) ... 103 圖7- 20「所在之屋頂區域」頁面(h>18m,平屋頂且女兒牆高度≧0.9m) ... 104 圖7- 21「所在之屋頂區域」頁面(h>18m,平屋頂且女兒牆高度小於 0.9m) ... 104 圖7- 22「所在之屋頂區域」頁面(h≦18m,0°<θ≦7°) ... 104 圖7- 23「所在之屋頂區域」頁面(h≦18m,7°<θ≦27°) ... 105 圖7- 24「所在之屋頂區域」頁面(h≦18m,27°<θ≦45°) ... 105 圖7- 25「所在之屋頂區域」頁面(h≦18m,平屋頂且女兒牆高度≧0.9m)... 105 圖7- 26「所在之屋頂區域」頁面(h≦18m, 平屋頂且女兒牆高度小於 0.9m) .. 106 圖7- 27「局部構材之資訊輸入」頁面之修改 ... 106 圖7- 28「局部構材之資訊輸入」頁面之刪除 ... 107 圖7- 29「局部構材之資訊輸入」頁面之計算 ... 107 圖7- 30「局部構材之資訊輸入」頁面之「是否存取風壓計算報告」選擇視窗 ... 108 圖7- 31「局部構材之資訊輸入」頁面之「是否要選擇其他設計對象」選擇視窗 ... 108 圖7- 32「局部構材之資訊輸入」頁面之「是否要離開本程式」選擇視窗 ... 109 圖8-1 高度不超過18 公尺封閉式或部分封閉式建築物之局部構材及外部被覆 耐風設計流程圖 ... 112 圖8-2 高度超過 18 公尺封閉式或部分封閉式建築物之局部構材及外部被覆耐 風設計流程圖 ... 113 圖9-1 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 116 圖9-2 執行步驟十三之結果 ... 117 圖9-3 執行步驟十四之結果 ... 118 圖9-4 執行步驟十五之結果 ... 118 圖9-5 執行步驟十五之結果 ... 119 圖9-6 執行步驟十六之結果 ... 119 圖9-7 執行步驟十七之一之結果 ... 120 圖9-8 執行步驟十七之二之結果 ... 120

圖次 圖9-15 風壓計算報告(P1) ... 124 圖9-16 風壓計算報告(設計風壓表) ... 124 圖9-17 風壓計算報告(女兒牆看板) ... 125 圖9-18 風壓計算報告(玻璃帷幕牆) ... 126 圖10- 1 廠房建築物示意圖 (單位:m) ... 128 圖10- 2 規範圖 3.1(a)外牆分區示意圖 ... 130 圖10- 3 規範圖 3.1(b)屋頂分區示意圖 ... 130 圖10- 4 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 ... 133 圖10- 5 規範圖 3.2 外牆分區示意圖 ... 135 圖11-1 程式架構圖 ... 140 圖11-2 程式首頁 ... 142 圖11-3「適用範圍」頁面... 142 圖11-4「法律聲明」頁面... 143 圖11-5「本程式流程圖」頁面 ... 143 圖11-6「本程式流程圖」頁面之「建立新檔或開啟舊檔」選擇視窗 ... 144 圖11-7「建築物水平尺寸」頁面 ... 144 圖11-8「建築物水平尺寸」輸入錯誤之警告視窗 ... 145 圖11-9「建築物水平尺寸」頁面之「離開」選擇視窗 ... 145 圖11-10「建築物水平尺寸」頁面之「存檔」選擇視窗 ... 146 圖11-11「樓層資訊」頁面 ... 146 圖11-12「樓層資訊」頁面之樓層高(相同)列表 ... 147 圖11-13「樓層資訊」頁面之樓層高(相異)列表 ... 147 圖11-14「屋頂資訊」頁面 ... 148 圖11-15「屋頂資訊」頁面之平屋頂(無女兒牆)輸入 ... 148 圖11-16「屋頂資訊」頁面之平屋頂(有女兒牆)輸入 ... 149 圖11-17「屋頂資訊」頁面之斜屋頂輸入... 149 圖11-18「用途係數」頁面 ... 150 圖11-19「用途係數」頁面之說明按鈕 ... 150 圖11-20「用途係數」頁面之說明按鈕(I=1.0) ... 151 圖11-21「用途係數」頁面之說明按鈕(I=1.1) ... 151 圖11-22「用途係數」頁面之說明按鈕(I=0.9) ... 152 圖11-23「開口面積」之頁面 ... 152 圖11-24「開口面積」頁面之說明按鈕 ... 153 圖11-25「開口面積」頁面之「輸入錯誤」警告視窗 ... 153 圖11-26「基本設計風速」之頁面 ... 154 圖11-27「基本設計風速」頁面之說明按鈕 ... 154 圖11-28「地況」頁面 ... 155

圖11-30「地況」頁面之地況 B ... 156 圖11-31「地況」頁面之地況 C ... 156 圖11-32「地況」頁面之說明按鈕 ... 157 圖11-33「地形」之頁面 ... 157 圖11-34「地形」頁面之無特殊地形 ... 158 圖11-35「地形」頁面之山丘 ... 158 圖11-36「地形」頁面之山脊 ... 159 圖11-37「地形」頁面之懸崖 ... 159 圖11-38「地形」頁面之山丘參數輸入 ... 160 圖11-39「地形」頁面之山脊參數輸入 ... 160 圖11-40「地形」頁面之懸崖參數輸入 ... 160 圖11-41「地形」頁面之說明按鈕 ... 161 圖11-42「選擇設計對象」頁面 ... 161 圖11-43「基本自然頻率」頁面 ... 162 圖11-44「基本自然頻率」頁面之說明按鈕 ... 162 圖11-45「阻尼比」頁面 ... 163 圖11-46「阻尼比」頁面之說明按鈕 ... 163 圖11-47「預覽輸入」頁面 ... 164 圖11-48「預覽風力風壓檔」之頁面 ... 164 圖11-49「另存風壓計算報告」之選擇視窗 ... 165 圖11-50「是否選擇其他設計對象」之選擇視窗 ... 165 圖11-51「是否要離開本程式」之選擇視窗 ... 166 圖11-52「局部構材之設計風壓列表」頁面 ... 166 圖11-53「局部構材之資訊輸入」頁面 ... 167 圖11-54「局部構材之資訊輸入」頁面之說明按鈕 ... 167 圖11-55 外部被覆物之示意圖 ... 168 圖11-56「所在之外牆區域」頁面 ... 168 圖11-57「所在之外牆區域」頁面(H>18M) ... 169 圖11-58「所在之外牆區域」頁面(H≦18M) ... 169 圖11-59「形心所在之女兒牆區域」頁面... 170 圖11-60「形心所在之女兒牆區域」頁面(A牆面) ... 170 圖11-61「形心所在之女兒牆區域」頁面(背面) ... 171 圖11-62「形心所在之女兒牆區域」頁面(構件朝內,H>18M,女兒牆高度≧0.9M)

圖次 0.9M) ... 172 圖11-70「形心所在之女兒牆區域」頁面(構件朝外)... 173 圖11-71「所在之屋頂區域」頁面 ... 173 圖11-72「所在之屋頂區域」頁面(H>18M,0°<Θ<10°) ... 174 圖11-73「所在之屋頂區域」頁面(H>18M,10°≦Θ≦27°) ... 174 圖11-74「所在之屋頂區域」頁面(H>18M,27°<Θ≦45°) ... 174 圖11-75「所在之屋頂區域」頁面(H>18M,平屋頂且女兒牆高度≧0.9M) ... 175 圖11-76「所在之屋頂區域」頁面(H>18M,平屋頂且女兒牆高度小於 0.9M) .... 175 圖11-77「所在之屋頂區域」頁面(H≦18M,0°<Θ≦7°) ... 175 圖11-78「所在之屋頂區域」頁面(H≦18M,7°<Θ≦27°) ... 176 圖11-79「所在之屋頂區域」頁面(H≦18M,27°<Θ≦45°) ... 176 圖11-80「所在之屋頂區域」頁面(H≦18M,平屋頂且女兒牆高度≧0.9M) ... 176 圖11-81「所在之屋頂區域」頁面(H≦18M, 平屋頂且女兒牆高度小於0.9M) . 177 圖11-83「局部構材之資訊輸入」頁面之修改 ... 177 圖11-84「局部構材之資訊輸入」頁面之刪除 ... 178 圖11-85「局部構材之資訊輸入」頁面之計算 ... 178 圖11-86「局部構材之資訊輸入」頁面之「是否存取風壓計算報告」選擇視窗 ... 179 圖11-87「是否要選擇其他設計對象」之選擇視窗 ... 179 圖11-88「局部構材之資訊輸入」頁面之「是否要離開本程式」選擇視窗 ... 180 圖11-89 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 ... 182 圖11-90 執行步驟一之結果 ... 183 圖11-91 執行步驟二之結果 ... 183 圖11-92 執行步驟三之結果 ... 184 圖11-93 執行步驟四之結果 ... 184 圖11-94 執行步驟五之結果 ... 185 圖11-95 執行步驟六之結果 ... 185 圖11-96 執行步驟七之結果 ... 186 圖11-97 執行步驟八之結果 ... 186 圖11-98 執行步驟九之結果 ... 187 圖11-99 執行步驟十之結果 ... 187 圖11-100 執行步驟十一之結果 ... 188 圖11-101 執行步驟十二之結果 ... 188 圖11-102 執行步驟十三之結果 ... 189 圖11-103 執行步驟十四之結果 ... 189 圖11-104 執行步驟十五之結果 ... 190 圖11-105 執行步驟十六之結果 ... 190

圖11-107 風壓計算報告(P1) ... 196 圖11-108 風壓計算報告(P2) ... 197 圖11-109 風壓計算報告(P6) ... 198 圖11-110 風壓計算報告(設計風力表) ... 199 圖11-111 風壓計算報告(五十年回歸期風力表) ... 200 圖11-112 風壓計算報告(半年回歸期共振部分風力表) ... 201 圖11-113 執行步驟十八之一之結果 ... 202 圖11-114 執行步驟十八之二之結果 ... 202 圖11-115 執行步驟十九之結果 ... 203 圖11-116 執行步驟二十之結果 ... 203 圖11-117 執行步驟二十一之結果 ... 204 圖11-118 執行步驟二十二之結果 ... 204 圖11-119 執行步驟二十三之結果 ... 205 圖11-120 執行步驟二十四之一之結果 ... 205 圖11-121 執行步驟二十四之二之結果 ... 206 圖11-122 執行步驟二十四之三之結果 ... 206 圖11-123 執行步驟二十四之四之結果 ... 206 圖11-124 執行步驟二十五之結果 ... 207 圖11-125 執行步驟二十六之結果 ... 207 圖11-126 執行步驟二十七之結果 ... 208 圖11-127 執行步驟二十八之結果 ... 208 圖11-128 風壓計算報告(P1) ... 209 圖11-129 風壓計算報告(設計風壓表) ... 210 圖11-130 風壓計算報告(女兒牆看板) ... 211 圖11-131 風壓計算報告(玻璃帷幕牆) ... 212 圖11-132「風力風壓檔數據」之運用 ... 213

摘要

摘要

關鍵詞：耐風設計規範；設計程式；示範例 壹、研究緣起 舊版建築物耐風設計規範於民國 95 年 9 月頒佈，並自民國 96 年 1 月 1 日起 施行。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，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舊版規範之修改與增訂，筆者於民國 104 年分別在台北、台中與高雄之風工程講習會中，以示範例講解如何使用耐風設計 規範，且於民國 104 年完成建築研究所之「建築物耐風設計規範及解說技術手冊 研擬」(陳瑞華，高士哲，2015)成果報告(以下簡稱「建築物耐風設計技術手冊」)。 但為使設計者減少對規範之錯誤判斷與應用，同時能有效率執行繁複的計算流程， 實有必要針對台灣建築條件與環境，開發一套可安裝於個人電腦的建築物耐風設 計程式，供業界做為決定建築物設計風力之參考。 貳、研究方法與過程 本計畫預計針對近似規則矩形柱體建築物，發展可安裝於個人電腦之建築物 耐風設計程式，計算主要風力抵抗系統或局部構材及外部被覆物之設計風壓。在 主要風力抵抗系統部分，將根據使用者所輸入之建築物基本資料與工址風環境， 依每一可能來風方向，分別決定其設計情況，再依 104 年版規範計算構件設計、 層間變位角檢核與舒適度檢核所需之順風向、橫風向與扭轉向風力，並輸出設計 風力計算報告及各設計風力值，供設計者作主結構分析之用。在局部構材及外部 被覆物部分，將根據使用者所輸入之建築物基本資料與工址風環境，依 104 年版 規範計算局部構材及外部被覆物之設計風壓，並輸出設計風壓計算報告及各設計 風壓值，供設計者檢核局部構材或外部被覆物之強度與變形。程式開發完成後， 將根據「建築物耐風設計技術手冊」中之示範例，嚴密檢核程式輸出風力之正確 性。最後，根據上述研究成果，編著「建築物耐風設計程式使用手冊」，以示範 例逐步說明所發展程式之使用流程。 參、重要發現 本研究案的具體成果如下： (1)程式資料庫之建立 本計畫根據耐風設計規範第一章到第四章，建立程式資料庫。 (2)主要風力抵抗系統程式之介面建立

本計畫以程式資料庫為基礎發展主要風力抵抗系統程式之介面，建立人性 化之使用者輸入介面與輸出介面，適時呈現各參數對應之相關耐風設計規範條 文或流程，並檢核使用者輸入值之合理性，提供適當建議。 (3)主要風力抵抗系統設計風力之計算 本計畫以程式資料庫與「建築物耐風設計技術手冊」為基礎發展主要風力 抵抗系統設計風力之計算，依設計情況分別建立主要風力抵抗系統設計風力之 計算核心。 (4)主要風力抵抗系統程式操作流程之展現 本計畫根據「建築物耐風設計技術手冊」中範例一，展現主要風力抵抗系 統程式操作之流程。 (5)主要風力抵抗系統程式正確性之驗證 本程式根據「建築物耐風設計技術手冊」中範例，計算主要風力抵抗系統 之設計風力，其結果與「建築物耐風設計技術手冊」之結果完全相同。 (6)局部構材及外部被覆物程式之介面建立 本計畫以資料庫為基礎發展局部構材及外部被覆物程式之介面，建立人性 化之使用者輸入介面與輸出介面，適時呈現各參數對應之相關耐風設計規範條 文或流程，並檢核使用者輸入值之合理性，提供適當建議。 (7)局部構材及外部被覆物設計風壓之計算 本計畫以資料庫與「建築物耐風設計技術手冊」為基礎，發展局部構材及 外部被覆物設計風壓之計算，依設計情況分別建立局部構材及外部被覆物設計 風壓之計算核心。 (8)局部構材及外部被覆物程式操作流程之展現 本計畫以「建築物耐風設計技術手冊」中高度超過 18 公尺建築物局部構 材耐風設計為例，展現局部構材及外部被覆物程式操作之流程。

摘要 (10)程式使用手冊之建立 本計畫編撰「建築物耐風程式使用手冊」，其內容包括程式安裝資訊、程 式架構、各頁面之功能及操作流程。 (11) 本程式與其他程式之連結 使用者可將本程式 Excel 輸出檔之數據，複製到結構分析軟體(例如，

ETABS)中作後續的結構分析。若欲與 BIM 相關作業程式連結，由於不同 BIM 程

式存取所採用之IFC 檔，其格式及欄位不盡相同，使用者可依個人需求，藉由 自己設計之掛載程式或記事本程式，將本程式輸出檔中之Excel 數據轉入 IFC 檔中。 肆、主要建議事項 根據重要發現，本研究提出下列建議事項 建議一 建議將「建築物耐風設計系統程式」作全面性審慎評估後，提供業界應用：立 即可行之建議 主辦機關：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 建議審慎評估發行之法律相關問題，並準備下載同意書，包括版權說明及使用 用途之限制(例如，本程式僅供檢核根據 104 年版規範所得之設計風力，不可作 營利用途等)。另外建議出版方式為網路下載，使用者應簽署下載同意書，並輸 入使用者相關資訊，利於後續進行統計下載次數，並適時回饋交流，以提供將 來可能修正與更新之建議。 建議二 建議將出版之「建築物耐風設計系統程式」供檢核建築物設計風力，並適時推 廣：立即可行之建議 主辦機關：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 建議將出版之「建築物耐風設計系統程式」供檢核建築物設計風力。同時藉 由後續維護與管理，結合相關講習說明會或研討會適時推廣。另外，對於輸出檔 案也可適時轉換，提供結構分析軟體或BIM 相關軟體讀取。 建議三 未來應針對非本程式適用範圍之設計情況，持續修訂耐風設計規範：中長期建 議 主辦機關：內政部營建署 協辦機關：內政部建築研究所、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 建議未來考慮業界實務需求(例如屋突、雨遮、變斷面建築等)，根據國內外相 關之耐風設計規定或成熟的研究成果，持續修訂「建築物耐風設計規範」。

摘要

ABSTRACT

Keywords : Wind-resistant Design Code; Computer Program;Design Wind load The new version of “Taiwan building wind-resistant design code” (2015) has become effective since 1/1/2015.To help the engineers adopt the updated design code correctly and compute the design wind loads efficiently, this project develops a PC-based computer program determining the design wind loads for buildings with rectangular cross sections based on the 2015 code. The program is capable of computing the design wind pressures (or forces) for the major wind-resistant systems or those for components and claddings.The design scenario for each incoming wind direction is first determined based on the structural properties and the upwind terrain.The associated design flowchart is then applied to compute and output the along-wind, across-wind and torsional loads for structural designs according to the building strength and serviceability requirements.The validity of the developed program is verified by various demonstration examples.In addition, a user’s manual is established to illustrate the procedure for using the program.

The following results are derived based on this study 1.The establishment of program database

2.The establishment of program interface for the design wind pressures of MWRS 3.The flowcharts for computing design wind pressures of MWRS under various scenarios

4.The step by step display of the developed MWRS program 5.Verification of the developed MWRS program

6.The establishment of program interface for the design wind pressures of C&C 7.The flowcharts for computing design wind pressures of C&C under various scenarios

8.The step by step display of the developed C&C program 9.Verification of the developed C&C program

10. The establishment of program manual 11. Linkage with other programs

第一章 緒論

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」於民國95 年 9 月頒佈，並自民國 96 年 1 月 1 日起施行。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」，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舊版規範之修改與增訂， 筆者於民國104 年分別在台北、台中與高雄之風工程講習會中，以示範例講解 如何使用耐風設計規範，且於民國104 年完成建築研究所之「建築物耐風設計 技術手冊」但為使設計者減少對規範之錯誤判斷與應用，同時能有效率執行繁 複的計算流程，實有必要針對台灣建築條件與環境，開發一套可安裝於個人電 腦的建築物耐風設計程式，供業界做為決定建築物設計風力之參考。 貳、研究目的 本計畫預計針對近似規則矩形柱體建築物，發展耐風設計程式，以分別決 定主要風力抵抗系統與局部構材及外部被覆物之設計風力或風壓。在主要風力 抵抗系統部分，將根據使用者所輸入之建築物資料與工址風環境，依每一來風 方向，分別依規範計算構件設計、層間變位角檢核與舒適度檢核所需之順風向、 橫風向與扭轉向風力，並輸出風力檔案，供設計者作結構分析之用。在局部構 材及外部被覆物部分，將根據使用者所輸入之建築物資料與工址風環境，依規 範計算局部構材及外部被覆物之設計風壓，並輸出風壓檔案，供設計者作強度 與變形檢核之用。另外，在主要風力抵抗系統部分及局部構材及外部被覆物部 分，均將輸出設計風力計算摘要，可供納入結構計算書之用。 程式開發完成後，將根據「建築物耐風設計技術手冊」中之示範例，嚴密 檢核程式輸出風力之正確性。最後，根據上述研究成果，編著耐風設計程式使 用手冊，以示範例逐步說明程式之使用流程。

第二節

研究內容與步驟

壹、研究內容 本計畫之目標為根據 104 年版「建築物耐風設計規範」，發展建築物耐風 設計程式。本程式擬議之架構如圖1.1 如示，包含聲明介面、輸入介面、輸出 介面、預覽輸入、資料庫與計算核心。 首先建立本程式各部分所需之資料庫，再發展人性化之程式頁面。在聲明 介面中，展現程式適用範圍與法律相關資訊。在輸入介面中，適時呈現各參數 對應之定義與規範條文，以降低錯誤應用之機率;程式同步檢核使用者輸入值 之合理性，並提供適當建議。預覽輸入在程式運算前，讓使用者確認輸入資訊 是否正確。，輸出介面在程式運算後，輸出耐風設計計算摘要及設計風力檔， 供使用者檢核及後續結構設計之用。 計算核心部分，在主要風力抵抗系統風力部分，根據使用者所輸入資訊， 依每一來風方向，先判定是何種設計情況(陳瑞華，高士哲，2015)，再遵循規 範分別計算構件設計、層間變位角檢核與舒適度檢核所需之順風向、橫風向與 扭轉向風力與組合。並說明建築物層間變位角與最高居室樓層側向加速度之檢 核方式。在局部構材及外部被覆物風壓部分，根據使用者所輸入之資訊，依每 一來風方向，先判定是何種設計情況，再遵循規範第三章“局部構材及外部被 覆物之設計風壓”計算設計風壓，再從中選擇檢核強度與變形時所需之最大設 計正負風壓。 完成程式雛型後，將以示範例展現其使用流程，並檢核輸出資料之正確性。 最後，根據上述研究成果，編著「建築物耐風設計程式使用手冊」。 貳、研究方法與步驟 1.建立程式資料庫。 2.建立建築物耐風設計程式的輸入介面與輸出介面。 3.建立建築物的主要風力抵抗系統設計風力之計算程式。 4.建立建築物的局部構材及外部被覆物設計風壓之計算程式。

第一章 緒論

第三節

本文章節架構

根據上述研究內容，除本章外，本文之章節架構如下。第二章為程式資料 庫之建立，分為文字與符號資料庫、公式資料庫、圖片資料庫及表格資料庫。 第三章至第六章為主要風力抵抗系統程式之建立，分別為程式之介面建立、設 計風力之計算、操作流程之展現及正確性之驗證。第七章至第十章為局部構材 及外部被覆物程式之建立，分別為程式之介面建立、設計風力之計算、操作流 程之展現及正確性之驗證。第十一章為程式使用手冊之建立。第十二章為結論 與建議。

圖1- 1 程式架構圖 預覽輸入 輸出介面 計算核心 輸入介面 主要風力抵抗系統 之計算核心 局部構材及外部被覆物 之計算核心 主要風力抵抗系統 之結果輸出 局部構材及外部被覆物 之結果輸出 聲明 資 料 庫 資 料 庫 基本資料輸入 主要風力抵抗系統 之輸入介面 局部構材及外部被覆物 之輸入介面 主要風力抵抗系統 之預覽輸入 局部構材及外部被覆物 之預覽輸入

第二章 程式資料庫之建立

第二章 程式資料庫之建立

依據圖1- 1，本章先建立程式資料庫供各介面採用;資料庫可以分為文字與 符號資料庫、公式資料庫、圖片資料庫以及表格資料庫，將於下列第一節至第 四節分別說明。

第一節

文字與符號資料庫

本資料庫可細分為聲明資料庫、頁面名稱資料庫、按鈕名稱資料庫、說明 資料庫、專有名詞資料庫及符號資料庫。其中聲明資料庫涵蓋程式首頁、適用 範圍及法律聲明之相關文字內容;頁面名稱資料庫包括所有頁面標題內容;按鈕 名稱資料庫包括程式頁面中所有按鈕名稱之文字內容;說明資料庫包括對各頁 面之簡要操作說明以及輔助視窗之文字內容;以上資料庫之部分內容將呈現於 後續章節。而專有名詞資料庫及符號資料庫將分別介紹如下。 壹、符號資料庫 本資料庫包括本程式所使用規範條文及圖表中符號之意義及單位，如下所 示： A ： 有效受風面積； m2_。 Af ： 開放式建築物構件投影在與風向垂直之平面上之面積； m2。 Ag ： 受正值外風壓牆面總面積； m2。 Agi ： 各牆面（含屋頂，但不含 Ag）之總面積； m2。 A0 ： 受正值外風壓牆面總開口面積； m2。 A0g ： 建築物表面總開口面積； m2。 A0i ： 各牆面（含屋頂，但不含 A0）之總開口面積； m2。 Az ： 高度 z 處迎風面面積； m2。 AD ： 順風向振動引致最高樓層之尖峰加速度； m/s2。 AL ： 橫風向振動引致最高樓層之尖峰加速度； m/s2。 AT ： 扭轉振動引致最高樓層之尖峰加速度； m/s2。 a ： 外風壓區域之寬度； m。 B ： 垂直於風向之建築物水平尺寸； m。

b

： 規範式(2.19)所用之係數。 Cp ： 計算封閉式或部分封閉式建築物所受風壓所用之外風壓係數。 C'L ： 式(2.4)所用之參數。

c ： 規範式(2.10)所用之係數。 D* ： 順風向設計風力作用下，經結構分析所得建築物最高樓層順風向 之位移； m。 F ： 開放式建築物所受之設計風力；kgf。 fn ： 建築物順風向基本自然頻率；Hz。 fa ： 建築物橫風向基本自然頻率；Hz。 ft ： 建築物扭轉向基本自然頻率；Hz。 G ： 普通建築物之陣風反應因子。 Gf ： 柔性建築物之陣風反應因子。

G

： 普通建築物或柔性建築物之陣風反應因子。 (GCp) ： 計算封閉式或部分封閉式建築物局部構材及外部被覆物所受風壓 所用之外風壓係數。 (GCpi) ： 計算封閉式或部分封閉式建築物所受風壓所用之內風壓係數。 (GCpn) ： 屋頂女兒牆淨風壓係數。 g_L ： 橫風向尖峰因子。 g_T ： 扭轉向尖峰因子。 gQ ： 背景反應尖峰因子。 g_V ： 風速尖峰因子。 g_R ： 共振反應尖峰因子。 H ： 獨立山丘、山脊或懸崖之高度。 h ： 建築物之平均屋頂高度或獨立結構物之高度。當屋頂之斜角小於 10°時，以屋簷高代替之； m。 I ： 用途係數。 z I ： 紊流強度。 K1、K2與 K3：在規範表 2.3 中決 定 Kzt所用之 參數。 1

K

，

K

₂ ： 決定橫風向風力頻譜值 SL (n*)所用參數。 K(z) ： 高度 z 處風速壓地況係數。 Kzt ： 地形係數。 KT ： 計算 RTR所用參數。 L ： 平行於風向之建築物水平尺寸； m。 Lh ： 在圖 2-7 及 圖 2-8 中所用之獨立山丘、山脊或 懸崖之水平尺寸； m。 z L ： 紊流積分尺度； m。  ： 規範式(2.12)所用之係數，列於表 2.2。 MTz ： 扭轉向風力；kgf-m。 N1 ： 規範式(2.17)定義之無因次頻率。 n* ： 橫風向無因次頻率。 n1，n2 ： 決定橫風向風力頻譜值 SL (n*)所用參數。 p ： 封閉式或部分封閉式建築物所受之設計風壓；kgf/m2_。 p ： 設計建築物主要風力抵抗系統時，屋頂女兒牆之設計風壓；

第二章 程式資料庫之建立 ) ( f A z q ： 面積 Af形心高度 f A

z

處之風速壓；kgf/m2_。 R ： 共振反應因子。 RLR ： 橫風向共振因子。 RTR ： 扭轉向共振因子。 R4.5，R6 ： 分別為 U*為 4.5 與 6.0 時 之 RTR值。 RB，Rh，RL：計算規範式(2.15)所需參數，其值由規範式 (2.18)決定。 Rn ： 計算規範式(2.15)所需參數，其值由規範式(2.16)決定。 Ri ： 內風壓係數之折減係數。 S ： 決定橫風向風力頻譜值 SL (n*)所用參數。 SL (n*) ： 橫風向風力頻譜值。 U* _{： 無因次風速。} V10 (C) ： 基本設計風速； m/s。 Vh ： 高度 h 處之風速； m/s。 Vz ： 高度 z 處之風速； m/s。 V10 ： 10 公尺高處之風速； m/s。 z V ： 高度z處每小時平均風速； m/s。 Vi ： 無隔間區域之內體積； m3。 WLz ： 橫風向風力；kgf。 z ： 離地面之高度； m。 0 h

z

： 會影響正值內風壓之最高開口高度； m。 zmi n ： z之下限，列於表 2.1。 z ：等效結構高度； m。 zg ： 梯度高度（見表 2.1）； m。 α ： 相對於 10 分鐘平均風速之垂直分布法則的指 數（見表 2.1）。 β ： 結構阻尼比。 1



、



₂ ： 決定橫風向風力頻譜值 SL (n*)所用參數。 T



： 計算 RTR所用參數。  ： 規範式(2.12)所用之係數，列於表 2.1。 θ ： 屋頂之斜角。  ： 規範式(2.18a)所用參數。 貳、專有名詞資料庫 本資料庫包括本程式所用規範專有名詞，其定義如下: 基本設計風速 ，V10(C):在地況 C 之地況上，離地面 10 公尺高，相對 於 50 年回歸期之 10 分鐘平均風速，其單位為 m/s。 主要風力抵抗系統。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。 局部構材及外部被覆物 :直接承受風力的外部被覆物或構件及接受其 附近外部被覆物產生之風力，並將其傳送到主要風力抵抗系統之構

桁架等。 開放式建築物 :建築物每一方向牆面皆至少有 80％之面積為開口，也 就是對每一方向牆面皆滿足 A0≧0.8 Ag，其中， Ag 為受正值外風 壓牆面總面積， A0 為該牆面總開口面積。 部分封閉式建築物 :建築物同時滿足(1)A0 >1.10A0i，(2) A0 >0.37m2或 0.01Ag （二者取小值），(3) 0 _0.20 gi i A A _{；其中，A} 0i為各牆面（含屋 頂，不含 A0）之總開口面積，Agi為各牆面（含屋頂，不含 Ag）之 總面積。 封 閉式建築物 :建築物不符合開放式建築物或部分封閉式建築物之定 義者。 開口 :在設計風速下，建築物表面會造成內外空氣流通之開孔（包括可 能破損之外部被覆物）。 設計風壓，p:封閉式或部分封閉式建築物計算設計風力所用之等值靜 風壓，假設此風壓作用在與建築物表面垂直的方向上。 設計風力，F:開放式建築物計算設計風力所用之等值靜風力，假設此 風力與風向平行作用在構件上（風力不一定垂直於物體表面）。 普通建築物 :建築物之基本自然頻率 fn ≧1 Hz 者。 柔性建築物 :細長建築物之基本自然頻率 fn ＜1 Hz 者。 用途係數，I:此因子考慮到生命的危害及財物損失之程度，將設計風 速調高或降低。 有效受風面積，A:結構構件之有效受風面積為跨距長度與有效寬度之 乘積，用來決定(GCp)值。有效寬度不必 小 於其跨距長度的 1/3。對 外牆扣件而言，有效受風面積不得大於單一扣件之受風面積。

第二章 程式資料庫之建立

第二節

公式資料庫

本程式公式資料庫可細分為設計風力計算公式資料庫、五十年回歸期風力 計算公式資料庫、半年回歸期共振部分風力計算公式資料庫與局部構材及外部 被覆物風壓計算公式資料庫。 壹、設計風力計算公式資料庫 在設計風力計算公式資料庫下又可分為順風向風力計算公式資料庫、橫風 向風力計算公式資料庫及扭轉向風力計算公式資料庫，分別條列如下: (一)順風向風力計算公式 封閉式、部分封閉式或開放式建築物或地上獨立結構物之主要 風力抵抗系統所應承受之設計風壓 p、屋頂女兒牆設計風壓 p_p及設 計風力 F。 封閉式或部分封閉式普通建築物或地上獨立結構物之主要風力 抵抗系統所應承受之設計風壓 p，依下式計算： p = qGCp－q_i(GCpi) ... (2-1) 式中對迎風面牆，外風速壓 q 採 q(z)；對背風面牆、側牆與屋頂， 外風速壓 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，內風速壓 q_i採 q(h)；對內風壓取正值之部分封閉式建築 物，內風速壓 q_i可採 q( 0 h

z

)或 q(h)，其中， 0 h

z

為會影響正值內風壓 之最高開口高度。G 為普通建築物之陣風反應因子。Cp為外風壓係 數，依表2- 2 牆之平均外風壓係數（主要風力抵抗系統用）決定。 (GCpi)為內風壓係數，依表 2- 4 內風壓係數決定。 封閉式或部分封閉式柔性建築物或地上獨立結構物之主要風力 抵抗系統所應承受之設計風壓 p，依下式計算： p = qGf Cp－q_i(GCpi) ... (2-2) 式中，Gf 為柔性建築物之陣 風反應因子。 設計建築物主要風力抵抗系統時，屋頂女兒牆之設計風壓 p_p， 依下式計算：

p_{p = qp}(GCpn) ... (2-3) 式中，q_p為屋頂女兒牆頂端之風速壓，依規範 2.6 節之規定計算；(GCpn) 為屋頂女兒牆淨風壓係數，迎風面女兒牆取＋1.8，背風面女兒牆取－1.1。 (二)橫風向風力計算公式資料庫 當建築物近似規則矩形柱體，且h/ BL3時，得依式(2-4)計算 高度 z 處橫風向風力 WLz如下： Dz Lz W B L W 0.87 ... (2-4) 式中，W_Dz為高度 z 處順風向風力。 當建築物近似規則矩形柱體，符合3h/ BL 6且0.2L/B5 且 時，得依式(2-5)計算高度 z 處橫風向風力 WLz如 下： LR L z L Lz g R h Z A C h q W  1 1 ) ( 3 '   ... (2-5) 式中， Az為離地面高度 z 處迎風面面積；





_

_

a a L f f g 3600 ln 2 577 . 0 3600 ln 2   ) / ( 22 . 0 ) / ( 071 . 0 ) / ( 0082 . 0 3 2 ' B L B L B L CL    ； RLR為橫風向共振因子，可依下式計算之： 4 ) (   S n R L LR



其中，SL (n*)為橫 風向風力頻譜值 ，



                                       S j j j j j j j L n n n n n n n S 1 2 2 2 2 2 j 4 1 ) 0.6 (1 k 4 ) (     10 ) (f BL  V_{h a}

第二章 程式資料庫之建立 85 . 0 2 56 . 0        B L n                                                  B L B L B L B L B L B L B L 12 . 0 15 . 0 5 . 9 18 2 . 9 4 . 2 3 . 2 2 3 4 2 4 1  34 . 0 2 0.28         B L  0.85 1 k ； k₂0.02 3  B L 時，S=1； 3 B L 時，S=2 當建築物同時滿足以下各條件：(1)h/ BL4、(2)V_h/ f_a BL 8.3 時，應 進一步檢核避免在設計風速內發生渦散頻率與建築物自然頻率接近而產 生之共振及空氣動力不穩定現象，必要時應進行風洞試驗。 (三)扭轉向風力計算公式資料庫 建築物或地上獨立結構物應以合理的方法考慮風力造成的扭 矩。 當建築物近似規則矩形柱體，且h/ BL3時，得依照式(2-6)計 算高度 z 處扭轉向風力 MTz如下：  0.28( Dz) Tz BW M ... (2-6) 式中，(BWDz)為各向來風高度 z 處順風向風力與迎風面寬度乘積之 較大值，所得之設計扭矩適用於各向來風。 當建築物近似規則矩形柱體，同時滿足以下各條件：(1) 6 / 3h BL  、(2)0.2L/B5、(3)Vh (ft BL)10時，得依照式 (2.24)計算建築物離地面高度 z 處扭轉向風 力 MTz： TR T z T Tz g R h Z B A C h q M  1 1 ) ( 8 . 1 '   ... (2.7) 式中，ft為建築物扭轉向基本自然頻率，





_

_

t t T f f g 3600 ln 2 577 . 0 3600 ln 2   78 . 0 2 ' 015 . 0 0066 . 0                 B L C_T RTR為扭矩共振因子，依下式計算之：

 



2 3



2 2 2 2 2 036 . 0 B L L B L U K R BL T TR T     其中， 17 . 0 3 . 3 85 . 0 97 . 0 1 . 1 2                        B L B L B L ；U*_≦4.5 095 . 0 35 . 0 42 . 0 96 . 0 16 . 0 077 . 0 2                              B L B L B L B L ；6≦U*_≦10 14 . 0 14 . 0 1 . 9 1 . 5 6 . 3 2                              B L B L B L B L ；U*_≦4.5 2 . 0 1 . 0 26 . 0 0064 . 0 44 . 0 2 4 2                       B L B L B L ；6≦U*≦10 BL f V U t h   為無因次風速，LBL為 B 與 L 中之大值。 當 4.5＜U*_{＜6 時，R} TR值計算如下：        ) 5 . 4 ln( ) ln( 48 . 3 exp 5 . 4 6 5 . 4 U R R R R_TR KT = βT =

第二章 程式資料庫之建立 本資料庫又可分為五十年順風向風力計算公式、五十年橫風向風力及五十 年扭轉向風力。其中五十年回歸期風速所造成高度h 處之風速為𝑉_ℎ/𝐼；五十年 回歸期風速所造成不同高度之風速壓為計算設計風力所用的風速壓除以I2_；五 十年回歸期風力之計算流程與設計風力之計算流程相同。 參、半年回歸期共振部分風力計算公式資料庫 當建築物之高寬比滿足3h/ BL6，在回歸期為半年的風速作用下，高度 z 處之順風向、橫風向及扭轉向共振部分風力，可依下列計算式求得： (a) 陣風反應因子應使用僅包含共振部份之

G

_如下：         z V R z I g R g I G 7 . 1 1 7 . 1 927 . 1 (2-12) 其中，在計算 R 時，V_z用V_z



3.34I



取代，其餘部分與計算設計風力時所採用 的公式相同。 (b) 橫風向共振部份風力依式(2-13)計算。 ' 1 3 ( ) Lz L z L LR Z W q h C A g R h   (2-13) 其中，在計算R 時，_LR V_h用V_h



3.34I



取代，其餘部分與計算設計風力時所採用的 公式相同。在計算 q(h)時，q(h)為計算設計風力所用的風速壓除以(3.34I)2_。 (c) 扭轉向共振部份風力依式(2-14)計算。 ' 1 1.8 ( ) Tz T z T TR Z M q h C A B g R h   (2-14) 其中，在計算R 時，_TR Vh用Vh



3.34I



取代。在計算 q(h)時，q(h)為計算設計風 力所用的風速壓除以(3.34I)2_。

當建築物之高寬比滿足h/ BL 3，在回歸期為半年的風速作用下，高度 z 處之順風向、橫風向及扭轉向共振部分風力，可依下列計算式求得： (a) 順風向共振部分風力依規範 2.2 節之規定計算，但其中陣風反應因子應 依式規範(C4.2)計算。 (b) 橫風向共振部份風力依式(2-15)計算，WLz為回歸期半年風速作用下，依 據式(2-4)所得之 z 處高度橫風向風力。 0.84 Lz Lz W  W _(2-15) (c) 扭轉向共振部份風力依式(2-16)計算，MTz為回歸期半年風速作用下，依 據式(2-6)所得之 z 處高度扭轉向風力。 0.80 Tz Tz M  M (2-16) 肆、局部構材及外部被覆物風壓計算公式資料庫 封閉式或部分封閉式建築物之局部構材及外部被覆物所應承受 之設計風壓 p，依本節規定之公式計算。 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：

)]

(

)

)[(

(

h

GC

_p

GC

_pi

q

p





………(2-17) 式中，q(h)為平均屋頂高度h處之風速壓；(GCp)為外風壓係數，可 採 用錯誤! 找不到參照來源。 ；(GCpi)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：

第二章 程式資料庫之建立



(

_p

)

(

_pi

)



p

GC

GC

q

p





………(2-19)

第三節

圖片資料庫

本資料庫包括地況圖片、地形三維示意圖、地形二維示意圖及外風壓示意 圖，分別如下。 壹、地況圖片 當使用者在地況頁面中，針對某牆面上風處選擇地況時，程式會展現下列 圖形，供使用者參考: 圖2- 1 地況 A 示意圖 (資料來源：http://ppt.cc/03PS6)

圖2- 2 地況 B 示意圖 (資料來源：本研究團隊自行拍攝)

圖2- 3 地況 C 示意圖

第二章 程式資料庫之建立 貳、地形三維示意圖 當使用者在地形頁面中，針對某牆面上風處選擇特殊地形時，程式會展現 下列圖形，供使用者參考: 圖2- 4 懸崖三維示意圖 (資料來源：http://ppt.cc/N0laC) 圖2- 5 山丘三維示意圖 (資料來源：http://ppt.cc/JHUx9)

圖2- 6 山脊三維示意圖 (資料來源：本研究團隊自行拍攝) 參、地形二維示意圖 使用者選擇特殊地形時，需輸入額外資訊，下列示意圖供使用者在輸入時 作參考: x 0 V(z) 平地 Lh 懸崖 x 0 0 H H/2 H/2 V(z) 局部加速 (下風側) (上風側) 圖2- 7 懸崖二維示意圖 (資料來源：104 年版規範)

第二章 程式資料庫之建立 x 0 V(z) 平地 Lh x 0 0 H H/2 H/2 V(z) 局部加速 (上風側) (下風側) 山脊及山丘 圖2- 8 山脊及山丘二維示意圖 (資料來源：104 年版規範)

肆、外風壓係數示意圖 外風壓係數示意圖包括下列五組圖形，其中每一組圖形包含上下兩部分， 使用者參照圖形上半部，輸入局部構材所在位置編號;而程式依據使用者輸入 編號，藉由圖形下半部得出外風壓係數。 註：1. 當 θ≦10°時，牆之外風壓係數將可降低 10%。 2. 正值，表示壓力指向表面作用；負號則表示壓 力遠離表面作用。 3. 每個部分應依最大正負壓力設計之。 4. a：取 0.4 h 或最小寬度的 10%，兩者中較小 -4.0 -3.0 -2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0 3.0 1 0.5 2 5 10 20 50 100 ) ( 2 m A 受風面積

)

(

GC

_p

○

5

○

4

○

4 &

_○

5 a a a a h 5 5 5 5 4 4 θ

第二章 程式資料庫之建立 3 2 2 3 3 2 2 3 2 1 1 2 a a a a 註：1. θ≦7°時，若屋頂四周有高度≧0.9 m 之女兒 牆，○3區可以當○2區處理。 2. 正值，表示壓力指向表面作用；負號則表示壓 力遠離表面作用。 3. 每個部分應依最大正負壓力設計之。 4. a：取 0.4 h 或最小寬度的 10%，兩者中較小者。 但a 不能小於 0.9 m 或最小寬度的 4%。 圖2- 10 θ≦7°屋頂外風壓係數（h≦18 m 封閉式或部分封閉式建築物之局部構 材及外部被覆物） (資料來源：104 年版規範) -7.0 -6.0 -5.0 -4.0 -3.0 -2.0 -1.0 0.0 1.0 1 0.5 2 5 10 20 50 100

○

3

○

2

○

1

○

1

_○

2 &

_○

3

3 2 3 3 2 3 3 2 3 3 2 3 2 1 2 2 1 2 a a a a a a 註：1. 正值，表示壓力指向表面作用；負號則表示壓 力遠離表面作用。 2. 每個部分應依最大正負壓力設計之。 3. a：取 0.4 h 或最小寬度的 10%，兩者中較小者。 -6.0 -5.0 -4.0 -3.0 -2.0 -1.0 0.0 1.0 1 0.5 2 5 10 20 50 100

○

3

○

2

○

1

○

1

_○

2 &

_○

3

第二章 程式資料庫之建立 3 2 3 3 2 3 3 2 3 3 2 3 2 1 2 2 1 2 a a a a a a 註：1. 正值，表示壓力指向表面作用；負號則表示壓 力遠離表面作用。 2. 每個部分應依最大正負壓力設計之。 3. a：取 0.4 h 或最小寬度的 10%，兩者中較小者。 但a 不能小於 0.9 m 或最小寬度的 4%。 圖2- 12 27°＜θ≦45°屋頂外風壓係數（h≦18 m 封閉式或部分封閉式建築物之 局部構材及外部被覆物） (資料來源：104 年版規範) -4.0 -3.0 -2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0 3.0 1 0.5 2 5 10 20 50 100

○

1

_○

2 &

_○

3

○

2 &

_○

3

○

1

2a 2a 2 a 2 a 2 3 3 1 2 2 2 3 3 4 5 5 a a a a z h 屋頂 外牆 註：1. 每個部分應依最大正負壓力設計之。 2. 若有高於 0.9 m 之女兒牆圍於屋頂四周，且 θ ≦10°，則○3區可納入○2區處理。 3. 正值，表示壓力指向表面作用；負號則表示壓力遠 離表面作用。 4. a：最小寬度的 10%，但不小於 0.9 m。 5. 若 θ＞10°，則設計屋頂所用之(GC )由圖 2.9(C)或 -7.0 -6.0 -5.0 -4.0 -3.0 -2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0 1 0.5 2 5 10 20 50 100

○

4 &

_○

5

○

1

○

4

○

5

○

2

○

3

第二章 程式資料庫之建立

第四節

表格資料庫

本資料庫包括地況相關參數、牆之平均外風壓係數、屋頂之外風壓係數及 內風壓係數。 壹、地況相關參數 計算風速壓及陣風反應因子時所需要之地況相關參數如下: 表2- 1 地況相關參數 地況 α zg (m)

_b

c



(m

)



zmin (m) A 0.32 500 0.45 0.45 55 0.5 18 B 0.25 400 0.62 0.30 98 0.33 9 C 0.15 300 0.94 0.20 152 0.20 4.5 (資料來源：104 年版規範) 貳、牆之平均外風壓係數 封閉式或部分封閉式建築物之主要風力抵抗系統所應承受之設計風壓所需 要之外風壓係數如下: 表2- 2 牆之平均外風壓係數（主要風力抵抗系統用） 註：L：平行於風向之結構物水平尺寸，m B：垂直於風向之結構物水平尺寸，m G：陣風反應因子 (資料來源：104 年版規範) 所屬牆面 L/B Cp 使用的 風速壓 迎風面 所有值 0.8 q(z) 背風面 0-1 2 ≧4 -0.5 -0.3 -0.2 q(h) 側風面 所有值 -0.7 q(h) L B q(h)GCp q(h)GCp q(h)GCp q(z)GCp 風向

封閉式或部分封閉式建築物之主要風力抵抗系統中計算屋頂之外風壓係 數如下: 表2- 3 屋頂之外風壓係數 Cp（主要風力抵抗系統用） 風 向 迎風面，Cp 背風面 屋頂與水平面所夾的角度，θ(度) _所有之θ 及h/L 值 0 10~15 20 30 40 50 ≧60 垂 直 於 屋 脊 ≦0.3 -0.7 0.2 * -0.9* 0.2 0.3 0.4 0.5 0.01θ -0.7 0.5 -0.7 -0.9 -0.75 -0.2 0.3 0.5 0.01θ 1.0 -0.7 -0.9 -0.75 -0.9 0.35 0.5 0.01θ ≧1.5 -0.7 -0.9 -0.9 -0.9 -0.35 0.2 0.01θ 平 行 於 屋 脊 h/L 或 h/B≦2.5 -0.7 -0.7 h/L 或 h/B＞2.5 -0.8 -0.8 註：(1) *：設計屋頂時，0.2 和-0.9 都要用。 (2)負號，表示風壓遠離屋頂面作用。正號，表示風壓指向屋頂作用。 (3)欲求其他 θ 及 h/L 之 Cp值，可做直線內插。 (4) h：平均屋頂高度，m。當 θ＜10°時，h=屋簷高。 L：平行於風向建築物水平尺寸，m。 B：垂直於風向建築物水平尺寸，m。 (5)使用的風速壓為 q(h)。 (資料來源：104 年版規範) L h L Z h q(z)GCp q(h)GCp q(h)GCp q(h)GCp θ

第二章 程式資料庫之建立 肆、內風壓係數 封閉式或部分封閉式建築物之主要風力抵抗系統中計算內風壓係數如下: 表2- 4 內風壓係數 (GCpi) 開放式建築 0.00 部分封閉式建築 +1.146 -1.146 封閉式建築 +0.375 -0.375 註：下面兩種情況皆須分別考慮 (1) 所有牆內面之(GCpi)為正值。 (2) 所有牆內面之(GCpi)為負值。 (資料來源：104 年版規範)

第三章 主要風力抵抗系統程式之介面建立

第三章 主要風力抵抗系統程式之介面建立

本章就主要風力抵抗系統程式各介面作詳細的介紹，分別於下列第一節至 第五節，建立聲明介面、基本資訊程式輸入介面、主要風力抵抗系統程式輸入 介面、主要風力抵抗系統程式預覽輸入介面及主要風力抵抗系統程式輸出介面。 任一介面中，若輸入資訊有缺漏，或與規範假設條件不合，或非本程式適用範 圍，則會有警告視窗提醒使用者重新輸入，在本程式中稱為防呆機制。

第一節

聲明介面

本節建立聲明介面，其目的為讓使用者了解本程式之首頁、適用範圍及法 律聲明，分別介紹如下: 壹、程式首頁 本程式首頁展現程式名稱、研發單位、委託單位及版本，其內容如圖3- 1 所示。當使用者按進入_適用範圍按鈕，即進入下一個頁面。 圖3- 1 程式首頁 (資料來源：本研究整理) 貳、適用範圍 本程式適用範圍頁面展現適用建築物、程式計算依據及程式輸出，其內容 如圖3- 2 所示。

圖3- 2「適用範圍」頁面 (資料來源：本研究整理) 參、法律聲明 本頁面展現法律聲明，使用者可按回到_適用範圍按鈕回顧適用範圍。當 使用者按我已經詳閱並遵守以上規定按鈕，程式將會顯示進入_本程式流程圖 按鈕，如圖3- 3 所示。 圖3- 3「法律聲明」頁面 (資料來源：本研究整理)

第三章 主要風力抵抗系統程式之介面建立 圖3- 4「本程式流程圖」頁面 (資料來源：本研究整理) 圖3- 5「本程式流程圖」頁面之「建立新檔或開啟舊檔」選擇視窗 (資料來源：本研究整理)

第二節

基本資訊輸入介面

本介面包括建築物水平尺寸頁面、樓層資訊頁面、屋頂資訊頁面、用途係 數頁面、開口面積頁面、基本設計風速頁面、地況頁面、地形頁面及選擇設計 對象頁面。 壹、建築物水平尺寸 本頁面供使用者輸入建築物水平尺寸。使用者完成輸入 X 向水平長度及 Y 向水平長度，按繪出建築物水平尺寸按鈕，頁面於右方將展現水平尺寸示意圖， 3- 6 所示。

圖3- 6「建築物水平尺寸」頁面 (資料來源：本研究整理) 使用者若輸入文字或小於等於零的數字，則程式會跳出警告視窗如圖3- 7。 在其他頁面之類似輸入欄位，如有雷同之警告視窗，將不再贅述。 圖3- 7「建築物水平尺寸」輸入錯誤之警告視窗 (資料來源：本研究整理) 使用者若按離開按鈕或右上方 X 按鈕，則會顯示「離開」選擇視窗詢問使 用者是否要離開本程式，如圖3- 8。其他頁面如有類似視窗，將不再贅述。

第三章 主要風力抵抗系統程式之介面建立 圖3- 8「建築物水平尺寸」頁面之「離開」選擇視窗 (資料來源：本研究整理) 若按是按鈕，則會顯示「存檔」選擇視窗，詢問使用者是否將輸入數據檔存 檔，如圖3- 9。其他頁面如有類似視窗，將不再贅述。 圖3- 9「建築物水平尺寸」頁面之「存檔」選擇視窗 (資料來源：本研究整理) 參、樓層資訊 本頁面供使用者輸入樓層資訊，如圖3- 10 所示。

圖3- 10「樓層資訊」頁面 (資料來源：本研究整理) 使用者輸入樓層數，若點選樓層高相同按鈕，輸入樓層高度，按下列出建築 物樓層資訊按鈕，頁面於右方將展現建築物樓層資訊列表，如圖3- 11 所示。 圖3- 11「樓層資訊」頁面之樓層高(相同)列表 (資料來源：本研究整理) 若點選樓層高相異按鈕，頁面於右方將展現建築物樓層列表，供使用者輸入 各層樓層高度，如圖3- 12 所示。