建築物耐風設計程式之研發與應用

建築物耐風設計程式之研發與應用

內政部建築研究所委託研究報告

中華民國 100 年 12 月

PG10001-0190

建築物耐風設計程式之研發與應用

受 委 託 者：國立台灣科技大學

研 究 主 持 人：陳瑞華

共 同 主 持 人：鄭啟明

研 究 員：高士哲

兼 任 助 理：陳維志

內政部建築研究所委託研究報告

中華民國 100 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 ... III

圖次 ... V

摘要 ...IX

第一章 緒論 ... 1

第一節

計畫緣起與目的... 1

第二節

研究內容 ... 1

第三節

研究架構 ... 2

第二章 建築物耐風設計參數資料之建立 ... 5

第一節

風環境資料... 5

第二節

建築物資料 ... 11

第三章 建築物各向設計風力計算程式之建立 ... 21

第一節

順風向設計風力程式之建立 ... 21

第二節

橫風向設計風力程式之建立 ... 25

第三節

扭轉向設計風力程式之建立 ... 26

第四節

設計風力之組合公式 ... 27

第五節

層間變位角之組合公式 ... 27

第六節

建築物最高居室樓層側向加速度之組合公式27

第四章 建築物耐風設計程式輸入輸出視窗介面之建立.. 31

第一節

程式導覽之視窗 ... 31

第二節

地形資料輸入之視窗建立 ... 32

第三節

地況資料輸入之視窗建立 ... 33

第四節

建築物資料輸入之視窗建立 ... 34

第五節

結果輸出 ... 36

第五章 建築物耐風設計程式正確性之驗證 ... 47

第一節

高層建築物耐風設計例之驗證... 47

第二節

其他建築物耐風設計例之驗證... 73

第六章 建築物耐風設計程式操作手冊之建立 ... 93

第一節

程式導覽... 93

第二節

各視窗項目之功能 ... 96

第三節

操作流程之展現－以高層建築物為例... 120

第七章 結論與建議 ... 145

第一節

結論 ... 145

第二節

建議事項 ... 147

附錄一 期中簡報會議記錄與意見回覆 ... 149

附錄二 期末簡報會議記錄與意見回覆 ... 151

參考書目 ... 153

表次

表 2-1 地況相關參數………...14

表 2-2(a) 計算 K

zt

所用之 K

1

值………...14

表 2-2(b) 計算 K

zt

所用之 K

2

值………...15

表 2-2(c) 計算 K

zt

所用之 K

3

值………..16

表 2-3(a) 普通建築物設計風壓 p 及設計風力 F……...17

表 2-3(b) 柔性建築物設計風壓 p 及設計風力 F……...18

表 2-4 牆之平均外風壓係數（主要風力抵抗系統）...19

表 5-1 高層建築物在東風作用下的順風向、橫風向與

扭轉向設計風力………..75

表 5-2 女兒牆在東風作用下傳至主要風力抵抗系統的

順風向風力….………...76

表 5-3 屋突在東風作用下傳至主要風力抵抗系統的順

風向風力………...………...76

表 5-4 建築主體各層在東風作用下的橫風向風力與扭

轉向風力（半年回歸期）………..77

表 5-5 高層建築物在南風作用下的順風向、橫風向與

扭轉向設計風力………...78

表 5-6 女兒牆在南風作用下傳至主要風力抵抗系統的

順風向風力………...……...79

表 5-7 屋突在南風作用下傳至主要風力抵抗系統的順

風向風力………...………...79

表 5-8 建築主體各層在南風作用下的橫風向風力與扭

轉向風力（半年回歸期）………..80

表 5-9 15m 高度建築物的幾何尺寸和結構特性……..81

表 5-10 50m 高度建築物的幾何尺寸和結構特性……81

表 5-11 100m 高度建築物的幾何尺寸和結構特性…..82

表 5-12 15m 高度建築物之基底剪力、基底彎矩和扭矩

(程式)………..………..82

表 5-13 50m 高度建築物之基底剪力、基底彎矩和扭矩

(程式)………..……..…83

表 5-14 100m 高度建築物之基底剪力、基底彎矩和扭

矩 (程式)...83

表 5-15 15m 高度建築物之基底剪力、基底彎矩和扭矩

(手算)………...………….84

表 5-16 50m 高度建築物之基底剪力、基底彎矩和扭矩

(手算)………...…….…84

表 5-17 100m 高度建築物之基底剪力、基底彎矩和扭

矩 (手算)………..…………...…..85

表 5-18 15m 高度建築物設計風力之比較 …….……..86

表 5-19 50m 高度建築物設計風力之比較 …………...87

表 5-20 100m 高度建築物設計風力之比較 …….……87

表 5-21 不同特殊地形下建築物地形係數之比較…….88

圖次

圖 3-1 各方向設計風力之計算流程圖………...29

圖 4-1 程式撰寫流程圖………...38

圖 4-2 選擇專案範本……….…..38

圖 4-3 程式首頁視窗之建立………...39

圖 4-4 地形資料輸入視窗之建立………...39

圖 4-5 懸崖資料輸入視窗之建立………...40

圖 4-6 山脊資料輸入視窗之建立………...40

圖 4-7 山丘資料輸入視窗之建立………...41

圖 4-8 地況資料輸入視窗之建立………...41

圖 4-9 建築物尺寸輸入視窗之建立………42

圖 4-10 建築物種類輸入視窗之建立……….42

圖 4-11 建築物特性輸入視窗之建立……….43

圖 4-12 女兒牆與屋突輸入視窗之建立……….43

圖 4-13 構材設所需風力視窗之建立…………..……...44

圖 4-14 層間變位角檢核所需風力視窗之建立……….44

圖 4-15 頂層加速度檢核所需風力視窗之建立……….45

圖 5-1 建築物屋頂平面示意圖 單位（m）…………..89

圖 5-2 建築物東向與西向立面示意圖單位（m）……89

圖 5-3 建築物南向與北向立面示意圖單位（m）……89

圖 5-4 第一節案例的計算流程圖………..……….90

圖 5-5 女兒牆在西風作用下外風壓分布示意圖……...91

圖 5-6 女兒牆在東風作用下外風壓分布示意圖……...91

圖 5-7 女兒牆正面各區示意圖………...91

圖 6-1 程式操作流程………..……93

圖 6-2 程式首頁視窗………..96

圖 6-3 輸入視窗………..97

圖 6-4 建築物尺寸視窗………..99

圖 6-5 建築物種類視窗………101

圖 6-6 建築物特性視窗………102

圖 6-7 女兒牆與屋突視窗………....104

圖 6-8 建築物周邊地況與所在縣市視窗…………....105

圖 6-9 建築物周邊地形視窗………107

圖 6-10 懸崖資料輸入視窗………..109

圖 6-11 山脊資料輸入視窗………..111

圖 6-12 山丘資料輸入視窗………..……113

圖 6-13 輸出視窗………..115

圖 6-14 構材設計所需風力視窗………..……117

圖 6-15 層間變位角檢核所需風力視窗………118

圖 6-16 頂層加速度檢核所需風力視窗…………..119

圖 6-17 建築物屋頂平面示意圖 單位（m）………120

圖 6-18 建築物 X 向立面示意圖 單位（m）…...…120

圖 6-19 建築物 Y 向立面示意圖 單位（m）…...…120

圖 6-20 執行步驟一之視窗內容……….122

圖 6-21 執行步驟二之視窗內容………123

圖 6-22 執行步驟三之視窗內容………124

圖 6-23 執行步驟四之視窗內容………125

圖 6-24 執行步驟五之視窗內容………126

圖 6-25 執行步驟六之視窗內容………127

圖 6-26 執行步驟七之視窗內容………128

圖 6-27 執行步驟八之視窗內容………129

圖 6-28 執行步驟九之視窗內容………130

圖 6-29 執行步驟十之視窗內容………131

圖 6-30 執行步驟十一之視窗內容………132

圖 6-31 執行步驟十二之視窗內容………133

圖 6-32 執行步驟十三之視窗內容………134

圖 6-33 執行步驟十四之視窗內容………135

圖 6-34 執行步驟十五之視窗內容………136

圖 6-35 執行步驟十六之視窗內容………137

圖 6-36 執行步驟十七之視窗內容………138

圖 6-37 執行步驟十八之視窗內容………139

圖 6-38 執行步驟十九之視窗內容………140

圖 6-39 執行步驟二十之視窗內容………141

圖 6-40 離開主要風力抵抗系統之訊息………141

圖 6-41 離開提示訊息………142

圖 6-42 返回提示訊息………..…..142

摘要

關鍵詞：耐風設計規範；設計程式；示範例 一、研究緣起 建築技術規則建築構造編風力修訂條文暨建築物耐風設計規範自 96 年 1 月 1 日起施行，本次規範之修訂幅度甚大，雖曾舉辦多場耐風 設計規範講習會，並於 96 年完成建築構造物耐風設計之示範案例，98 年完成構造物耐風設計簡易分析法之研擬，但業界仍反映新規範之計 算流程繁複，容易發生錯誤。為使設計者能減少錯誤之判斷與應用， 實有必要針對台灣建築條件與環境，設計一套可安裝於電腦之建築物 耐風設計程式，供業界於規劃設計時參考。 二、研究方法及過程 本計劃預期將建立各項分析參數之資料庫；研擬各類建築構造物 風力、風壓設計之流程圖；發展電腦WINDOWS 系統可安裝執行之分 析程式；呈現建築物耐風設計分析示範例；提供產學業界方便可信之 耐風設計程式。 三、重要發現 本研究案的具體成果如下： (1) 建築物耐風設計參數資料之建立 本程式根據耐風設計規範第二章“建築物設計風力之計算”，分別 建立各項分析參數之資料庫，其中包括 2.3 節地況資料庫、2.4 節基本 設計風速資料庫、2.5 節建築物類別資料庫與表 2.6 地形資料庫。 (2) 建築物各向設計風力計算程式建立 針對矩形建築物，提供四個方向主要風力抵抗系統之設計風力， 以各項參數之資料庫為基礎，利用耐風設計規範中第二章 2.2 節至 2.9

節，計算主要風力抵抗系統所應承受之順風向風力；利用 2.10 節計算 計算主要風力抵抗系統所應承受之橫風向風力；利用 2.11 節計算主要 風力抵抗系統所應承受之扭轉向風力；利用 2.12 節計算由順風向風 力、橫風向風力和扭轉向風力所造成的總結構效應，提供設計者設計 構件及檢核層間變位角(耐風設計規範第四章 4.2 節) 之用。並利用 4.3 節與 4.4 節計算半年回歸期之順風向風力、橫風向風力和扭轉向風 力，提供設計者檢核最高居室樓層角隅側向振動尖峰加速度之用。 (3) 建築物耐風設計程式輸入輸出視窗介面建立 所 發 展 主 要 風 力 抵 抗 系 統 設 計 風 力 程 式 在 MICROSOFT WINDOWS 系統下執行。以資料庫與耐風設計公式為基礎，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。 (4) 建築物耐風設計程式正確性之驗證 為了證明此程式之正確性，本報告以高層建築物為案例，提供主 要風力抵抗系統之設計風力，其中包含順風向、橫風向、扭轉向、女 兒牆設計風力以及基底剪力與基底彎矩，並與 96 年完成建築物耐風設 計規範示範例研擬與解說(李玉生、陳瑞華，2007)比較，其結果相 同；再以不同高度與不同長寬比之建築物，與耐風設計規範比較基底 剪力與基底彎矩的差異，其結果相同；最後，以某一低層建築物為 例，比較在不同特殊地形下之地形係數，其結果相同。 (5) 建築物耐風設計程式操作手冊之建立 提供使用者本程式之架構及操作流程，並介紹各個視窗介面內之 功能，最後以高樓建築物為案例，說明程式整體的操作流程。 四、主要建議事項 根據研究發現，本研究針對行政檢查業務委託民間辦理處理的法

制化，提出下列具體建議。 立即可行之建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：國立台灣科技大學 為了讓使用者能快速了解本程式之操作流程，建議召開本程式之教學說明 會。 立即可行之建議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：國立台灣科技大學 建議將本報告第六章之內容，獨立成一本「建築物耐風設計成是操作手 冊」，以供使用者作參考。

ABSTRACT

Keywords:Wind-resistantDesign,ComputerProgram,Demonstration

Case

A major change has been made in Taiwan building

wind-resistant design code since 1/1/2007. To help the engineers adopt

the updated design code correctly, this project will develop a

WINDOWS-based computer program for generating design wind

loads.

Databases for design flowcharts, design parameters and code

provisions are first established. Various design wind loads are then

computed based on code provisions and users’ input. User-friendly

input and output interfaces are also developed. In addition, design

examples are provided to illustrate the procedure for running the

program and to validate the program output.

The concrete results of this study are as follows

1. To establish wind-resistant building design parameters

information.

2. To establish the building design wind formula.

3. To create wind-resistant building design program input and

output windows interface.

4.

Wind-resistant design of buildings correctness of the

verification program.

5. Building wind-resistant design manual for the establishment

of program operation.

第一章 緒論

第一節 計畫緣起與目的

壹、計畫緣起

建築技術規則建築構造編風力修訂條文暨建築物耐風設計規範自 96 年 1 月 1 日起施行，本次規範之修訂幅度甚大，雖曾舉辦多場耐風設計規範 講習會，並於 96 年完成建築構造物耐風設計之示範案例 (李玉生，陳瑞 華，鄭啟明，陳正平，曹源暉，高士哲，2007)，98 年完成構造物耐風設 計簡易分析法之研擬 (陳瑞華，鄭啟明，高士哲，李承謙，2009)，但業界 仍反映新規範之計算流程繁複，容易發生錯誤。為使設計者能減少錯誤之 判斷與應用，實有必要針對台灣建築條件與環境，設計一套可安裝於電腦 之建築物耐風設計程式，供業界於規劃設計時參考。

貳、計畫目的

本計劃擬參考上述兩計畫之研究成果及歷次專家座談與規範講習會之 意見，建立各項分析參數之資料庫、研擬各類建築構造物風力、風壓設計 之流程圖、發展電腦 WINDOWS 系統可安裝執行之分析程式、呈現建築物耐 風設計分析示範例並撰寫耐風設計程式之操作手冊，供產學業界參考。

第二節 研究內容

本計劃之目標為發展結構主要風力抵抗系統設計風力程式，所建立程 式根據使用者輸入之結構與工址資料，分別依規範計算構材設計、層間變 位角檢核與舒適度檢核所需之順風向、橫風向與扭轉向設計風力與組合， 並輸出供使用者參考。程式之輸入介面與輸出介面必須人性化，適時提示 不同名詞之定義與適用之規範條文，並檢核輸入資料之合理性。程式完成 後，以示範例展現其使用流程，並檢核輸出之正確性。

發展之主要風力抵抗系統設計風力程式在 MICROSOFT WINDOWS 系統下 執行，其架構包括輸入介面、輸出介面、資料庫及計算核心。首先將針對 「建築物耐風設計規範」所需各參數(例如設計風速、地況係數、風壓係 數、風力係數等)、設計流程圖及條文建立相應之資料庫。再發展計算核 心，使其根據規範第二章“建築物設計風力之計算”計算封閉式、部分封閉 式建築物設計風力，並展現主結構順風向、橫風向及扭轉向風力；根據規 範第四章“建築物層間變位角與最高居室樓層側向加速度之控制”計算半年 回歸期順風向、橫風向及扭轉向風力，並說明建築物層間變位角及建築物 最高居室樓層角隅側向振動加速度尖峰值之檢核方式。最後建立人性化之 使用者輸入介面輸出介面，適時呈現各參數對應之相關耐風設計規範條文 或流程，以利使用者了解其意義，降低評估錯誤之機率；並檢核使用者輸 入值之合理性，提供適當建議。 經綜合考量介面設計彈性、執行效能、程式撰寫複雜度及跨平台可能 性，本計劃以 Microsoft Visual C++ 2010 撰寫計算核心及輸入與輸出介 面。

第三節 研究架構

本文在撰寫程式中的主要架構，可分成計算核心、輸入介面與輸出介面， 針對計算核心的部分，又可以分成資料庫以及耐風設計風力之建立，分別為第 二章與第三章之敘述，再根據輸入與輸出介面，撰寫第四章之內容，並以建築 物耐風設計案例來撰寫第五章，最後第六章介紹操作手冊的說明，來告訴使用 者程式該如何使用。 根據上述研究內容，除本章外，本報告涵蓋下列章節： 第二章 建築物分析參數資料庫之建立：分別根據耐風設計規範中之2.2 節、2.3 節、2.4 節、2.5 節，來建立地況資料庫、基本設計風速資料庫、用途係 數資料庫，再根據規範中表2.6 建立地形資料庫，作為後續第三章計算 之基礎。

第三章 建築物風力、風壓設計之程式建立：針對封閉式建築物，提供主要風 力抵抗系統之設計風力，以本文第二章節所得到之各項參數之資料庫 為基礎，來計算順風向風力、橫風向風力、扭轉向風力及設計風力之 組合，針對耐風設計規範中第二章2.2 節設計風力計算式、2.7 節陣風 反應因子、2.10 節橫風向風力、2.11 節作用在建築物上之扭矩及 2.12 建築物設計風力之組合求得，再根據規範第四章4.2 節建築物容許層 間變位角與4.4 建築物最高居室樓層側向加速度之計算，來計算層間 變位角與建築物頂層加速度。 第四章 建築物耐風設計程式輸入輸出視窗介面建立：用Microsoft Visual C++ 2010 將主程式建立後，再外插輸入與輸出的介面，其中包括程式導覽 之視窗、地形資料輸入之視窗、地況資料輸入之視窗、建築物資料輸 入之視窗、結果輸出之視窗。 第五章 建築物耐風設計程式分析之驗證：首先以高層建築物為例，計算不同 風向建築主體所受之風力，其中包括順風向風力、橫風向風力、扭轉 向風力、女兒牆傳遞至主要風力抵抗系統的順風向風力、設計風力之 組合、層間變位角與最高居室樓層側向加速度。另外再以不同尺寸的 建築物為例，做正確性的分析與驗證。最後比較不同特殊地形下之地 形係數。 第六章 建築物耐風設計程式操作手冊之建立：讓使用者知道本程式之架構及 操作流程，並介紹各個視窗介面內之功能，最後再以高樓建築物為案 例，說明程式整體的操作流程。 第七章 結論與建議：統整以上各章節之重點，並針對各章節做總結。

第二章 建築物耐風設計參數資料之建立

在將耐風設計規範程式化之前，我們必須將設計規範所提供之各項 分析參數做資料之建立，基本上可以分成風環境資料以及建築物資料。 根據規範中之 2.3 節建立地況資料，根據規範中之 2.4 節建立基本設計 風速資料庫，根據耐風設計規範中之 2.5 節建立建築物類別資料，再根 據規範中表 2.6 建立地形資料。

第一節 風環境資料

在風環境資料中，又可分為地況資料庫、地形資料庫以及基本設計 風速資料庫。

壹、地況資料

風速隨距地面高度增加而遞增，與地況種類有關，依下列指數律公 式計算之：         10 10 z V Vz 0≦z≦zg 其中， Vz：高度 z 處之風速(m/sec)。 V10：10 公尺高之風速(m/sec)。 α：相對於 10 分鐘平均風速之垂直分布法則的指數，與地況種類有關， 見規範表2.1。 zg：梯度高度(m)，與地況種類有關，見規範表 2-1。 地況種類依建築物所在位置及其附近地表特性而定，分成以下三類： (一)地況 A：大城市市中心區，至少有 50%之建築物高度大於 20 公尺 格式化: 項目符號及編號

者。建築物迎風向之前方至少 800 公尺或建築物高度 10 倍 的範圍（兩者取大值）係屬此種條件下，才可使用地況 A。 (二)地況 B：大城市市郊、小市鎮或有許多像民舍高度（10~20 公尺）， 或較民舍為高之障礙物分布其間之地區者。建築物迎風向 之前方至少 500 公尺或建築物高度 10 倍的範圍（兩者取大 值）係屬此種條件下，方可使用地況B。 (三)地況 C：平坦開闊之地面或草原或海岸或湖岸地區，其零星座落之障 礙物高度小於10 公尺者。 若附近地況為介於地況 A 與地況 B 間或地況 B 與地況 C 間之過渡地 況，原則上應採用會產生較大風力之地況，但也可利用可信賴之合理分 析法，決定此一過渡地況之風速垂直分布。 然而，以上公式所需用到之地況參數資料，可依中規範表 2-1 地況 相關參數得知。

貳、地形資料

各種不同用途係數之建築物在不同地況下，離地面 z 公尺高之風速 壓 q(z)依下式計算，其單位為 kgf/m2。 q(z) = 0.06 K(z)Kzt [I V10(C)]2 式中，K(z)稱為風速壓地況係數，此值為離地面 z 公尺之風速壓與 標準風速壓（地況 C，離地面 10 公尺處）之比值，依下式計算： K(z) =_{2.774( )}2 g z z _；z＞5m

=_2.774(5₎2 g z _{；z≦5m ...(2.7)} 各種地況種類之α 值及梯度高度 zg，照規範 2.1.1 節規定，見表 2-1。 Kzt 稱為地形係數，代表在獨立山丘或山脊之上半部或懸崖近頂端 處之風速局部加速效應。若此獨立山丘、山脊或懸崖高度 H 較上風側 3.22 公里內地形高度超過兩倍以上，且 H 大於 4.5 公尺（地況 C）或 18 公尺（地況 A 或 B），且此獨立山丘、山脊或懸崖在上風側 100H 或 3.22 公里（兩者取小值）內沒有類似高度之障礙物，且 0.2 h H L  _（見表 2-2(a)），則 Kzt 可依下式計算：





2 3 2 1

1

K

K

K

K

_zt





_...(2.8) 式中，K1、K2 與 K3 分別依表 2-2(a)、2-2(b)與 2-2(c)決定。 若當地地形並不符合上述要求，可作合理假設後，再依式(2.8)計 算，或根據可信賴之試驗或文獻結果計算 Kzt。

參、基本設計風速資料

任一地點之基本設計風速 V10(C)，係假設該地點之地況種類為 C 類，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。 臺灣地區各地之基本設計風速，分為下列各區： 一、臺灣本島地區： (1)每秒四十七．五公尺區： 花蓮縣：花蓮市、吉安鄉。 屏東縣：恆春鎮、滿州鄉。 (2)每秒四十二．五公尺區： 基隆市。 格式化: 項目符號及編號 格式化: 項目符號及編號

臺北縣：貢寮鄉、雙溪鄉、坪林鄉、瑞芳鎮、平溪鄉、石碇鄉、深坑 鄉、汐止市、萬里鄉、金山鄉、石門鄉、三芝鄉、淡水鎮。 臺北市。 屏東縣：車城鄉、牡丹鄉、枋山鄉、獅子鄉、枋寮鄉、春日鄉。 宜蘭縣：南澳鄉、蘇澳鎮、冬山鄉、五結鄉、壯圍鄉、頭城鎮。 花蓮縣：玉里鎮、瑞穗鄉、豐濱鄉、光復鄉、鳳林鎮、壽豐鄉、新城 鄉、秀林鄉。 臺東縣：達仁鄉、大武鄉、太麻里鄉、長濱鄉。 (3)每秒三十七．五公尺區： 臺北縣：烏來鄉、新店市、三峽鎮、五股鄉、蘆洲市、三重市、泰山 鄉、新莊市、板橋市、中和市、永和市、土城市、樹林市、鶯歌 鎮、林口鄉、八里鄉。 桃園縣：各鄉、鎮、市。 新竹縣：新豐鄉、湖口鄉、新埔鎮、關西鎮、橫山鄉、尖石鄉。 臺中縣：和平鄉。 南投縣：信義鄉。 臺南縣：七股鄉。 臺南市。 高雄縣：林園鄉、大寮鄉、大樹鄉、燕巢鄉、大社鄉、仁武鄉、鳥松 鄉、鳳山市、橋頭鄉、岡山鎮、梓官鄉、彌陀鄉、永安鄉、茄萣 鄉、路竹鄉、湖內鄉、桃源鄉。 高雄市。 屏東縣：佳冬鄉、林邊鄉、東港鎮、新埤鄉、來義鄉、泰武鄉、萬巒 鄉、潮州鎮、竹田鄉、崁頂鄉、南州鄉、萬丹鄉、新園鄉、麟洛 鄉、瑪家鄉、內埔鄉、長治鄉、屏東市、九如鄉、鹽埔鄉、里港 鄉、高樹鄉、三地門鄉、霧臺鄉。 格式化: 項目符號及編號

宜蘭縣：大同鄉、三星鄉、員山鄉、羅東鎮、宜蘭市、礁溪鄉。 花蓮縣：富里鄉、卓溪鄉、萬榮鄉。 臺東縣：金峰鄉、卑南鄉、臺東市、東河鄉、鹿野鄉、延平鄉、關山 鎮、池上鄉、海端鄉、成功鎮。 (4)每秒三十二．五公尺區： 新竹縣：五峰鄉、北埔鄉、峨眉鄉、竹東鎮、寶山鄉、芎林鄉、竹北 市。 新竹市。 苗栗縣：各鄉、鎮、市。 臺中縣：東勢鎮、新社鄉、太平市、石岡鄉、豐原市、潭子鄉、神岡 鄉、大雅鄉、大肚鄉、龍井鄉、沙鹿鎮、梧棲鎮、清水鎮、后里鄉、 外埔鄉、大安鄉、大甲鎮。 臺中市。 彰化縣：伸港鄉、線西鄉、和美鎮。 南投縣：仁愛鄉。 雲林縣：口湖鄉、水林鄉、四湖鄉。 嘉義縣：布袋鎮、義竹鄉、鹿草鄉、太保市、六腳鄉、朴子市、東石 鄉。 臺南縣：（除七股鄉、白河鎮外）各鄉、鎮、市。 高雄縣：阿蓮鄉、田寮鄉、旗山鎮、美濃鎮、內門鄉、杉林鄉、六龜 鄉、茂林鄉、甲仙鄉、三民鄉。 (5)每秒二十七．五公尺區： 臺中縣：烏日鄉、霧峰鄉、大里市。 彰化縣：鹿港鎮、福興鄉、芳苑鄉、大城鄉、二林鎮、埔鹽鄉、竹塘 鄉、埤頭鄉、溪湖鎮、溪州鄉、二水鄉、彰化市、花壇鄉、芬園鄉、 格式化: 項目符號及編號 格式化: 項目符號及編號

秀水鄉、大村鄉、員林鎮、社頭鄉、埔心鄉、永靖鄉、田尾鄉、北斗 鎮、田中鎮。 南投縣：草屯鎮、南投市、名間鄉、中寮鄉、國姓鄉、埔里鎮、魚池 鄉。 雲林縣：麥寮鄉、臺西鄉、東勢鄉、崙背鄉、褒忠鄉、元長鄉、北港 鎮、土庫鎮、二崙鎮、西螺鎮、虎尾鎮、大埤鄉、荊桐鄉、斗六市、 斗南鎮、古坑鄉、林內鄉。 嘉義縣：新港鄉、水上鄉、溪口鄉、民雄鄉、大林鎮、梅山鄉、竹崎 鄉、中埔鄉、番路鄉、大埔鄉、阿里山鄉。 嘉義市。 臺南縣：白河鎮。 (6)每秒二十二．五公尺區： 南投縣：竹山鎮、水里鄉、集集鎮、鹿谷鄉。 二、外島地區： 金門：每秒三十五公尺。 馬祖：每秒四十二公尺。 彭佳嶼：每秒五十七公尺。 澎湖縣（各鄉、鎮）：每秒三十三公尺。 東吉島：每秒四十五公尺。 蘭嶼：每秒六十五公尺。 綠島：每秒六十五公尺。 琉球：每秒四十公尺。 格式化: 項目符號及編號 格式化: 項目符號及編號

第二節 建築物資料

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 pp 及設計風力 F，應依本節規定之公式計算，相關公式整理列於表 2-3。 壹、封閉式與部份封閉式建築物資料 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－qi(GCpi) 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)；q(z)與 q(h)依規範 2.6 節之規定計算。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 qi 採 q(h)；對內 風壓取正值之部分封閉式建築物，內風速壓 qi 可採 q(zh0)或 q(h)，其 中，

z

h0_{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，依規範 2.7 節之規定計算。Cp 為外風壓係數，依 2.8 節之規定 計算。(GCpi)為內風壓係數，依規範 2.9 節之規定計算。 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－qi(GCpi) 式中，Gf 為柔性建築物之陣風反應因子，依規範 2.7 節之規定計 算。 設計建築物主要風力抵抗系統時，屋頂女兒牆之設計風壓 pp，依下 式計算： pp = qp(GCpn) 式中，qp 為屋頂女兒牆頂端之風速壓，依規範 2.6 節之規定計算；

(GCpn) 為淨風壓係數，迎風面女兒牆取＋1.8，背風面女兒牆取－1.1。 貳、用途係數資料 一般建築物之基本設計風速係對應於 50 年回歸期，為提高重要建 築物之基本設計風速為 100 年回歸期，並降低重要性較低建築物之基本 設計風速為 25 年回歸期，訂定用途係數 I。 一、第一類建築物 風災發生後，必需維持機能以救濟大眾之重要建築物與相關之附屬 或獨立結構物，I = 1.1。 (1) 中央、直轄市及縣（市）政府、鄉鎮市（區）公所之辦公廳舍。 (2) 消防、警務及電信單位執行公務之建築物。 (3) 國中、國小學校之校舍。 (4) 教學醫院、區域醫院、署市立醫院或政府指定醫院。 (5) 發電廠、自來水廠與供電、供水直接有關之廠房與建築物。 (6) 其他經中央主管機關認定之建築物。 二、第二類建築物 儲存多量具有毒性、爆炸性等危險物品之建築物與相關之附屬或獨 立結構物，I = 1.1。 三、第三類建築物 下列供公眾使用之建築物與相關之附屬或獨立結構物，I = 1.1。 (1) 教育文化類：幼稚園；各級學校之校舍(第一類建築物之外)；集會 堂、活動中心；圖書館、資料館；博物館、美術館、展覽館；寺廟、 教堂；補習班；體育館。 (2) 衛生及社會福利類：醫院、診所（第一類建築物之外）；安養、療 養、扶養、教養場所；殯儀館。 (3) 營業類：餐廳；百貨公司、商場、超級市場、零售市場；批發量販營

業場所；展售場、觀覽場。 (4) 娛樂類：電影院、演藝場所、歌廳；舞廳、舞場、夜總會；錄影節目 播映、視聽歌唱營業場所；保齡球館。 (5) 工作類：金融證券營業交易場所之營業廳。 (6) 遊覽交通類：車站、航運站。 (7) 其他經中央主管機關指定之建築物。 一棟建築物如係混合使用，上述供公眾使用場所累計樓地板面積超 過三千平方公尺或總樓地板面積百分之二十以上時，用途係數才需用 1.1。如一棟建築物單種用途使用時，必需總樓地板面積超過一千平方公 尺，用途係數才需用 1.1。 四、第四類建築物 建築物破壞時，對人類之生命危害度小，如臨時性設施及非居住性 儲藏設施等，I = 0.9。 五、第五類建築物 其他一般建築物與相關之附屬或獨立結構物，I = 1.0。

表 2-1 地況相關參數

地況

α

z

g

(m)

b

c



(m

)



z

min

(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：摘錄自耐風設計規範 表 2-2(a) 計算Kzt所用之K1值 地況A 或 B 下之 K1 地況C 下之 K1 h L H 山脊 懸崖 山丘 山脊 懸崖 山丘 0.20 0.26 0.15 0.19 0.29 0.17 0.21 0.25 0.33 0.19 0.24 0.36 0.21 0.26 0.30 0.39 0.23 0.29 0.43 0.26 0.32 0.35 0.46 0.26 0.33 0.51 0.30 0.37 0.40 0.52 0.33 0.38 0.58 0.34 0.42 0.45 0.59 0.34 0.43 0.65 0.38 0.47 0.50 0.65 0.38 0.48 0.72 0.43 0.53 註：若 0.5 h L H ，則計算 K1時採用 0.5 h L H 。 資料來源：摘錄自耐風設計規範

表 2-2(b) 計算 Kzt所用之 K2值 K2 h Lx _{懸崖 山脊或山丘} -4.00 0.00 0.00 -3.50 0.00 0.00 -3.00 0.00 0.00 -2.50 0.00 0.00 -2.00 0.00 0.00 -1.50 0.00 0.00 -1.00 0.33 0.33 -0.50 0.67 0.67 0.00 1.00 1.00 0.50 0.88 0.67 1.00 0.75 0.33 1.50 0.63 0.00 2.00 0.50 0.00 2.50 0.38 0.00 3.00 0.25 0.00 3.50 0.13 0.00 4.00 0.00 0.00 註：若 0.5 h L H ，則計算K2時採用Lh=2H。 資料來源：摘錄自耐風設計規範

表 2-2(c) 計算Kzt所用之K3值 K3 h Lz _{山脊 懸崖 山丘} 0.00 1.00 1.00 1.00 0.10 0.74 0.78 0.67 0.20 0.55 0.61 0.45 0.30 0.41 0.47 0.30 0.40 0.30 0.37 0.20 0.50 0.22 0.29 0.14 0.60 0.17 0.22 0.09 0.70 0.12 0.17 0.06 0.80 0.09 0.14 0.04 0.90 0.07 0.11 0.03 1.00 0.05 0.08 0.02 1.50 0.01 0.02 0.00 2.00 0.00 0.00 0.00 註：若 0.5 h L H ，則計算K3時採用Lh=2H。 資料來源：摘錄自耐風設計規範

表 2-3(a) 普通建築物設計風壓p及設計風力F 普通建築物( fn ≧1 Hz ) 封閉式或部份封閉式建築物 開放式建築物 主 要風力抵抗系 統 p = qGCp－q_i(GCpi) q，q_{i ：註 1。} G ：見 2.7 節。 Cp ：見 2.8 節。 GCpi ：見 2.9 節。 屋頂女兒牆 p_p= q_p(GCpn) q_{p ：女兒牆頂端風速壓。} (GCpn) ：設計迎風面女兒牆，使用 +1.8；設計 背風面女兒牆，使用 -1.1。 h≦18 m h＞18 m 局部構件及外 部被覆物 p = q(h)[(GCp)－(GCpi)] (GCp) ：見 3.3 節。 (GCpi) ：見 2.9 節。 屋頂女兒牆 p = q_p[(GCp)－(GCpi)] q_{p ：女兒牆頂端風} 速壓。 p = q(GCp)－qi (GCpi) q，q_{i ：註 1。} (GCp) ：見 3.3 節。 (GCpi) ：見 2.9 節。 屋頂女兒牆 p = q_p[(GCp)－(GCpi)] q_{p ：女兒牆頂端風} 速壓。 F₌

(

)

f A

z

q

GCf Af Cf ：見 2.8 節。 Af ：投影在與風向垂直 之平面上的面積。 G ：見 2.7 節。 f A

z

：Af之形心高度。 資料來源：摘錄自耐風設計規範

表 2-3(b) 柔性建築物設計風壓p及設計風力F 柔性建築物( fn ＜1 Hz ) 封閉式或部份封閉式建築物 開放式建築物 主要風力抵 抗系統 p = qGf Cp－qi(GCpi) q，q_{i ：註 1。} Gf ：見 2.7 節。 Cp ：見 2.8 節。 (GCpi) ：見 2.9 節。 屋頂女兒牆 p_p= q_p(GCpn) q_{p ：女兒牆頂端風速壓。} (GCpn) ：設計迎風面女兒牆，使用 1.8；設 計背風面女兒牆，使用 -1.1。 局部構件及外 部被覆物 p = q(GCp)－qi (GCpi) q，q_{i ：註 1。} (GCp) ：見 3.3 節。 (GCpi) ：見 2.9 節。 屋頂女兒牆 p = q_p[(GCp)－(GCpi)] q_{p ：女兒牆頂端風速壓。} F₌

(

)

f A

z

q

GCf Af Cf ：見 2.8 節。 Af ：投影在與風向垂直之 平面上的面積。 G ：見 2.7 節。 f A

z

：Af之形心高度。 資料來源：摘錄自耐風設計規範 註1：q ：設計迎風面牆時，使用q(z)；設計背風面牆、側牆及屋頂時，則使用 q(h)。 q_i ：設計封閉式建築物或內風壓取負值之部份封閉式建築物時，使用 q(h)；設計內風壓取正值之部份封閉式建築物時，使用q(z_h0)，其中 z_h0為會影響正值內風壓之最高開口高度。

表 2-4 牆之平均外風壓係數（主要風力抵抗系統） 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：摘錄自耐風設計規範 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

第三章 建築物各向設計風力計算程式之建立

本章節以耐風設計規範為依據，針對封閉式與部分封閉式建築物， 提供主要風力抵抗系統之設計風力。以本文第二章節所得到之各項參數 之資料庫為基礎，來計算順風向風力、橫風向風力、扭轉向風力及設計 風力之組合。分別根據耐風設計規範中第二章 2.2 節設計風力計算式、 2.7 節陣風反應因子、2.10 節橫風向風力、2.11 節作用在建築物上之扭 矩及 2.12 建築物設計風力之組合求得各向風力。再根據規範第四章 4.2 節建築物容許層間變位角與 4.4 建築物最高居室樓層側向加速度之計 算，來提供層間變位角與建築物頂層加速度檢核之公式。

第一節 順風向設計風力程式之建立

計算建築物所受的順風向風力之步驟如下： 步驟1：計算風速壓 根據規範 2.6 節計算風速壓地況係數K(z)：

K(z) =

 2 774 . 2 _       g z z

；z＞5m

=  2 5 774 . 2 _       g z ；z≦5m 計算建築物各樓層所對應的形心高度；再依據不同地況的選定後， 可求得各層形心高度的風速壓地況係數。 根據耐風設計規範式(2.8)計算K ： zt





2 3 2 1

1

K

K

K

K

_zt





根據耐風設計規範式(2.6)計算離地面 z 公尺高度之風速壓q(z)： 給定K(z)、K 、 I 和_zt V₁₀( )C 後，根據耐風設計規範式(2.6)，計算各 層形心高度的風速壓。

根據耐風設計規範 2.2 節，需計算地面z 公尺高度之風速壓h ) (h q _： 依照上述q(z)的計算方式，可得q h ( ) 步驟2：計算陣風反應因子 先檢查建築物之順風向自然頻率 f 有無大於一，根據耐風設計規範 1.3 節n 之定義，可知建築物屬於普通建築物或柔性建築物，如果建築物屬於普通建築 物，則需要計算陣風反應因子 G ，如果建築物屬於柔性建築物，則需要計算陣 風反應因子G 。 f 計算紊流強度I ： z 給定h 和地況，計算所對應的紊流強度I 。 z 計算背景反應因子 Q ： 給定h、 h B 和地況，計算所對應的背景反應因子 Q 。 計算共振尖峰反應因子g ： _R 給定順風向自然頻率 f ，計算所對應的共振尖峰反應因子_n g 。 _R 計算高度z max(0.6h,zmin)處每小時平均風速V ： z 給定h、V₁₀( )C 和地況，計算所對應的每小時平均風速V 。 _z 計算紊流積分尺度L ： z 給定 h 和地況，計算所對應的紊流積分尺度L 。 _z 根據耐風設計規範式(2.17)計算N ： 1 1 n z z f L N V  計算R ： n





5/3 1 1 10.3 1 7.47 N N R_n   給定N ，計算₁ R 。 _n 計算R 、_h R 和_B R ： _L

當Rj Rh，4.6f h Vn z 計算所對應的R 。 h 當Rj RB，4.6f B Vn z 計算所對應的R 。 _B 當R_j R_h，15.4f L Vn z 計算所對應的R 。 _L 計算共振反應因子R： 給定R R R 、n h B R 和結構組尼比L ，計算所對應的共振反應因子R。 根據耐風設計規範式(2.9)計算普通建築物之陣風反應因子 G ：





         z V z Q I g Q I g G 7 . 1 1 7 . 1 1 927 . 1 根據耐風設計規範式(2.13)計算柔性建築物之陣風反應因子Gf： 2 2 2 2 1 1.7 1.927 1 1.7 z Q R f V z I g Q g R G g I  _{ }          其中，背景反應尖峰因子gQ 3.4和風速尖峰因子gV 3.4。 步驟3：計算外風壓係數 根據耐風設計規範表2.4 計算牆之外風壓係數C ： p 所屬牆面為迎風面Cp 0.8。 所屬牆面為背風面，先求 L B ，線性內插求得C p 步驟4：計算內風壓係數 根據耐風設計規範表2.17 決定內風壓係數(GCpi)： 步驟5：計算設計風壓

根據耐風設計規範式(2.2)計算封閉式柔性建築物之主要風力抵抗系統所應 承受之設計風壓 p ：



pi



i p fC q GC qG p  式中對迎風面牆，外風速壓 q 採 (z)q ；對背風面牆，外風速壓 q 採q(h)。對封 閉式建築物，內風速壓q 採_i q(h)。 迎風面牆的設計風壓： 根據各層形心高度的風速壓、Gf、Cp、q h 和( ) (GCpi)，使用耐風設計規範 式(2.2)，可得迎風面牆各層形心高度的設計風壓。 背風面牆的設計風壓： 根據 ( )q h 、G_f、C_p、和(GCpi)，使用耐風設計規範式(2.2)，可得背風面牆 各層形心高度的設計風壓。 各層順風向風力： 在計算各層順風向風力時須分別考慮(GCpi)的正負值，來進行下述的計 算，最後，選擇保守的結果當作建築物耐風設計的設計值。迎風面牆各層之設 計風力＝迎風面牆各層形心高度的設計風壓×對應的迎風面牆各層受風面積； 背風面牆各層之設計風力＝背風面牆各層形心高度的設計風壓×對應的背風面 牆各層受風面積。各層順風向風力＝迎風面牆各層之設計風力－背風面牆各層 之設計風力。建築物各層在風力作用下的順風向風力。 女兒牆傳至主要抵抗風力系統的順風向風力： 根據規範式(2.6)，離地面 z=hpt高度之屋頂女兒牆頂端之風速壓為qp 再利用規範式(2.3)，分別算出屋頂女兒牆之迎風面與背風面設計風壓 pp： pp=qp(GCpn) 最後，女兒牆順風向風力Fp： Fp=pp,u×AEg,p-pp,d×AWg,p

根據規範式(2.6)，離地面 z=he高度之屋頂女兒牆頂端之風速壓為qe 再利用規範式(2.2)，分別算出屋突之迎風面與背風面設計風壓 pe： pe=qGCp - qiGCpi

最後，屋突順風向風力Fe： Fe=pe,w×AEg,,e-pp,l×AWg,e

第二節 橫風向設計風力程式之建立

計算建築物所受的橫風向風力之步驟如下： 步驟1：判斷是否滿足橫風向風力計算式之使用條件 根據建築物細長比有無滿足h BL ，斷面深寬比 L B 有無介於 26 0 至 5. 之間，無因次風速Vh



fa BL



2.5，因此，須滿足以上橫風向風力計算式之 使用條件。其中，給定 h 、V₁₀( )C 和地況，計算所對應的V 。 _h 步驟2：判斷是否會產生共振及空氣動力不穩定現象 判斷h BL4且Vh8.3fa BL，根據耐風設計規範 2.10 節，判斷是否產 生共振及空氣動力不穩定現象。 步驟3：計算橫風向尖峰因子g 與L CL  RLR 1 1 ' _ 給定fa，計算所對應的橫風向尖峰因子g 。 L 計算Vh



f B 和 L B 並給定結構阻尼比a



，計算所對應的 ' ₁ 1 L LR C R   。 步驟4：計算橫風向風力 根據耐風設計規範式(2.21)，矩形斷面建築物 Z 處高度橫風向風力W ： Lz

LR L z L Lz g R h Z A C h q W  1 1 ) ( 3 ' _  根據q h 、( ) g 、_L C_L' 1 1 R_LR   和各高度處迎風面面積A ，使用耐風設計規_z 範式(2.21)，可得建築物各層的橫風向風力。

第三節 扭轉向設計風力程式之建立

計算建築物所受的扭轉向風力之步驟如下： 步驟1：判斷是否滿足扭轉向風力計算式之使用條件 根據建築物細長比有無滿足3h BL ，斷面深寬比 L B 有無介於 26 0. 至5 之間，無因次風速Vh



fa BL



2.5，因此，須滿足以上扭轉向風力計算式 之使用條件。 步驟2：計算扭轉向尖峰因子g 與T CT _ RTR 1 1 ' _ 給定 f ，計算所對應的扭轉向尖峰因子_t g 。 _T 計算U 和 L B 並給定結構阻尼比* 計算所對應的CT' 11RTR。 步驟3：計算扭轉向風力 根據耐風設計規範式(2.22)，矩形斷面建築物Z處高度扭轉向風力MTz： TR T z T Tz g R h Z B A C h q M  1 1 ) ( 8 . 1 ' _  根據q h 、 B 、( ) g 、_T C_T' 1 1R_TR   和各高度處迎風面面積A ，使用耐風設_z

計規範式(2.22)，可得建築物各層的扭轉向風力。

第四節 設計風力之組合公式

根據規範 2.12 節來進行建築物設計風力之組合。首先，需要計算建築物 在風力作用下的順風向、橫風向與扭轉向設計風力。再根據規範 2.12 節之解 說，依據其設計風力來進行結構分析。取得在風力作用下之順風向、橫風向以 及扭轉向設計風力所造成的結構效應W 、ˆD1 W 及ˆL1 W 。並計算在風力作用下之ˆT1 順 風 向 平 均 風 力 所 造 成 的 結 構 效 應 G W W_{D D} 128 . 1 1 ˆ 1 1 ， 其 中 柔 性 建 築 物 f G G  。考慮順風向與橫風向載重對於構件具有相同方向效應，可將三個風向 的動態部分結構效應以平方和開根號（SRSS）方式組合，因此在風力作用下所 造成之結構效應W 如下： 1









2 1 1 2 1 1 1 1 WD WˆD WD WˆL WˆT W     

第五節 層間變位角之組合公式

根據本文“3.4 節”，計算在風力作用下所造成的結構效應，在此即層間變 位角ISD 。 1

第六節 建築物最高居室樓層側向加速度之組合公式

計算順風向加速度 首先計算在風力作用下之順風向設計風力（50 年回歸期）所造成的建築物 最高居室樓層順風向之位移D 。根據規範式（4.1）1* ，計算在風力作用下之順風 向振動（半年回歸期）引致建築物最高居室樓層之尖峰加速度A ： D1 * 2 1 1 2 (2 ) 1.128 1 1.128 (3.34) n D D f G A G     其中，普通建築物 G G ，柔性建築物G Gf。

計算橫風向加速度 根據規範 4.3 節之解說，半年回歸期風速V0.5V10( ) / 3.34C 。用V0.5取代 ) ( 10 C V ，重複執行本文“3.2 節”，可得建築主體各層在風力作用下之橫風向風 力。 以本文“3.2 節”所計算之橫風向風力來進行結構分析。取得建築物最高居室 樓層橫風向之位移L 。根據規範 4.4 節之解說，計算在風力作用下橫風向振動*1 （半年回歸期）引致建築物最高居室樓層之尖峰加速度A ： L1 * 2 2 * 2 2 1 1 4 1 4 L a SN A  L  f  L  f 計算扭轉向加速度 根據規範 4.3 節之解說，半年回歸期風速V0.5V10( ) / 3.34C 。用V0.5取代 ) ( 10 C V ，重複執行本文“3.3 節”，可得建築主體各層在東風作用下之扭轉向風 力。 以本文“3.3 節”所計算之扭轉向風力來進行結構分析。取得建築物最高居室 樓層扭轉向之扭轉角T 。根據規範 4.4 節之解說，計算在東風作用下扭轉振動1* （半年回歸期）引致建築物最高居室樓層之尖峰加速度A ： T1 * 2 2 1 1 4 T t A T   f 計算最高居室樓層側向加速度 根據規範 4.4 節之解說，計算在風力作用下建築物角隅處之水平方向振動尖 峰加速度 1 ~ A ： 2 2 2 2 2 1 D1 L1 T1 _{4 4} L1 T1 B L A  A A A _  _LA A   

' LR R ' TR R fS G z I z V B  L  ' LR R ' TR R 圖 3-1 各方向設計風力之計算流程圖 資料來源：本研究彙整

第四章 建築物耐風設計程式輸入輸出視窗介面之建立

本章以第二章和第三章的資料庫與耐風設計公式為基礎，發展出 人機介面的視窗程式，先用 C 語言將主程式建立後，再外插輸入與輸 出的介面。本章會將輸入與輸出介面的作法做一個詳細的介紹，其中 包括第一節程式導覽之視窗、第二節地形資料輸入之視窗、第三節地 況資料輸入之視窗、第四節建築物資料輸入之視窗，最後在第五節說 明輸出結果。 本報告撰寫程式之邏輯架構如圖 4-1，依序為開始→選擇地形→ 輸入地形資料→選擇地況→建築物資料輸入→結果輸出，其中，在輸 入地形資料中，又可分成懸崖資料輸入、山脊資料輸入與山丘資料輸 入，在此視窗中，使用者會將數據打在視窗上，此時，若使用者輸入 完畢後選擇送出時，程式本身會自動產生出一個.txt 檔來存取使用者 的資料。另外，使用者在選擇地形與地況時，程式本身則會將使用者 所選擇的資訊用一個字串當作是傳入值，當主程式讀到此字串時，會 自動判別出不同地形所對應之參數。在建築物資料輸入的視窗中，有 下拉式選單供使用者選擇，每個選單內的選項，在此耐風設計程式 中，已有對應的資料庫，因此使用者在選取完畢後，輸入介面視窗也 會傳資料給主程式去做判斷與運算，等待主程式運算完後，使用者可 在結果輸出的視窗選取他所想要的答案，而在程式中，是以.txt 檔將 計算後之結果來存取，使用者點入結果輸出視窗的「按鈕」鍵後，程 式本身會自動去選取所呼應之.txt 檔「按鈕」。

第一節 程式導覽之視窗

本程式依據耐風設計規範的邏輯，來撰寫首頁程式介面，當使用 者選取「程式發展單位」的按鈕時，主畫面的視窗會呼叫「程式發展 單位」的視窗出來，告訴使用者本研究計劃名稱、計劃編號、委託單 位與執行單位，此主要畫面視窗為使用者進入主要風力抵抗系統之平

台，使用者可依據自己的需求來使用本程式，其中進入本程式之按鈕 包括「開啟舊輸入檔案」、「重新輸入」與「修改舊輸入檔案」，產生視 窗的步驟如下： 步驟一：開啟Visual Studio 2010。 步驟二：選單「檔案」→「新增」→「專案…」，然後在「新增專案」視 窗左邊「已安裝的範本」選取Visual C++ →Windows，然後在右邊的視 窗選取「Windows Forms Application」，如圖 4.2。

步驟三：指定「專案名稱」、「位置」、「方案名稱」等欄位。 步驟四：從「工具箱」拖拉「標籤」和「圖片」控制項到設計視窗上。 步驟五：從「工具箱」拖拉四個「按鈕」 控制項到設計視窗上，分別為 「程式發展單位」按鈕、「開啟舊輸入檔案」按鈕、「重新輸入」按鈕與 「修改舊輸入檔案」按鈕。 步驟六：設定屬性。 步驟七：在設計視窗雙擊「按鈕」按鈕，進入程式碼的「按鈕_點取」事 件區塊，輸入呼叫下一個視窗的程式碼，完成後如圖4.3。

第二節 地形資料輸入之視窗建立

進入參數「輸入地形資料」後，可選擇四種地形，在此視窗裡， 無特殊地形不需另外產生視窗，而其他三種地形中，每選擇一種地形 物件按鈕時，會將地形資料傳遞至地形輸出檔，再經由主程式呼叫， 如選擇懸崖地形，則視窗會呼叫「輸入懸崖地形參數」的視窗，此刻 輸入完所有懸崖地形參數，C 程式會自動產生輸出檔，山脊及山丘也 是用相同之方法，其產生視窗的步驟如下： 步驟一：建立完原始視窗後，從「工具箱」拖拉「標籤」和「圖片」控 制項到設計視窗上並設定屬性。 步驟二：從「工具箱」拖拉三個「按鈕」 控制項到設計視窗上，寫入

「儲存檔案」、「繼續輸入」與「離開本程式」的程式碼。 步驟三：另外再從「工具箱」拖拉四個「核取方塊」 控制項到設計視窗 上，分別寫入「無特殊地形」、「懸崖地形」、「山脊地形」與「山丘地 形」的呼叫視窗程式碼，完成後如圖4-4。 步驟四：分別建立「懸崖地形」、「山脊地形」與「山丘地形」的視窗， 再從「工具箱」拖拉「標籤」和「圖片」控制項到設計視窗上並設定屬 性。 步驟五：首先在「懸崖地形」的視窗中，從「工具箱」拖拉三個「文字 框」 控制項到設計視窗上，分別是「陡坡高[H]」，「陡坡水平投影距離 [Lh]」與「工址與 O 點之水平距離[x]」的輸入項。 步驟六：從「工具箱」拖拉四個「選取方塊」 控制項到設計視窗上，分 別為「建築物正X 軸」、「建築物負 X 軸」、「建築物正 Y 軸」與「建築物 負Y 軸」的選擇項。 步驟七：從「工具箱」拖拉兩個「按鈕」 控制項到設計視窗上，分別寫 入「清除」與「送出」的程式碼，再寫入「送出」程式碼的同時，也將 使用者所打好的資料另存一個筆記本做存取的動作，完成後如圖4.5。 步驟八：「山脊地形」與「山丘地形」的視窗程式碼如「懸崖地形」的視 窗程式碼一樣完成後如圖4.6、圖 4.7。

第三節 地況資料輸入之視窗建立

在輸入完所有建築物相關資訊後，點選輸入視窗中建築物周邊地 況與所在縣市的按鈕，會直接呼叫建築物周邊地況與所在縣市視窗出 來，此時使用者可以選取所需要之地況，與地形視窗相同之道理，當 使用者按下按鈕時，程式會自動產生地況輸出檔，給予主程式當計算 時的輸入資料，其產生視窗的步驟如下： 步驟一：建立完原始視窗後，從「工具箱」拖拉「標籤」和「圖片」控

制項到設計視窗上並設定屬性。 步驟二：如同第二節之步驟2。 步驟三：從「工具箱」拖拉一個「按鈕」 控制項到設計視窗上，寫入此 「按鈕」的程式碼，以連結「各種地況之定義」。 步驟四：再從「工具箱」拖拉六個「下拉式選單」 控制項到設計視窗 上，分別寫入「AB 牆面外之地況」、「BC 牆面外之地況」、「CD 牆面外 之地況」、「AD 牆面外之地況」、「建築物所在縣市」、「建築物所在鄉 鎮」的視窗程式碼，將使用者所選取之地況的資料另存一個筆記本做存 取的動作。 步驟五：完成後如圖4.8。

第四節 建築物資料輸入之視窗建立

建築物資料輸入主要又可分成「建築物尺寸」、「建築物種類」、 「建築物特性」與「女兒牆與屋突」。 1.建築物尺寸： 步驟一：建立完原始視窗後，從「工具箱」拖拉「標籤」控制項到設計 視窗上並設定屬性。 步驟二：如同第二節之步驟2。 步驟三：從「工具箱」拖拉八個「文字框」 控制項到設計視窗上，分別 為「建築物X 方向斷面尺寸」、「建築物 Y 方向斷面尺寸」、「建築物樓層 數」、「建築物各樓層高度」的輸入項。 步驟四：從「工具箱」拖拉兩個「按紐」 控制項到設計視窗上，分別為 「確定」與「重新輸入」，在「確定」按鈕輸入程式碼，以展開建築物樓 層數目之網格數目，在「重新輸入」按鈕輸入程式碼，更新建築物樓層

數目之網格數目。 步驟五：從「工具箱」拖拉一個「資料網格」 控制項到設計視窗上，依 據建築物樓層數目產生該數目之網格。 步驟六：從「工具箱」拖拉一個「矩形圖案」 控制項到設計視窗上，依 使用者輸入建築物尺寸，改變其矩形圖案大小。 步驟七：完成後如圖4.9。 2.建築物種類： 步驟一：建立完原始視窗後，從「工具箱」拖拉「標籤」控制項到設計 視窗上並設定屬性。 步驟二：如同第二節之步驟2。 步驟三：從「工具箱」拖拉四個「文字框」 控制項到設計視窗上，分別 為「AB 牆面之開口面積」、「BC 牆面之開口面積」、「CD 牆面之開口面 積」、「AD 牆面之開口面積」的輸入項。 步驟四：從「工具箱」拖拉五個「選取方塊」 控制項到設計視窗上，分 別為「第一類建築物」、「第二類建築物」、「第三類建築物」、「第四類建 築物」與「第五類建築物」的選擇項。 步驟五：從「工具箱」拖拉一個「矩形圖案」 控制項到設計視窗上，依 使用者輸入建築物尺寸，改變其矩形圖案大小。 步驟六：完成後如圖4.10。 3.建築物特性： 步驟一：建立完原始視窗後，從「工具箱」拖拉「標籤」控制項到設計 視窗上並設定屬性。 步驟二：如同第二節之步驟2。 步驟三：從「工具箱」拖拉四個「文字框」 控制項到設計視窗上，分別 為「建築物X 方向基本自然頻率」、「建築物 Y 方向基本自然頻率」、「建 築物扭轉向基本自然頻率」、「建築物阻尼比」的輸入項。

步驟四：從「工具箱」拖拉一個「矩形圖案」 控制項到設計視窗上，依 使用者輸入建築物尺寸，改變其矩形圖案大小。 步驟五：完成後如圖4.11。 4.女兒牆與屋突： 步驟一：建立完原始視窗後，從「工具箱」拖拉「標籤」控制項到設計 視窗上並設定屬性。 步驟二：如同第二節之步驟2。 步驟三：從「工具箱」拖拉兩個「文字框」 控制項到設計視窗上，分別 為「女兒牆高度」、「屋突個數」的輸入項。 步驟四：從「工具箱」拖拉兩個「按紐」 控制項到設計視窗上，分別為 「確定」與「重新輸入」，在「確定」按鈕輸入程式碼，以展開屋突數目 之網格數目，在「重新輸入」按鈕輸入程式碼，更新屋突數目之網格數 目。 步驟五：從「工具箱」拖拉一個「資料網格」 控制項到設計視窗上，依 據屋突數目產生該數目之網格。 步驟六：完成後如圖4.12。

第五節 結果輸出

當完成所有的輸入動作後，使用者需點選「程式計算」的按鈕 時，主程式會自動呼叫所有輸出檔當作計算時的輸入資料，並進行運 算，運算完之資料會另外產生一結果的輸出檔案，即為使用者最後可 得之四個方向之順風向風力、橫風向風力與扭轉向風力，程式會將最 後的結果顯示在輸出視窗中，其輸出視窗又可分為構材設計所需風力 輸出視窗、層間變位角檢核所需風力輸出視窗與頂層加速度檢核所需 風力輸出視窗。 1.構材設計所需風力：

步驟一：建立完原始視窗後，從「工具箱」拖拉「圖片」控制項到設計 視窗上並設定屬性。 步驟二：如同第二節之步驟2。 步驟三：另外再從「工具箱」拖拉一個「下拉式選單」 控制項到設計視 窗上，分別寫入呼叫「風的來向」程式碼。 步驟四：從「工具箱」拖拉一個「矩形圖案」 控制項到設計視窗上，依 使用者輸入建築物尺寸，改變其矩形圖案大小。 步驟五：完成後如圖4.13。 2.層間變位角檢核所需風力： 步驟一：建立完原始視窗後，從「工具箱」拖拉「圖片」控制項到設計 視窗上並設定屬性。 步驟二：如同第二節之步驟2。 步驟三：另外再從「工具箱」拖拉一個「下拉式選單」 控制項到設計視 窗上，分別寫入呼叫「風的來向」程式碼。 步驟四：從「工具箱」拖拉一個「矩形圖案」 控制項到設計視窗上，依 使用者輸入建築物尺寸，改變其矩形圖案大小。 步驟五：完成後如圖4.14。 3.頂層加速度檢核所需風力： 步驟一：建立完原始視窗後，從「工具箱」拖拉「圖片」控制項到設計 視窗上並設定屬性。 步驟二：如同第二節之步驟2。 步驟三：另外再從「工具箱」拖拉一個「下拉式選單」 控制項到設計視 窗上，分別寫入呼叫「風的來向」程式碼。 步驟四：從「工具箱」拖拉一個「矩形圖案」 控制項到設計視窗上，依 使用者輸入建築物尺寸，改變其矩形圖案大小。 步驟五：完成後如圖4.15。

開始 懸崖資料輸入 建築物資料輸入 結果輸出 選擇地形 山丘資料輸入 山脊資料輸入 選擇地況 主程式計算 懸崖輸出檔 山脊輸出檔 山丘輸出檔 地形輸出檔 地況輸出檔 建築物輸出檔 圖 4-1 程式撰寫流程圖 資料來源：本研究彙整

圖 4-2 選擇專案範本 資料來源：本研究彙整

圖 4-3 程式首頁視窗之建立 資料來源：本研究彙整

圖 4-4 地形資料輸入視窗之建立 資料來源：本研究彙整

圖 4-5 懸崖資料輸入視窗之建立 資料來源：本研究彙整

圖 4-6 山脊資料輸入視窗之建立 資料來源：本研究彙整

圖 4-7 山丘資料輸入視窗之建立 資料來源：本研究彙整

圖 4-8 地況資料輸入視窗之建立 資料來源：本研究彙整

圖 4-9 建築物尺寸輸入視窗之建立 資料來源：本研究彙整

圖 4-10 建築物種類輸入視窗之建立 資料來源：本研究彙整

圖 4-11 建築物特性輸入視窗之建立 資料來源：本研究彙整

圖 4-12 女兒牆與屋突輸入視窗之建立 資料來源：本研究彙整

圖 4-13 構材設所需風力視窗之建立 資料來源：本研究彙整

圖 4-14 層間變位角檢核所需風力視窗之建立 資料來源：本研究彙整

圖 4-15 頂層加速度檢核所需風力視窗之建立 資料來源：本研究彙整

第五章 建築物耐風設計程式正確性之驗證

第一節 高層建築物耐風設計例之驗證

案例與基本參數之描述

案例描述 本案例中，高層建築物之建築主體、女兒牆和工址的基本資料分 別說明如下；而建築物屋頂平面示意圖與建築物東西南北四方向立面 示意圖分別如圖 5-1、圖 5-2 和圖 5-3 所示。 建築主體的基本資料 總樓層數：34 樓；尺寸：38m×36m×118.4m 水平向基本自然頻率：東西向基本自然頻率fEW 0.333Hz（3.003s） 南北向基本自然頻率 fSN 0.321Hz（3.115s） 扭轉向基本自然頻率：ft0.477Hz（2.096s） 建物用途：重要（第三類建築物） 各向外牆的總面積：東向外牆的總面積 _{36118.44262.4m}2 Eg A 西向外牆的總面積 _{36118.44262.4m}2 Wg A 南向外牆的總面積 2 m 2 . 4499 4 . 118 38   Sg A 北向外牆的總面積 _{38118.44499.2m}2 Ng A 女兒牆的基本資料 高度：1.2m 各向外牆的總面積：東向外牆的總面積AEg,p361.243.2m2 西向外牆的總面積 2 ,p361.243.2m Wg A