建築物風力規範之修訂研究（二）
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(2) 計畫編號 092301070000G1011. 「建築物風力規範之修訂研究（二）」. 受 委 託 者 ：淡江大學 土木工程學系 研究主持人 ：鄭啟明 共同主持人 ：吳重成 陳若華 張正興 顧. 問：高熏芳 柯志恩. 研 究 助 理 ：蔡明樹 傅仲麟 潘家銘. 內政部建築研究所委託研究報告 中華民國 92 年 12 月.
(3) ARCHITECTURE & BUILDING RESEARCH INSTITUTE MINISTRY OF INTERIOR RESEARCH PROJECT REPORT. Studies of the Wind Load Provisions in Building Codes (2). BY Chii-Ming Cheng Jong-Cheng Wu Rou-Hwa Chen Cheng-Hsin Chang December, 2003.
(4) 摘要 關鍵詞： 建築、設計風力、設計風速、風力規範 風工程研究在實務上最重要的應用便是制訂各種風力規範。就建築 結構的風力規範而言，現有的建築技術規則中風力相關條文早已落伍， 目前工程界常引用的是蔡益超教授等人所著之結構工程學會研究報告 CSSE 85-05B「建築物風力規範條文、解說及示範例之研訂」 。該研究報 告較現行建築技術規則中之風力相關條文已有大幅改進，然而仍有若干 值得進一步研究探討之處。本計畫針對下列項目進行研究，並提出明確 的修正建議： (1) 澳洲、加拿大、英國等風力工程先進國家相關規範之比較研究； (2) 建構適用於中低層建築物的簡易風壓與風力計算式； (3) 建構建築物之橫風向及扭轉向設計風力計算模式； (4) 建構建築物所受不同風力之組合模式； (5) 建構建築物頂層水平向加速度的評估準則； (6) 建構建築物周遭環境風場及行人舒適性的評估準則。 風力規範所涵蓋的範圍很廣，對於大型結構的設計有重大影響，宜 對於重要項目分別進行長期研究，方能深入瞭解各國風力規範之基本精 神。如此方能落實研究成果，對於未來的風力規範修訂也才會有長期的 幫助。. I.
(5) ABSTRACT Keywords: buildings, design wind load, design wind speed, wind code Coding of the various wind engineering research is one of the most important application of wind engineering studies. In term of the official building code, the current wind load provisions are out of date. In building industry, the research report CSSE 85-05B, “Building wind load provisions, complementary and examples” has been frequently quoted by design engineers. This report made significant improvement on the design wind load. However, as the continuous progress of the wind engineering studies, there are a few articles in the CSSE 85-05B need further investigation and possible modifications. This research project conducted in-depth study on the following areas of wind code: 1.. In-depth study of NBC (Canada), SAA (Australia) and BS (UK), wind codes.. 2.. Proposing a simplified design wind load procedure for building insensitive to wind.. 3.. Improvement of the acrosswind and torsional design wind loads.. 4.. Proposing a combination procedure of alongwind, acrosswind and torsional design wind loads.. 5.. Proposing standards of the evaluation on the human perception of the wind induced building motion. 6.. Proposing standards of the evaluation on the wind enviroment and pedestrian comfort. There are many items associated to the building wind code that need. systematic. research.. Through. efforts. on. the. basic research and. understanding the foundation of the wind load provisions from the countries and areas of advanced wind engineering research, a better wind code of Taiwan can be established in the future.. II.
(6) 目錄 第一章 前言.......................................................................................................1-1 1-1 計畫緣起......................................................................................................1-1 1-2 計畫內容與研究方法.................................................................................1-1. 第二章 風力規範之現況與比較 ...................................................................2-1 2-1 概述 ..............................................................................................................2-1 2-2 加拿大風力規範.........................................................................................2-1 2-2.1 設計風壓 .............................................................................................2-2 2-2.2 動力效應之考慮 ................................................................................2-2 2-2.3 全部與部分風力載重之考慮..........................................................2-2 2-2.4 設計方法分類 ....................................................................................2-3 2-2.5 參考風速 與風壓 q...........................................................................2-3 2-2.6 地況因子 Ce .......................................................................................2-4 2-2.7 陣風因子 Cg .......................................................................................2-5 2-2.8 渦散作用(vortex shedding)的考慮 ....................................................2-6 2-2.9 風壓係數 .............................................................................................2-6 2-2.10 高層建築受風作用下的側向位移 ...............................................2-6 2-3 英國風力規範.............................................................................................2-7 2-3.1 標準方法(standard method)................................................................2-7 2-3.2 方向性法(directional method) .............................................................2-9 2-3.3 兩種方法的併用 ................................................................................2-11. III.
(7) 2-4 紐澳地區風力規範 ....................................................................................2-12 2-4.1 風力作用之計算 ................................................................................2-12 2-4.2 區域風速 VR .......................................................................................2-13 2-4.3 地況條件 .............................................................................................2-14 2-4.4 氣動力外形因子 ................................................................................2-15 2-4.5 動力反應因子 ....................................................................................2-15 2-4.6 順風向及橫風向反應之合併..........................................................2-17 2-5 美國風力規範.............................................................................................2-17 2-5.1 簡化設計法.........................................................................................2-17 2-5.2 解析設計法.........................................................................................2-18 2-5.3 風洞試驗法.........................................................................................2-19 2-6 不同規範設計風載重計算之比較..........................................................2-19 2-6.1 中層建築物風載重計算..................................................................2-19 2-6.2 高層建築物風載重計算..................................................................2-27 2-6.3 招牌結構物設計風力計算 .............................................................2-37 2-7 不同規範設計風載重計算之比較...........................................................2-42. 第三章 設計風力簡易計算式........................................................................3-1 3-1 前言 ..............................................................................................................3-1 3-2 美國及日本規範之簡易風力計算式 ......................................................3-1 3-2.1 日本規範之簡易計算式...................................................................3-2 3-3.2 美國規範之簡易計算式...................................................................3-4. IV.
(8) 3-3 美、日風力簡易模式之計算案例..........................................................3-5 3-3.1 日本規範 .............................................................................................3-5 3-3.2 美國規範 .............................................................................................3-6 3-3.3 比較與建議.........................................................................................3-8. 第四章 高層建築之橫風向與扭轉向設計風力.........................................4-1 4-1 前言 ..............................................................................................................4-1 4-2 橫風向風力載重公式之比較....................................................................4-1 4-2.1 橫風向風力載重公式之適用範圍 .................................................4-1 4-2.2 橫風向風力頻譜...............................................................................4-2 4-2.3 橫風向風力載重公式 ......................................................................4-3 4-2.4 AIJ-96 橫風向設計風力之計算案例.............................................4-4 4-3 扭轉向設計風力公式之比較....................................................................4-7 4-3.1 扭轉向風力載重公式之適用範圍 .................................................4-7 4-3.2 扭轉向風力載重公式 ......................................................................4-8 4-3.3 AIJ-96 扭轉向設計風力之計算案例...............................................4-10 4-4 規範之設計風力與風洞試驗計算值之比較 ........................................4-13 4-5 橫風向與扭轉向之規範建議式 ..............................................................4-15 4-5.1 橫風向之設計風力 ..........................................................................4-15 4-5.2 扭轉向設計風力...............................................................................4-18. V.
(9) 第五章 風力組合..............................................................................................5-1 5-1 前言 ..............................................................................................................5-1 5-2 風力組合方法.............................................................................................5-1 5-3 風力組合之計算案例.................................................................................5-2. 第六章 舒適性評估標準之建議 ...................................................................6-1 6-1 文獻回顧......................................................................................................6-1 6-2 舒適性評估之研究 ....................................................................................6-2 6-2.1 風洞實驗 .............................................................................................6-2 6-2.2 實場調查 ............................................................................................6-4 6-3 結論及建議標準.........................................................................................6-6. 第七章 風力造成之結構物振動加速度對於人體之舒適性評估 ..........7-1 7-1 各國規範中有關振動舒適度之相關規定.............................................7-1 7-2 有關振動舒適度之重要文獻回顧..........................................................7-10 7-3 實驗室振動台試驗之實驗及試驗結果.................................................7-14 7-4 振動舒適度標準之歸納總結與建議 .....................................................7-25 7-5 建築物最大加速度之簡易計算公式 .....................................................7-28 參考文獻 .............................................................................................................R-1 附錄 A 採購評選委員會議記錄 ...................................................................A-1 附錄 B 期中報告會議記錄............................................................................B-1. VI.
(10) 附錄 C 期末報告會議記錄............................................................................C-1 附錄 D 專家座談會議記錄............................................................................D-1. VII.
(11) 表 目 錄 表 2.1. NBC95 地況分類................................................................................2-4. 表 3.1. 美、日風力簡易設計適用範圍......................................................3-2. 表 4.4.1 依據風力規範計算式所得之順風向及橫風向設計風力..........4-14 表 c.1. 橫風向共振因子， RL .......................................................................4-21. 表 c.2. 扭轉向共振因子， RT ......................................................................4-23. 表 5.1. 設計風力之載重組合........................................................................5-7. 表 6.1. 各地學者和都市的研究評估標準..................................................6-9. 表 6.2. 長時間站坐風洞試驗結果...............................................................6-11. 表 6.3. 短時間站坐風洞試驗結果...............................................................6-11. 表 6.4. 慢步行走風洞試驗結果 ...................................................................6-12. 表 6.5. 快步行走風洞試驗結果 ...................................................................6-12. 表 7.1. 不同建築物用途之性能評估標準..................................................7-5. 表 7.2. 評估基準值 .........................................................................................7-7. 表 7.3. a、b 係數值 ........................................................................................7-9. 表 7.4. 加拿大規範建議之節奏性活動引致之垂直向加速度限度......7-10. 表 7.5. Goto (1983)建議之感受標準 .............................................................7-13. 表 7.6. Isyumov（1993）及 Isyumov et al.（1996）建議之感受標準 .....7-14. 表 7.7. 試驗問卷結果.....................................................................................7-19. VIII.
(12) 圖 目 錄 圖 3.1. 日本風力規範 AIJ-96 架構 .............................................................3-1. 圖 4.1(a) 橫風向共振因子， Rˆ L ...................................................................4-25 圖 4.1(b) 橫風向共振因子，Rˆ L. .................................................................4-26. 圖 4-2. 日本、澳洲橫風向風力頻譜之比較...........................................4-27. 圖 4.3a. 日本、澳洲橫風向設計風力之比較，H=100 m........................4-28. 圖 4.3b. 日本、澳洲橫風向設計風力之比較，H=200 m........................4-29. 圖 4.4a. 台灣、日本與澳洲之順風向與橫風向設計風力之比值........4-30. 圖 4.4b. 台灣、日本與澳洲之順風向與橫風向設計風力之比值........4-31. 圖 4.4c. 台灣、日本與澳洲之順風向與橫風向設計風力之比值........4-32. 圖 4.4.1 範與風洞實驗結果比較，地況 A，H=100 (m)，H/B=6 ............4-33 圖 4.4.2 我規範與風洞實驗結果比較，地況 C，H=100 (m)，H/B=6 ...4-34 圖 4.4.3 規範與風洞實驗結果比較，地況 A，H=200 (m)，H/B=6........4-35 圖 4.4.4 規範與風洞實驗結果比較，地況 C，H=200 (m)，H/B=6........4-36 圖 4.5(a) 扭轉向共振因子，Rˆ L. .................................................................4-37. 圖 4.5(b) 扭轉向共振因子，Rˆ L. .................................................................4-37. 圖 4.5(c) 扭轉向共振因子，Rˆ L. .................................................................4-38. 圖 4.5(d) 扭轉向共振因子，Rˆ L. .................................................................4-38. 圖 5.1. 風力組合之計算案例 .....................................................................5-4. 圖 5.2. 順風向設計風載重..........................................................................5-5. 圖 5.3. 橫風向設計風載重..........................................................................5-5. IX.
(13) 圖 5.4. 扭轉向設計風載重..........................................................................5-6. 圖 6.1. 四種情境下之風速與不舒適程度比較圖 ..................................6-13. 圖 6.2. 擾動風速與不舒適程度比較圖....................................................6-14. 圖 6.3. 漁人碼頭與新光三越個案風速資料圖.......................................6-14. 圖 6.4. 風洞實驗與實場調查平均風速與不舒適程度比較圖 ............6-15. 圖 7.1. 曲線 1 為一般用途建築物（Building）容許最大加速度值； 曲線 2 為離岸結構（Off-Shore Fixed Structures）容許最大加 速度值..................................................................................................7-2. 圖 7.2. 特殊用途建築物內人體之振動感受門檻；曲線 1－容許最 大加速度值之最低門檻；曲線 2－容許最大加速度值之平 均門檻 m..............................................................................................7-2. 圖 7.3. 性能評估之流程圖..........................................................................7-4. 圖 7.4. 水平振動之性能評估基準.............................................................7-5. 圖 7.5. 以往有關感受門檻（最大加速度值）之研究 .........................7-6. 圖 7.6. 隨機振動波形。新宿實測波形，1990/6/9 22:10~22:15 ............7-8. 圖 7.7. 水平向正弦波之感受門檻值 ........................................................7-12. 圖 7.8. 水平向之舒適度標準 .....................................................................7-13. 圖 7.9. 振動台上試驗空間之平面圖 ........................................................7-15. 圖 7.10. 試驗空間之之實體照片.................................................................7-16. 圖 7.11. 程度二(感覺到振動但無任何不舒適)之 PDF 曲線..................7-20. 圖 7.12. 程度三（感到振動且不舒適）之 PDF 曲線 .............................7-21. 圖 7.13. 程度二(感覺到振動但無任何不舒適)之 CDF 曲線..................7-22. 圖 7.14. 程度三（感到振動且不舒適）之 CDF 曲線.............................7-23. X.
(14) 圖 7.15. 程度二（感覺到振動但無任何不舒適）之標準.....................7-24. 圖 7.16. 程度三（感到振動且不舒適）之標準.......................................7-24. 圖 7.17. 建議之舒適度標準（迴歸期五年）...........................................7-27. 圖 7.18. 高層建築斷面及順風向、橫風向、扭轉向座標示意圖........7-29. XI.
(15) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第一章 前言. 第一章 前言 1-1 計畫緣起 陸地上的建築與土木結構物所受的環境作用力大體上可分為地震 力與風力兩大項，台灣恰好位於強震與強風區。相對而言，風害造成損 失以及對於社會的衝擊較為溫和，也較不受工程界與防災體系的重視。 然而依據國際保險業者的統計，全球風災造成的經濟損失超過其他自然 災害。台灣地區的建築形式容或與其他地區不同，使得風災造成的經濟 損失較之地震為輕，然仍是一項不可輕忽的環境作用力。風工程研究在 實務上最重要的應用便是制訂各種風力規範。就建築結構的風力規範而 言，現有的建築技術規則中風力相關條文早已落伍，目前工程界常引用 的是蔡益超教授等人所著之結構工程學會研究報告 CSSE 85-05B「建築 物風力規範條文、解說及示範例之研訂」。該研究報告的主要基礎為美 國的 ANSI/ASCE 7-88，以及日本的 AIJ 93。較現行建築技術規則中之風 力相關條文已有大幅改進。然而，風力規範仍應持續的修訂改進，以期 符合國際風工程界對於風力規範之發展趨勢。. 1-2 計畫內容與研究方法 本計畫的研究內容與所採用的研究方法可以分為下列四項：. (1)國外風力規範之比較研究 本計畫將針對加拿大 SAA 規範、澳洲 NBC 規範、英國 BS 規範等先 進國家相關風力規範內容進行研究與比較。為能具體的表現國內外規範 間的可能差異，本計畫將以數種不同建築物進行設計風力的計算，比較 計算結果差異性並探究其原因。. 1-1.
(16) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第一章 前言. (2)簡易風力計算式之建立 本計畫將整理國外風力規範中有關簡化設計程序的建築物區分、限 制條件、計算程序等部份，研究提出國內風力設計簡化程序之可行性。. (3)高層建築之橫風向、扭轉向設計風力 ASCE7-2003 中的高層建築設計風力是以順風向設計風力為主，傳 統上是基於平均速度分佈與陣風因子計算得之。雖然在條文中，透過風 力組合考慮了側向風壓與非對稱之扭轉向風力，但是並未將渦散分離 (vortex shedding)現象所引發的橫風向與扭轉向設計風力考慮在內。本計 畫擬採用下列研究方法探討此項議題： (i). 日本與澳洲風力規範均包含了前述渦散分離現象所引發的橫 風向及扭轉向設計風力，本計畫擬進行深入研究比較其間的 優劣差異。. (ii) 參考風洞模型實驗所得之風力荷重計算高層建築在橫風向及 扭轉向的設計風力，並與規範值進行比較。 (iii) 根據前二項研究數據，提出建築物在橫風向及扭轉向的設計 風力之計算式。. (4)風力組合 未來風力規範中包含建築物的順風向、橫風向及扭轉向設計風力。 然而對於絕大多數的建築物而言，上述三種風力的最大值並不同時發 生。因此如何訂定合理的風力組合是一項值得研究的項目。本計畫擬由 二方面著手進行風力組合之研究工作： (i). 風力組合模式的計算案例。. (ii) 透過前述的分析研究，提出風力組合之建議模式。. 1-2.
(17) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第一章 前言. (5)風場環境對於行人的舒適性評估 針對風場環境舒適度評估標準之研究方法，簡述如下： (i). 收集相關評估標準，透過文獻探討，提出現有評估模式的優 劣與差異。. (ii) 藉由少量共同樣本之戶外實場量測與與風洞實驗室量測，建 立實場與實驗室舒適性之對應關係。之後，在風洞實驗室進 行控制條件下之人體測試與問卷調查。 (iii) 在台北市不同實場環境進行風場量測與問卷調查。 (iv) 透過(i)~(iii)之數據，提出風場環境對於行人舒適性之評估標 準方案。. (6) 風力造成之結構物振動加速度對於人體之舒適性評估 對於風力造成之結構物振動對人員舒適度評估標準，本計畫除了進 行相關的文獻整理與探討之外，並嘗試進行初期的人體試驗。研究方法 亦分為下列兩部分： (i). 進行文獻回顧，以瞭解結構物振動加速度對人員之舒適性評 估之理論背景。. (ii) 利用淡江大學現有之小型振動平台，進行振動舒適性之人體 試驗。 (iii) 建構強風引起高層建築頂層振動加速度之計算式 (iv) 根據前述資料，提出結構物振動加速度對於人體之舒適性評 估建議方案。. 1-3.
(18) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. 第二章 風力規範之現況與比較 2-1 概述 風力規範的制定除與各國所在地理環境差異而有所不同，風工程相 關研究的不斷創新，亦促使風力規範不斷的調整更新。本研究目前蒐集 加拿大、紐澳、美國及英國等國風力規範，相互比較其設計理念與規範 內容。 本研究加拿大之風力規範以「National Building Code of Canada 1995」 (NBC1995)，並配合規範補充說明「User’s Guide – NBC 1995 Structural Commentaries (Part 4)」報告為主。英國之風力規範則以 BSI 之「Loading for Buildings — Part 2 : Code of practice for wind loads」(BS 6399-2 : 1997)為主。紐 澳之風力規範以「AS/NZS 1170.2 2002」並配合規範補充說明「AS/NZS 1170.0 Supplement 1 : 2002」報告為主。美國規範於前一年度研究計畫中已 探討 ASCE 之「Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures, ANSI/ASCE7-98」 ，本年度增列以 ASCE 之「Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures, ANSI/ASCE7-02」新版規範，亦一併加以討論。 建築物受風力作用之行為，可依順風向、橫風向及扭轉向等三方面 加以討論。部分國家對於順風向、橫風向及扭轉向等三方面設計風力均 提供相關設計公式可直接引用，其他規範則主要以順風向設計風力作較 詳盡的規範，而橫風向或扭轉向設計風力則因隨建築物外形及流場條件 變化較大，多建議採用風洞試驗或以組合載重方式加以決定。 以下各節將就各國風力規範加以研究並作比較。. 2-2 加拿大風力規範 關於加拿大之風力規範以「National Building Code of Canada 1995」 (NBC1995)，並配合規範補充說明「User’s Guide – NBC 1995 Structural Commentaries (Part 4)」報告為主。 2-1.
(19) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. 2-2.1 設計風壓 NBC95 規範中有關設計風力的規定主要在其「4.1.8 Live Loads Due to Wind」一節中作規定。依本節所述，建築物表面設計風壓以下式表示： (1). p = qC e C g C P. 其中. p：垂直於建物表面之風壓力 q：參考風速壓(reference velocity pressure) Ce：地況因子(exposure factor) Cg：陣風因子(gust factor) Cp：外部風壓係數(external pressure coefficient). 建築物所受之風載重是以迎風面風力減背風面風力而得，對於局部 風力則應考慮建築物之內部壓力，以下式表示： (2). pi = qC e C g C Pi. 其中. pi：建築物內部垂直作用於建物表面之靜壓力 Cpi：內部風壓係數(internal pressure coefficient) 2-2.2 動力效應之考慮. 建築物如高寬比大於 4，或高度大於 120 公尺，或具重量輕、低自 然頻率、低阻尼比等特性，易使建築物受風作用後產生振動行為者，應 就風力對於建築物產生的動力效應加以特別考慮，考慮方法包括實驗方 法的驗證或陣風行為的動力分析。 2-2.3 全部與部分風力載重之考慮 建築物應考慮以下數種不同的載重情況： (a) 將兩主軸向的全部風載重加於建築結構上所產生的效果。 (b) 將(a)項中各不同部位風載重中任一部分移去 25%後，加於建築 結構上所產生的效果。 2-2.
(20) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. (c) 將各不同部位風載重同時以 75%考慮，加於建築結構上所產生 的效果。 (d) 將(c)項中風載重中任一部分移去 25%，加於建築結構上所產生 的效果。 2-2.4 設計方法分類 依 NBC95 User’s Guide 建議的設計方法包括有三種： (a) 簡易設計程序(simple procedure)：為主要的設計程序，NBC95 規 範中所建議的設計程序即為簡易設計程序，適用於中低層建築 物、剛性結構物、建築物外牆等設計中。依 NBC95 規範本文中 即可查得設計風壓公式與係數，但風壓係數則須查閱規範補充 說明(User’s Guide-Commentary B)。 (b) 風洞試驗：受風作用後振動現象明顯的結構物如高層建築物、 大型懸臂式屋頂等結構物，建議採用風洞試驗結果為設計依 據，風洞試驗成果可同時提供局部風壓與整體設計風載重的資 料。 (c) 詳細設計程序(detailed procedure)：同(b)項中所規範的結構物種 類亦可採用規範補充說明(User’s Guide-Commentary B)所建議的 程序修正公式(1)中的各項係數，提供結構物整體設計風載重的 設計依據。 2-2.5 參考風速 V 與風壓 q NBC95 中關於參考風速 V 並未直接表列，而是由規範中所提供的設 計風壓推算，規範中所提供的風壓 q 是以地況 A(exposure A)開闊地形， 10 公尺高度處小時平均風速所產生的風速壓為準。設計風速可由下式計 算 q(in kPa) = CV. 其中. 2. (3). C=50 x 10-6，如參考風速以 km/hr 表示 2-3.
(21) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. C=650 x 10-6，如參考風速以 m/sec 表示 參考風速壓 q 係以表列方式列於 NBC95 附錄 A 中，提供加拿大各地 迴歸期 10 年、30 年、100 年等三種不同機率水準的參考風速壓。 2-2.6 地況因子 Ce 地況因子用以表現不同地型及高度對風速的影響，地況因子的計算 依 User’s Guide 所建議有簡易設計程序及詳細設計程序兩種不同作法，分 述如下： 1.簡易設計程序 簡易設計程序為規範中所直接建議的設計方法，地況因子可依下式 計算，且其值不得小於 0.9： h Ce = 10 . 1/ 5. (4). 其中 h 為參考高度(m)，對於低層建築 h 採用屋頂高度或 6 公尺，對 於較高的建築物則在迎風面上採用建築物高度、在背風面上採用建築物 高度的一半。 2.詳細設計程序 詳細設計程序中首先規範一上游 1.5 公里範圍內地況加以分類，共 計分為三類，如下表所示： 表 2-1NBC95 地況分類 Exposure A 地況. Ce. 開闊地況 (標準地況). z Ce = 10 . 0.28. , C e ≥ 1.0. Exposure B. Exposure C. 市郊地況. 大型都會中心地況. z Ce = 12.7 . 0.50. , C e ≥ 0.5. z Ce = 30 . 0.72. , C e ≥ 0.4. 建築物高度處之設計風速由參考高度(H)配合表 2-1 公式計算得 CeH，代入下式中計算：. 2-4.
(22) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. (5). V H = V C eH. 如 有 大 於 1/10 坡 度 的 山 坡 地 地 形 ， 規 範 補 充 說 明 (User’s Guide-Commentary B)中提供加速因子(Speed-up factor)∆S 與地況因子相乘 加以修正。 2-2.7 陣風因子 Cg 陣風因子代表最大值與平均值間的比值，影響因素包括風本身的隨 機性、渦散作用及結構物振動引致的擾動力等。依規範補充說明(User’s Guide-Commentary B)所建議有簡易設計程序及詳細設計程序兩種不同作 法，分述如下： 1.簡易設計程序 簡易設計程序為規範中所直接建議的設計方法，供小型建築物或相 對剛性較高的結構物設計中使用，陣風因子可依下述所決定： (a) 供主結構設計用時，Cg=2.0 供小型構件或外牆設計用時，Cg=2.5 2.詳細設計程序 詳細設計程序中陣風因子可依下述所決定： C g = 1 + g p (σ / µ ). (6). gp 可由規範補充說明(User’s Guide-Commentary B)中提供的圖表查閱 而得，或依下式計算： g p = 2 lnνT +. 同時 σ / µ =. 0.577 2 lnνT. K C eH. (7). , T = 3600 sec. sF B + β . (8). 對 於 不 同 類 型 建 築 物 的 臨 界 阻 尼 比 ， 規 範 補 充 說 明 (User’s Guide-Commentary B)中建議鋼結構建築物臨界阻尼比採用 0.01，RC 建築 物臨界阻尼比採用 0.02，規範補充說明中同時提供 Cg 計算範例。 2-5.
(23) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. 2-2.8 渦散作用(vortex shedding)的考慮 規範補充說明中針對細長結構物(高寬比大於 5)的渦散作用提出簡 易的評估方法，主要針對圓斷面柱體在不同雷諾數時的史特赫數 (Strouhal Number)變化提出預測公式，並對圓柱型結構物單位高度的橫風 向風力有建議公式。至於其他斷面形狀柱體，則建議對於 VH 大於 7nD 的情況下應以風洞試驗評估其受風反應，其中 n 為結構物自然頻率、D 為結構迎風寬度。 2-2.9 風壓係數 規範補充說明(User’s Guide-Commentary B)建議風洞試驗為較佳的風 壓係數評估方法，同時提供多種不同造型建築物的表面風壓係數可供使 用者以查表的方式定之。 2-2.10 高層建築受風作用下的側向位移 側向位移為高層建築受風作用下其服務性能(serviceability)與舒適性 (comfort)的重要評估指標，NBC95 建議側向位移應小於建築物高度的五百 分之一。 高層建築受風作用後產生的側向振動亦應加以注意，規範建議對於 WD / H < 1 / 3 的建築物其側向加速度必須加以檢核，其中 W 與 D 分別代. 表橫風向與順風向建築物寬度。規範補充說明中針對橫風向加速度(aW) 與順風向加速度(aD)建議公式為： ar aW = nW2 g p WD ρBg β W a D = 4π 2 n D2 g p. . (9). KS F ∆ C e βD C g. (10). 側向加速度值規範補充說明中建議以十年迴歸期計算應不大於 0.01~0.03g，g 為重力加速度。規範補充說明中同時提供橫風向加速度(aW) 與順風向加速度(aD)計算範例。 2-6.
(24) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. 2-3 英國風力規範 關於英國之風力規範以「Loading for buildings－Part 2. : Code of practice. for wind loads」 (BS 6399-2:1997)規範為主。 有關建築物或構件所受風載重 BS 6399-2 規範中規定兩種相當靜載 重(equivalent static loads)分析方法：標準方法(standard method)與方向性法 (directional ethod)。標準方法主要考慮正交風載重作用(orthogonal load)於建 築物受風面的情形，對於具對稱性的建築物其分析過程可加以簡化。方 向性法考慮具有風攻角變化條件下建築物或構件所受風載重。 除規範中所說明的兩種方法，對於風洞試驗的適用亦有所規定，符 合下列條件者，其實驗成果可供採用： 1. 自然風場需正確模擬，包括平均風速剖面、紊流強度及尺度等因 子。 2. 建築物幾何尺寸應有正確縮尺 3. 風洞實驗應有良好適當的量測儀器 4. 量測結果應能預測設計所需的風險水準下的尖峰風載重值。 規範中所定義的相當靜載重分析方法其使用亦有所限制，規範利用 動力因子(dynamic augmentation factor, Cr)加以判定，凡建築物高度超過 300 公尺或 Cr 大於 0.25 均不適用於本規範所建議的分析方法。 2-3.1 標準方法(standard method) 2-3.1.1 標準風載重 BS 6399-2 規範中有關利用標準方法計算設計風力的規定如下： 風速壓(dynamic pressure, qS)以下式計算 (11). q S = 0.613Ve2 2-7.
(25) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 其中. 第二章 風力規範之現況與比較. qS：單位為 Pa(N/m2) Ve：有效風速(m/sec). 建築物所受之外部表面風壓，以下式表示： (12). pe = q S C pe C a. 其中. Cpe：外部風壓係數(external pressure coefficient) Ca：建物尺寸因子(size effect factor). 建築物所受之內部表面風壓，以下式表示： (13). pi = qS C pi Ca. 其中. Cpi：內部風壓係數(internal pressure coefficient). 因此建築物所受的淨風壓為： (14). p = p e − pi. 建築物所受的風力為： (15). P = pA. 其中. A：受風面積. 考慮建築物各部受風作用的非同步性，因此建築物總水平風力為： P = 0.85(∑ Pfront − ∑ Prear )(1 + C r ). 其中. (16). ΣPfront ：建築物迎風面上總水平力 ΣPrear. ：建築物背風面上總水平力. 2-3.1.2 標準設計風速 1.基本設計風速 Vb(basic wind speed)：由規範中所提供之地圖分區中直接 查得，代表以 50 年迴歸之小時平均風速。 2.基地風速(site wind speed)： (17). VS = Vb × S a × S d × S S × S P. 2-8.
(26) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 其中. 第二章 風力規範之現況與比較. Vb：基本風速 Sa：海拔高度因子 Sd：方向因子，為調整不同風向間的機率水準為一致， 以查表方式選定方向因子，如建築物座向未明，則取 1.0。 SS：季節因子，供臨時構造或施工狀態等短時間工程設 計風速受季節影響調整所需。 SP：機率因子. 3.有效風速(effective wind speed)：將基地風速修正為有效高度處的陣風風 速，並將建築物尺寸及上游建物影響影響納入考慮， (18). Ve = V S × S b. 其中. Sb：依建築物有效高度及建物週邊地形條件查表而得. 2-3.1.3 標準風壓係數 規範中利用圖解方式定義各種不同建築型態所應採用的標準風壓 係數，供使用者查表獲得所需之風壓係數，並包括外部風壓係數與內部 風壓係數等，配合(14)(15)式即可計算建物所受風力。 2-3.1.4 獨立牆體或招牌之設計風力 規範中對於獨立牆體依不同實積率與不同部位利用查表方式獲得 所需之風壓係數，而招牌則建議採用風壓係數 1.8 計算所受風力。 2-3.2 方向性法(directional method) 2-3.2.1 具方向性之風載重 風速壓(dynamic pressure, q)以下式計算 (19). q = 0.163Ve2. 其中. qS：單位為 Pa(N/m2) 2-9.
(27) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. Ve：有效風速(m/sec) 建築物所受之外部表面風壓，以下式表示： (20). p e = q e C pe. 其中. Cpe：外部風壓係數(external pressure coefficient)，隨風攻角 變化可查規範所附表. 建築物所受之內部表面風壓，以下式表示： (21). pi = qC pi. 其中. Cpi：內部風壓係數(internal pressure coefficient) 隨風攻角變 化可查規範所附表. 對於封閉式建築物所受的淨風壓為： (22). p = p e − pi. 對於建築物構件所受的淨風壓為： (22). p = qe C P. 建築物所受的風力為： (23). P = pA. 其中. A：受風面積. 建築物所受總風力為： P = 0.85{∑ ( Pfront cos θ − ∑ ( Prear cos θ )}(1 + C r ). 其中. (24). ΣPfront ：建築物迎風面上總水平力 ΣPrear. ：建築物背風面上總水平力. θ：所考慮之風向與建築物壁面法線間的夾角，亦即風攻 角 2-3.2.2 具方向性之風速 1.基本風速與基地風速計算方法與標準法類似， 2-10.
(28) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. (25). VS = Vb × S a × S d × S S × S P. 2.有效風速： (26). Ve = V S × S b. Sb 對於鄉村地形與都市地形規範提出不同的公式加以計算： 鄉村地形： S b = S C {1 + ( g t × S t ) + S h }. (27). 都市地形： S b = S C TC {1 + ( g t × S t × Tt ) + S h }. (28). 其中. Sc：fetch factor，由查表而得 St：紊流因子，反應不同建築物有效高度與周邊地形距離 對風速的影響 gt：陣風尖峰因子，利用不同建築物有效高度與受風面對 角線長度查表而得，對於單獨構件則直接採用 3.44。 Tc：fetch adjustable factor Tt：紊流調整因子 Sh：地形增量. 2-3.2.3 具方向性之風壓係數 規範中列舉各種不同形狀、部位在不同風攻角下之風壓係數，利用 查表方式可迅速查得。 2-3.3 兩種方法的併用 規範建議對於建築物構型已定義清楚而基地地況未明的情形，建議 以標準有效風速搭配具方向性之風壓係數加以檢核。對於需要進一步詳 細檢核週邊地形、建物群對風場影響時，如臨近明顯地型變化或都市地 區，建議以具方向性的有效風速搭配標準風壓係數進行檢核。. 2-11.
(29) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. 2-4 紐澳地區風力規範 關 於 紐 澳 地 區 之 風 力 規 範 以 「 Australian / New Zealand Standard, Structural design actions Part 2 : Wind actions」 (AS/NZS 1170.2:2002)規範為主。 有關建築物或構件所受風載重 AS/NZS 1170.2 規範中首先界定其適 用範圍為： 1. 建築物高度小於 300 公尺 2. 屋頂跨徑小於 100 公尺 3. 不屬於離岸式結構、橋樑、輸配線塔等 2-4.1 風力作用之計算 規範建議對於建築物風力計算依下列程序進行： 1. 決定基地風速 2. 以基地風速決定設計風速 3. 決定設計風壓及分佈風力 4. 計算風力作用 2-4.1.1 基地風速 規範建議對於建築物 8 各不同方位角之基地風速以下式計算： (29). Vsit , β = VR M d ( M z ,cat M S M t ). 其中. VR：3 秒陣風風速 Md：風向因子 Mz,cat：高度因子 Ms：遮蔽因子 Mt：地形因子. 構型已定義清楚而基地地況未明的情形，建議以標準有效風速搭配 2-12.
(30) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. 具方向性之風壓係數加以檢核。對於需要進一步詳細檢核週邊地形、建 物群對風場影響時，如臨近明顯地型變化或都市地區，建議以具方向性 的有效風速搭配標準風壓係數進行檢核。 2-4.1.2 設計風速 設計風速需取與正交於建築物 45 度範圍內最大風速之線性內插值。 2-4.1.3 設計風壓與分佈風力 設計風壓以下式計算： p = (0.5 ρ air )[Vdes ,θ ] 2 C fig C dyn. 其中. (30). ρair：空氣密度，一般取用 1.2kg/m3 Vdes,θ：建築物正交設計風速 Ctig：氣動力外型因子 Cdyn：動力反應因子. 單位面積分佈之順風向風力與 p 相同。 2-4.1.4 風力作用 規範建議風力作用的考慮至少應包括 4 個以上正交風力，風力以下 式計算： F = ∑ ( p z Az ). 其中. (31). pz：高度 z 處之設計風壓 Az：高度 z 處之受風面積 2-4.2 區域風速 VR. 規範將紐澳地區分為颶風作用區與非颶風作用區兩類，各類在細分 為數種區域，各區域的 3 秒陣風在不同迴歸年數的區域風速以表列方式 顯示，迴歸年數由 5 年至 2000 年，並提供各區域的經驗公式可供直接 計算。 2-13.
(31) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. 規範針對不同區域提出風向因子，以表列方式顯示，其值介於 0.8 至 1.0 之間。 2-4.3 地況條件 計算基地風速的式(29)中與地況條件相關的因子包括地況因子、遮 蔽因子及地形因子等 3 個。 1.地況因子(Terrain / Height multiplier, Mz,cat)：規範將地況歸類為四種不同地 況，再配合高度變化，以表列方式列出 Mz,cat 值。 四種不同地況之粗糙長度(roughness length)定義如下表所示： Roughness. Terrain category. length (m). 1. 0.002. 2. 0.02. 3. 0.2. 4. 2.0. 2.遮蔽因子(shielding multiplier, MS)：MS 依遮蔽參數 s 以查表方式定之，如 下表所示，如上風區地形坡度大於 0.2 或無遮蔽物則 MS 取 1.0。 Shielding parameter (s). Shelding multiplier (MS). ≦1.5. 0.7. 3.0. 0.8. 6.0. 0.9. ≧12.0. 1.0. 遮蔽參數 s 以下式決定： s=. lS. (32). hS bS. 3 地形因子(Topographic multiplier, Mt)：Mt 依上風區地形起伏變化，規 範中定義公式計算之。 2-14.
(32) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. 2-4.4 氣動力外形因子 氣動力外形因子(Aerodynamic shape factor, Cfig)代表建物或結構構件表 面所承受之風壓力作用。規範中對於封閉式建築物、圓形建物、獨立牆、 招牌、結構構件及中空塔架等均有相關的 Cfig 計算方法提出，計算中所 需之外壓係數或內壓係數則以圖解配合查表方式說明。 2-4.5 動力反應因子 動力反應因子(Dynamic response factor, Cdyn)主要依據結構物之第一模 態自然頻率而定，說明如下： 1. 自然頻率大於 1.0，Cdyn=1.0 2. 自然頻率小於 1.0： (1)高層建築及高塔：自然頻率小於 0.2，則非本規範涵蓋範圍； 自然頻率介於 0.2 至 1.0 之間，規範提供順風向及橫風向之動 力反應因子。 (2)懸臂式屋頂：自然頻率小於 0.5，則非本規範涵蓋範圍；自然 頻率介於 0.5 至 1.0 之間，規範提供相關動力反應因子。 2-4.5.1 高層建築及高塔之順風向動力反應因子. C dyn. H g 2 SE 1 + 2 I h g V2 BS + S R t ς = (1 + 2 g V I h ). 其中. 0.5. (33). s：風力作用高度 h：平均屋頂高度 Ih：紊流強度 gV：尖峰因子，此處取 3.7 BS：背景反應因子 HS：高度因子，HS=1+(s/h)2 2-15.
(33) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. gR：共振反應因子， g R = 2 log e (600nc ) S：形狀折減因子 Et：紊流頻譜值乘以(π/4) ζ：結構阻尼比 2-4.5.2 高層建築及高塔之橫風向動力反應因子 1.相當靜載重風力 weq ( z ) = 0.5 ρ air [Vdes ,θ ] 2 dC fig C dyn. Km b (C fig C dyn ) = 1.5 g R 2 d (1 + g V I h ). 其中. (34) z h. k. πC fS ς. (35). Km：橫風向加速度之模態修正因子 Cfs：以線性模態一般化之橫風向風力頻譜係數，Cfs 係數 主要以(37)式之 Vn 值加以計算。. 2.橫風向傾倒彎矩 0.5 ρ air [Vdes ,θ ] 2 2 3 πC fS M e = 0 .5 g R b K m h 2 ς (1 + g V I h ) k + 2 . (36). 3.橫風向風力頻譜係數 Vn =. Vdes ,θ. (37). nC b(1 + g V I h ). 2-4.5.3 煙囪及圓斷面構件之橫風向動力反應因子 1.橫風向頂點位移 (38). y max = Kbt / S C. 其中. K：最大頂點位移因子，圓斷面時取 0.5 bt：頂部三分之一部份之平均寬度 SC：Scruton number， SC = 4πmtζ /( ρ air b 2 ). 2. 相當靜載重風力 2-16.
(34) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. weq ( z ) = m( z )(2πn1 ) 2 y max Φ 1 ( z ). 其中. (39). m(z)：隨高度 z 變化之單位高度平均質量 n1：第一模態之自然頻率(Hz) φ1(z)：第一模態 2-4.6 順風向及橫風向反應之合併. ε t = ε a ,m + [ε a2, p + ε c2, p ]0.5. 其中. (40). εa,m ：順風向平均反應作用因子，其值可以下式計算， ε a , m = ε a , p /[Cdyn (1 + 2 gV I h )]，同時式中 [Cdyn (1 + 2 gV I h )] 亦即. 為陣風因子 G。 εa,p：順風向尖峰反應作用因子 εc,p：橫風向尖峰反應作用因子. 2-5 美國風力規範 美國之風力規範於前一年度之計畫中已加以研究，但本年度 ASCE 推出「Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures, ANSI/ASCE7-02」 新版規範，本研究亦一併加以討論比較與前一版本規範之差異。 1.基本設計風速：地況 C 中，高度 10 公尺處之三秒陣風，維持與 ANSI/ASCE7-98 相同。 2.建議之設計方法亦維持三種，簡化設計法、解析設計法及風洞試驗等 三種。 以下就三種方法中較大的改變之處提出說明： 2-5.1 簡化設計法 第 一 種 簡 化 設 計 法 適 用 對 象 包 括 主 要 抗 風 結 構 系 統 (main wind. 2-17.
(35) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. force-resisting system)與部件及外殼(components and cladding)兩大類。在主要 抗風結構系統分類中直接指出用於低層建築(low-rise buildings)，套用低層 建築的定義而不再以屋頂高度規範。簡化設計法之設計風力包括針對主 要抗風結構系統與部件及外殼兩種方法，分述如下： 1.主要抗風結構系統之設計風壓： pS = λIpS 30. 其中. (41) λ：建築物高度與地況之調整因子 I：用途係數 ps30：地況 B、高度 30 英尺、I=1.0 時的簡化設計風壓. 2.部件及外殼之淨設計風壓： pnet = λIpnet 30. 其中. (41). pnet30：地況 B、高度 30 英尺、I=1.0 時的簡化淨設計風壓。 2-5.2 解析設計法. 第二種解析設計法適用對象包括主要抗風結構系統與部件及外殼 兩大類，適用範圍與 ANSI/ASCE7-98 類似。 1.地況分類中保留地況 B、C、D，地況 A 似已加以取消，地況 B 上游區 域須符合地況 B 條件 800 公尺以上(ASCE7-98 為 460 公尺)，地況 D 由 海岸起算延伸至內陸 200 公尺 (ASCE7-98 為 460 公尺)。其餘有關各地 況之物理性質定義均未改變。 2.地形影響因子計算方式不變 3.有關設計風力之計算公式與程序不變 4.部份載重的考慮：為將扭矩影響性納入考慮，在 ASCE7-98 中建議四種 不同的載重作用模式進行分析，ASCE7-02 則建議包含偏心的四種載重 作用模式進行分析，偏心距公式如下：. 2-18.
(36) 建築物風力規範之修訂研究（二）. e=. 第二章 風力規範之現況與比較. eQ + 1.7 I z ( g QQeQ ) 2 + ( g R Re R ) 2. (42). 1 .7 I z ( g Q Q ) 2 + ( g R R ) 2. 其中. eQ：規範所建議之剛性建築物偏心距 eR：建築物勁度中心與質量偏心的距離 2-5.3 風洞試驗法. 利用風洞試驗以決定設計風載重的相關規定並未改變。. 2-6 不同規範設計風載重計算之比較 2-6.1 中層建築物風載重計算 本研究採蔡益超教授有關風力規範研究報告中之設計示範例，分別 以加拿大之風力規範「National Building Code of Canada 1995」 (NBC1995)、 英國之風力規範 BSI 之「Loading for Buildings — Part 2 : Code of practice for wind loads」(BS 6399-2 : 1997)、紐澳之風力規範「AS/NZS 1170.2 2002」等 建議之設計方式加以分析比較。 目標建築物為坐落於台北市，地上 16 層、地下三層屋突 3 層之集 合住宅，建築物寬度及深度均採 24.9 公尺，各樓高度如計算成果表中所 示。結構系統為 RC 韌性立體剛性構架。本建築物屬封閉式建築物，地 況種類為地況 B，基本設計風速為 V10(c)=39.93m/sec，用途係數 I=1.0，結 構基本振動週期 Tx=Ty=2.2179 sec，Tz=1.8658 sec。 I. 依 NBC1995 規範設計 NBC1995 規範中基本設計風速採用小時平均風速，因此本例計算中 採用的基本設計風速須加以調整，依圖 2.1 之 Durst 曲線知 V3 / V3600 = 1.07 ， 所 以 本 例 計 算 中 採 用 的 基 本 設 計 風 速 V= V10 (c) ×. 1 1 = 39.93 × = 37.32 m / sec 。 1.07 1.07. 本範例採用 NBC1995 規範中之 Detail procedure 進行計算，地況採用 2-19.
(37) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. B類 一、順風向風力計算 風壓 p = qCeC g C p ，首先決定計算式中各項係數， 1.Ce 部份： z 0.5 ) ，z 為各高度層距地面高度 12.7 H 0.5 59 0.5 ) = 0.5( ) = 1.08 頂點 CeH = 0.5( 12.7 12.7 Ce = 0.5(. 頂點風速 VH = V CeH = 37.32 × 1.08 = 38.74m / sec 2.Cg 部份： 基地屬地況 B，K=0.1 建築物寬高比 W / H = 24.9 / 59 = 0.422 ，查規範之 fig. B-3 得 B=0.92 建築物自然頻率 n0 = 1 / Tx = 1 / 2.2179 = 0.45Hz ， nV H = 0. H. 0.45 × 59 = 0.685 38.74. 查規範之 fig. B-4 得 s=0.11 n0 = 0.012 ，查規範之 fig. B-5 得 F=0.17 VH. 建築物為鋼筋混凝土建築，臨界阻尼比 β = 0.02 ∴. σ 0 .1 0.11 × 0.17 K sF = (B + )= (0.92 + ) = 0.414 1.08 0.02 CeH µ β. υ = n0. 0.11 × 0.17 sF = 0.45 × = 0.319 0.11 × 0.17 + 0.02 × 0.92 sF + βB. 查規範之 fig. B-6 得 gP=3.9 σ µ. ∴ C g = 1 + g P ( ) = 1 + 3.907 × 0.414 = 2.617. 3.CP 部份： 依規範之 fig. B-14 取迎風面之外壓係數為 0.8、背風面之外壓係數為 -0.5，因此順風向風壓係數 CP=0.8-(-0.5)=1.3 2. 2. 4.風壓 q = C ⋅ V = 650 × 10−6 × V = 650 × 10−6 × 37.322 = 0.9053kPa = 92.28kgf / m 2. 2-20.
(38) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. z 0.5 ) × 2.617 × 1.3kgf / m 2 12.7. 因此設計風壓 p = qCeC g C p = 92.28 × 0.5 × (. 計算範例各高度層順風向設計風力如下表所示： 樓層名稱. 受風面積 (m2). 高程(m). 順風向風壓. 順風向風力. (kgf/m2). (kgf). PHRF. 13.35. 59. 338.45. 4518.25. PH3. 26.7. 56. 329.73. 8803.77. PH2. 26.7. 53. 320.78. 8564.71. ROOF. 50.7. 50. 311.56. 15796.33. 16FL. 74.7. 47. 302.07. 22564.87. 15FL. 74.7. 44. 292.27. 21832.84. 14FL. 74.7. 41. 282.13. 21075.40. 13FL. 74.7. 38. 271.62. 20289.71. 12FL. 74.7. 35. 260.67. 19472.33. 11FL. 74.7. 32. 249.25. 18619.11. 10FL. 74.7. 29. 237.28. 17724.86. 9FL. 74.7. 26. 224.67. 16783.04. 8FL. 74.7. 23. 211.31. 15785.12. 7FL. 74.7. 20. 197.05. 14719.70. 6FL. 74.7. 17. 181.67. 13570.89. 5FL. 74.7. 14. 164.86. 12315.38. 4FL. 74.7. 11. 146.14. 10916.42. 3FL. 74.7. 8. 124.63. 9309.56. 2FL. 75. 5. 98.53. 7389.41 280.05 ton. 總計. II. 依 BS6399-2:1997 規範設計 BS6399-2:1997 規範中基本設計風速採用小時平均風速，因此本例計 算 中 採 用 的 基 本 設 計 風 速 須 加 以 調 整 ， 依 圖 2.1 之 Durst 曲 線 知 V3 = 1.07 ， 所 以 本 範 例 計 算 中 採 用 的 基 本 設 計 風 速 為 V3600 2-21.
(39) 建築物風力規範之修訂研究（二）. V= V10 (c) ×. 第二章 風力規範之現況與比較. 1 1 = 39.93 × = 37.32 m / sec 。 1.07 1.07. 本範例採用 BS6399-2:1997 規範中之 Standard method 進行計算，地況 採用 B 類，依規範計算各項係數如下： dynamic pressure qS = 0.613Ve2 淨風壓 p = qS × Ca × (CPe − CPi ) 受風面上對角線長 a = 24.92 + 592 = 64.04m 本範例基地位置位於台北市，假設其距海岸距離介於 10~100 公里間， 且海拔高度取 50 公尺，由規範中 Fig.4 知屬於 A 類，其 Ca=0.84 QVe = VS × Sb ，而 VS = Vb × S a × S d × S S × S p. 取基本風速 Vb = 37.32m / sec ，有效高度 He 取建築物屋頂高度 59 公尺， 查規範中 Table 4，得 Sb=2.04 S a = 1 + 0.001∆ S = 1 + 0.001 × 50 = 1.05 ，Sd、SS 及 SP 皆採 1.0 ∴VS = Vb × S a × S d × S S × S P = 37.32 × 1.05 × 1 × 1 × 1 = 39.186. 有效風速 Ve = VS × Sb = 39.186 × 2.04 = 79.94 qS = 0.613Ve2 = 3917.26 Pa = 399kgf / m 2. 建築物寬高比 D/H=24.9/59 < 1，CP 值採用 1.2 順風向風壓 p = qS × Ca × CP = 399 × 0.84 × 1.2 = 402kgf / m 2 順風向風力計算如下表所示： 樓層名稱. 受風面積 (m2). z. 順風向風壓. 順風向風力. (Pa). (kgf). PHRF. 13.35. 59. 3948.60. 5373.48. PH3. 26.7. 56. 3948.60. 10746.96. PH2. 26.7. 53. 3948.60. 10746.96. ROOF. 50.7. 50. 3948.60. 20407.14. 16FL. 74.7. 47. 3948.60. 30067.33. 15FL. 74.7. 44. 3948.60. 30067.33. 14FL. 74.7. 41. 3948.60. 30067.33. 2-22.
(40) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. 13FL. 74.7. 38. 3948.60. 30067.33. 12FL. 74.7. 35. 3948.60. 30067.33. 11FL. 74.7. 32. 3948.60. 30067.33. 10FL. 74.7. 29. 3948.60. 30067.33. 9FL. 74.7. 26. 3948.60. 30067.33. 8FL. 74.7. 23. 3948.60. 30067.33. 7FL. 74.7. 20. 3948.60. 30067.33. 6FL. 74.7. 17. 3948.60. 30067.33. 5FL. 74.7. 14. 3948.60. 30067.33. 4FL. 74.7. 11. 3948.60. 30067.33. 3FL. 74.7. 8. 3948.60. 30067.33. 2FL. 75. 5. 3948.60. 30188.08. 總和. 1238.25m2. 498.41 ton. III. 依 AS/NZS 1170.2 2002 規範設計 AS/NZS 1170.2 2002 規範中分析步驟如下： Step1.決定基地風速 Step2.決定設計風速 Step3.決定設計風壓 Step4.計算風力作用 以下依此步驟進行計算： 1. 決定基地風速 Vsit , β = VR M d ( M z , cat M S M t ). 區域設計風速(regional wind speed, VR)採用 3 秒陣風，因此本例計算中 採用的基本設計風速須加以調整，依圖 2.1 之 Durst 曲線知. V3 = 1.07 、 V3600. V600 = 1.52 ， 所 以 本 範 例 計 算 中 採 用 的 區 域 設 計 風 速 為 V3600 1 1 VR= V10 (c) × 1.52 × = 39.93 × 1.52 × = 56.72 m / sec 。 1.07 1.07. Md 取 1.0. Mz,cat 依規範中 Table 4.1(a)採用市郊、category 3，z 取 59m，內插得 2-23.
(41) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. Mz,cat=1.088 MS 取 1.0 Mt 取 1.0 ∴Vsit , β = VR M d ( M z ,cat M s M t ) = 56.72 × 1.0 × (1.088 × 1.0 × 1.0) = 61.71m / sec. 2. 決定設計風速 Vdes ,θ 取與 Vsit , β 相同，∴Vdes ,θ = 61.71m / sec. 3.決定設計風壓 設計風壓以 p = 0.5ρ air [Vdes ,θ ] 2 C fig C dyn 計算 (1)Cfig 的計算： 對於封閉式建築物： 外壓之 C fig = C P ,e K a K c K l K p 內壓之 C fig = C P ,i K c 依規範 Table 5.2(A)，取屋頂風速為參考風速時， 0.8, h > 25m C P ,e = 0.7, h < 25m. Ka 依規範 Table5.4 取 0.8，Kc 依規範 Table5.5 取 1.0 Kl 與 Kp 取 1.0 外壓 C fig = 0.8 × 0.8 ×1×1 = 0.64 內壓之 CP,i 取-0.3，∴ C fig = −0.3 ×1 = −0.3 設計風壓所採用的 C fig = 0.64 − (−0.3) = 0.94 (2)Cdyn 的計算： Tx=2.2179sec，nx=0.45Hz，介於 1~0.2 之間 (A)順風向風載重計算： C dyn =. 1 + 2 I h [ g v2 BS +. H S g R2 SEt. ζ. ]0.5. (1 + 2 g v I h ). h 取 59m，gv 取 3.7，s 表各樓層高度，由規範 Table 6.1，Ih=0.184 BS =. 1 隨 s 而變，於表中計算： [36(h − s ) 2 + 64bsh2 ]0.5 1+ Lh 2-24.
(42) 建築物風力規範之修訂研究（二）. Lh = 85(. 第二章 風力規範之現況與比較. h 0.25 ) = 132.47m ，bsh=24.9m 10. Hs=1+(s/h)2 尖峰因子 g R = 2 ln(600nc ) = 3.346 1. S= [1 + Q Et =. 3.5na h(1 + g v I h ) 4n b (1 + g v I h ) ][1 + a sh ] Vdes ,θ Vdes ,θ. =. 1 = 0.128 [1 + 2.53][1 + 1.22]. πN (1 + 70.8 N 2 ) 5 / 6. 其中 N = na Lh [1 + ( g v I h )] / Vdes ,θ = 1.624 ∴ Et =. π × 1.624 (1 + 70.8 ×1.624 2 ) 5 / 6. = 0.065. 列表計算各高度層的 Cdyn 與 p。 (B)橫風向相當靜載重： 橫風向相當靜載重 weq ( z ) = 0.5ρ air [Vdes ,θ ]2 dC fig C dyn πC fs Km b z (C fig C dyn ) = 1.5 g R ( ) ( )k 2 d (1 + g v I h ) h ζ. 其中 k=1.0，Km=0.76+0.24k=1.0 Vn =. Vdes ,θ nc b(1 + g v I h ). =. 61.71 = 3.306 0.45 × 24.9(1 + 3.7 × 0.18). 以規範中 3:1:1 建築物模擬， log10 C fs = 0.000353Vn4 − 0.0134Vn3 + 0.15Vn2 − 0.345Vn − 3.109 = −3.052 ∴ C fs = 8.87 × 10 −4. 24.9 1 z 1.0 π × 8.87 × 10 −4 ∴ (C fig Cdyn ) = 1.5 × 3.346( ) ( ) 24.9 (1 + 3.7 × 0.18) 2 59 0.02. 列表計算各高度層的 weq(z)。 (C)橫風向傾倒彎矩計算： 橫風向傾倒彎矩 M c = 0.5 g R b[. 0.5 ρ air [Vdes ,θ ]2 (1 + g v I h ). 2. ]h 2 (. πC fs 3 )K m ζ k +2. 其中使用之係數已於前節計算中推得，可計算：. 2-25.
(43) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. 0.5 × 1.125 × 61.712 3 π × 8.87 × 10 −4 2 M c = 0.5 × 3.7 × 24.9 × [ ]× h × ( )K m (1 + 3.7 × 0.18) 2 k+2 0.02 = 46193454.81N ⋅ m = 4708.8t ⋅ m. 綜合以上風力計算推導並利用 Excel 計算，成果如下表所示： 樓層. 受風. z. 順風向風壓. 順風向風力. 橫風向風壓. 橫風向風力. 名稱. 面積. (m). (Pa). (kgf). (Pa). (kgf). PHRF. 13.35. 59. 2200.09. 2994.00. 8613.72. 11722.04. PH3. 26.7. 56. 2179.30. 5931.42. 4087.87. 11126.00. PH2. 26.7. 53. 2158.08. 5873.68. 3868.88. 10529.97. ROOF. 50.7. 50. 2136.52. 11041.93. 1922.13. 9933.93. 16FL. 74.7. 47. 2114.71. 16102.87. 1226.3. 9337.89. 15FL. 74.7. 44. 2092.83. 15936.25. 1148.03. 8741.86. 14FL. 74.7. 41. 2071.05. 15770.41. 1069.75. 8145.82. 13FL. 74.7. 38. 2049.56. 15606.75. 991.478. 7549.79. 12FL. 74.7. 35. 2028.54. 15446.69. 913.203. 6953.75. 11FL. 74.7. 32. 2008.16. 15291.52. 834.929. 6357.72. 10FL. 74.7. 29. 1988.59. 15142.47. 756.654. 5761.68. 9FL. 74.7. 26. 1969.96. 15000.62. 678.379. 5165.64. 8FL. 74.7. 23. 1786.24. 13601.66. 600.105. 4569.61. 7FL. 74.7. 20. 1771.26. 13487.60. 521.83. 3973.57. 6FL. 74.7. 17. 1757.46. 13382.47. 443.556. 3377.54. 5FL. 74.7. 14. 1744.90. 13286.85. 365.281. 2781.50. 4FL. 74.7. 11. 1733.66. 13201.28. 287.006. 2185.46. 3FL. 74.7. 8. 1723.80. 13126.18. 208.732. 1589.43. 2FL. 75. 5. 1715.36. 13114.37. 3248.40. 1655.66. 總和. 243.34 ton. 2-26. 121.46 ton.
(44) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. 2-6.2 高層建築物風載重計算 目標建築物為坐落於高雄市，地上 52 層之封閉式高層建築，結構 系統採鋼構造。地況種類為地況 B，基本設計風速為 V10(c)=37.91m/sec， 用途係數 I=1.0，結構基本振動週期 Tx=Ty=5 sec，Tz=3.5 sec，結構之阻尼 比為 1.5%。分別以國內規範、ANSI/ASCE 7-98、AIJ 1993 等建議之設計方 式加以分析比較。 I. 依 NBC1995 規範設計 NBC1995 規範中基本設計風速採用小時平均風速，因此本例計算中 採用的基本設計風速須加以調整，依圖 2.1 之 Durst 曲線知 V3 / V3600 = 1.07 ， 所 以 本 例 計 算 中 採 用 的 基 本 設 計 風 速 V= V10 (c) ×. 1 1 = 37.91 × = 35.43 m / sec 。 1.07 1.07. 本範例採用 NBC1995 規範中之 Detail procedure 進行計算，地況採用 B類 一、順風向風力計算 風壓 p = qCeC g C p ，首先決定計算式中各項係數， 1.Ce 部份： z 0.5 ) ，z 為各高度層距地面高度 12.7 H 0.5 158 0.5 ) = 0.5( ) = 1.764 頂點 CeH = 0.5( 12.7 12.7 Ce = 0.5(. 頂點風速 VH = V CeH = 35.43 × 1.764 = 47.06m / sec 2.Cg 部份： 基地屬地況 B，K=0.1 建築物寬高比 W / H = 40 / 158 = 0.0.253 ，查規範之 fig. B-3 得 B=0.63 建築物自然頻率 n0 = 1/ Tx = 1 / 5 = 0.2 Hz ， 查規範之 fig. B-4 得 s=0.15. 2-27. n0 H 0.2 ×158 = = 0.671 47.06 VH.
(45) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. n0 = 0.0042 ，查規範之 fig. B-5 得 F=0.3 VH. 建築物為鋼筋混凝土建築，臨界阻尼比 β = 0.015 ∴. σ sF 0.15 × 0.3 K 0 .1 ) = 0.4536 (0.63 + = (B + )= µ β 0.015 CeH 1.764 sF 0.15 × 0.3 = 0.2 × = 0.182 sF + βB 0.15 × 0.3 + 0.015 × 0.63. υ = n0. 查規範之 fig. B-6 得 gP=3.75 σ µ. ∴ C g = 1 + g P ( ) = 1 + 3.75 × 0.4536 = 2.706. 3.CP 部份： 依規範之 fig. B-14 取迎風面之外壓係數為 0.8、背風面之外壓係數為 -0.5，因此順風向風壓係數 CP=0.8-(-0.5)=1.3 2. 2. 4.風壓 q = C ⋅ V = 650 × 10 −6 × V = 650 × 10 −6 × 35.432 = 0.8159kPa = 83.17kgf / m 2 z 0.5 ) × 2.706 × 1.3kgf / m 2 12.7. 因此設計風壓 p = qCe C g C p = 83.17 × 0.5 × (. 計算範例各高度層順風向設計風力如下表所示： 樓層名稱. 受風面積 (m2). 高程(m). 順風向風壓. 順風向風力. (kgf/m2). (kgf). ROOF. 120. 158. 515.98. 61917.10. 52FL. 120. 155. 511.05. 61326.46. 51FL. 120. 152. 506.08. 60730.08. 50FL. 120. 149. 501.06. 60127.78. 49FL. 120. 146. 495.99. 59519.39. 48FL. 120. 143. 490.87. 58904.72. 47FL. 120. 140. 485.70. 58283.56. 46FL. 120. 137. 480.46. 57655.71. 45FL. 120. 134. 475.17. 57020.95. 44FL. 120. 131. 469.83. 56379.04. 2-28.
(46) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. 43FL. 120. 128. 464.41. 55729.74. 42FL. 120. 125. 458.94. 55072.79. 41FL. 120. 122. 453.40. 54407.90. 40FL. 120. 119. 447.79. 53734.79. 39FL. 120. 116. 442.11. 53053.14. 38FL. 120. 113. 436.36. 52362.61. 37FL. 120. 110. 430.52. 51662.86. 36FL. 120. 107. 424.61. 50953.49. 35FL. 120. 104. 418.62. 50234.11. 34FL. 120. 101. 729.87. 87584.50. 33FL. 120. 98. 1031.54. 123784.34. 32FL. 120. 95. 1323.39. 158806.76. 31FL. 120. 92. 1605.19. 192623.16. 30FL. 120. 89. 1876.69. 225203.05. 29FL. 120. 86. 2137.62. 256513.84. 28FL. 120. 83. 2387.67. 286520.60. 27FL. 120. 80. 2626.55. 315185.81. 26FL. 120. 77. 2853.91. 342469.03. 25FL. 120. 74. 3069.39. 368326.54. 24FL. 120. 71. 3272.59. 392710.94. 23FL. 120. 68. 3463.09. 415570.60. 22FL. 120. 65. 3640.41. 436849.09. 21FL. 120. 62. 3804.04. 456484.45. 20FL. 120. 59. 3953.40. 474408.35. 19FL. 120. 56. 4087.87. 490544.98. 18FL. 120. 53. 4206.75. 504809.76. 17FL. 120. 50. 4309.23. 517107.73. 16FL. 120. 47. 4394.43. 527331.46. 15FL. 120. 44. 4461.32. 535358.44. 14FL. 120. 41. 4508.73. 541047.64. 2-29.
(47) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. 13FL. 120. 38. 4535.29. 544234.96. 12FL. 120. 35. 4539.39. 544727.14. 11FL. 120. 32. 4519.11. 542293.28. 10FL. 120. 29. 4472.11. 536652.88. 9FL. 120. 26. 4395.48. 527458.18. 8FL. 120. 23. 4285.56. 514267.49. 7FL. 120. 20. 4137.52. 496502.38. 6FL. 120. 17. 3944.80. 473375.53. 5FL. 120. 14. 3697.99. 443758.89. 4FL. 120. 11. 3382.64. 405917.32. 3FL. 120. 8. 2974.04. 356884.71. 2FL. 120. 5. 2421.79. 290614.87 1467.38 ton. 總計. II. 依 BS6399-2:1997 規範設計 BS6399-2:1997 規範中基本設計風速採用小時平均風速，因此本例計 算 中 採 用 的 基 本 設 計 風 速 須 加 以 調 整 ， 依 圖 2.1 之 Durst 曲 線 知 V3 = 1.07 ， 所 以 本 範 例 計 算 中 採 用 的 基 本 設 計 風 速 為 V3600 1 1 V= V10 (c) × = 37.91 × = 35.43 m / sec 。 1.07 1.07. 本範例採用 BS6399-2:1997 規範中之 Standard method 進行計算，地況 採用 B 類，依規範計算各項係數如下： dynamic pressure qS = 0.613Ve2 淨風壓 p = qS × Ca × (CPe − CPi ) 受風面上對角線長 a = 40 2 + 1582 = 162.98m 本範例基地位置位於台北市，假設其距海岸距離介於 10~100 公里 間，且海拔高度取 50 公尺，由規範中 Fig.4 知屬於 A 類，其 Ca=0.78 QVe = VS × Sb ，而 VS = Vb × S a × S d × S S × S p. 取基本風速 Vb = 35.43m / sec ，有效高度 He 取建築物屋頂高度 158 公 2-30.
(48) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. 尺，查規範中 Table 4，得 Sb=2.12 S a = 1 + 0.001∆ S = 1 + 0.001 × 50 = 1.05 ，Sd、SS 及 SP 皆採 1.0 ∴VS = Vb × S a × S d × S S × S P = 35.43 × 1.05 × 1 × 1 × 1 = 37.2. 有效風速 Ve = VS × S b = 37.2 × 2.12 = 78.87 q S = 0.613Ve2 = 3812.86 Pa = 388.67kgf / m 2. 建築物寬高比 D/H=40/158 < 1，CP 值採用 1.2 順風向風壓 p = q S × C a × C P = 388.67 × 0.78 ×1.2 = 363.8kgf / m 2 順風向風力計算如下表所示： 樓層名稱. 受風面積 (m2). z. 順風向風壓. 順風向風力. (Pa). (kgf). ROOF. 120. 158. 3568.84. 43655.49. 52FL. 120. 155. 3568.84. 43655.49. 51FL. 120. 152. 3568.84. 43655.49. 50FL. 120. 149. 3568.84. 43655.49. 49FL. 120. 146. 3568.84. 43655.49. 48FL. 120. 143. 3568.84. 43655.49. ……. ……. ……. ……. ……. 8FL. 120. 23. 3568.84. 43655.49. 7FL. 120. 20. 3568.84. 43655.49. 6FL. 120. 17. 3568.84. 43655.49. 5FL. 120. 14. 3568.84. 43655.49. 4FL. 120. 11. 3568.84. 43655.49. 3FL. 120. 8. 3568.84. 43655.49. 2FL. 120. 5. 3568.84. 43655.49. 總和. 6240m2. 2270.09 ton. III. 依 AS/NZS 1170.2 2002 規範設計 AS/NZS 1170.2 2002 規範中分析步驟如下： 2-31.
(49) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. Step1.決定基地風速 Step2.決定設計風速 Step3.決定設計風壓 Step4.計算風力作用 以下依此步驟進行計算： 1. 決定基地風速 Vsit , β = VR M d ( M z , cat M S M t ). 區域設計風速(regional wind speed, VR)採用 3 秒陣風，因此本例計算中 採用的基本設計風速須加以調整，依圖 2.1 之 Durst 曲線知. V3 = 1.07 、 V3600. V600 = 1.52 ， 所 以 本 範 例 計 算 中 採 用 的 區 域 設 計 風 速 為 V3600. VR= V10 (c) × 1.52 ×. 1 1 = 37.91 × 1.52 × = 53.83 m / sec 。 1.07 1.07. Md 取 1.0 Mz,cat 依規範中 Table 4.1(a)採用市郊、category 3，z 取 158m，內插得 Mz,cat=1.21 MS 取 1.0 Mt 取 1.0 ∴Vsit ,β = VR M d ( M z ,cat M s M t ) = 53.83 × 1.0 × (1.21× 1.0 × 1.0) = 65.14m / sec. 2. 決定設計風速 Vdes ,θ 取與 Vsit , β 相同，∴Vdes ,θ = 65.14m / sec. 3.決定設計風壓 設計風壓以 p = 0.5ρ air [Vdes ,θ ] 2 C fig C dyn 計算 (1)Cfig 的計算： 對於封閉式建築物： 外壓之 C fig = C P ,e K a K c K l K p 內壓之 C fig = C P ,i K c 依規範 Table 5.2(A)，取屋頂風速為參考風速時，. 2-32.
(50) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. 0.8, h > 25m C P ,e = 0.7, h < 25m. Ka 依規範 Table5.4 取 0.8，Kc 依規範 Table5.5 取 1.0 Kl 與 Kp 取 1.0 外壓 C fig = 0.8 × 0.8 ×1×1 = 0.64 內壓之 CP,i 取-0.3，∴ C fig = −0.3 ×1 = −0.3 設計風壓所採用的 C fig = 0.64 − (−0.3) = 0.94 (2)Cdyn 的計算： Tx=5sec，nx=0.2Hz，介於 1~0.2 之間 (A)順風向風載重計算： C dyn =. 1 + 2 I h [ g v2 BS +. H S g R2 SEt. ζ. ]0.5. (1 + 2 g v I h ). h 取 158m，gv 取 3.7，s 表各樓層高度，由規範 Table 6.1，Ih=0.15 BS =. 1 隨 s 而變，於表中計算： [36(h − s ) 2 + 64bsh2 ]0.5 1+ Lh. Lh = 85(. h 0.25 ) = 169.47m ，bsh=40m 10. Hs=1+(s/h)2 尖峰因子 g R = 2 ln(600nc ) = 3.094 S=. 1 1 = = 0.099 3.5na h(1 + g v I h ) 4na bsh (1 + g v I h ) [1 + 2.64][1 + 1.764] [1 + ][1 + ] Vdes ,θ Vdes ,θ. Q Et =. πN (1 + 70.8 N 2 ) 5 / 6. 其中 N = na Lh [1 + ( g v I h )] / Vdes ,θ = 0.809 ∴ Et =. π × 0.809 (1 + 70.8 × 0.809 2 ) 5 / 6. = 0.102. 列表計算各高度層的 Cdyn 與 p。 (B)橫風向相當靜載重： 橫風向相當靜載重 weq ( z ) = 0.5ρ air [Vdes ,θ ]2 dC fig C dyn 2-33.
(51) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. Km b z k πC fs ( ) (C fig C dyn ) = 1.5 g R ( ) d (1 + g v I h ) 2 h ζ. 其中 k=1.0，Km=0.76+0.24k=1.0 Vn =. Vdes ,θ nc b(1 + g v I h ). =. 65.14 = 5.236 0.2 × 40(1 + 3.7 × 0.15). 以規範中 3:1:1 建築物模擬， log10 C fs = 0.000353Vn4 − 0.0134Vn3 + 0.15Vn2 − 0.345Vn − 3.109 = −2.461 ∴ C fs = 3.457 × 10 −3. ∴ (C fig C dyn ) = 1.5 × 3.094(. 40 1 z 1.0 π × 3.457 × 10 −3 ) ( ) 40 (1 + 3.7 × 0.15) 2 158 0.015. 列表計算各高度層的 weq(z)。 (C)橫風向傾倒彎矩計算： 橫風向傾倒彎矩 M c = 0.5 g R b[. 0.5 ρ air [Vdes ,θ ]2 (1 + g v I h ). 2. ]h 2 (. πC fs 3 )K m k +2 ζ. 其中使用之係數已於前節計算中推得，可計算： M c = 0.5 × 3.094 × 40 × [. 0.5 ×1.2 × 65.14 2 3 π × 3.457 ×10 −3 2 K × × ] 158 ( ) m (1 + 3.7 × 0.15) 2 1+ 2 0.015. = 1.38398 ×10 9 N ⋅ m = 141.08 × 10 3 t ⋅ m. 綜合以上風力計算推導並利用 Excel 計算，成果如下表所示： 樓層. 受風. z. 順風向風壓. 順風向風力. 橫風向風壓. 橫風向風力. 名稱. 面積. (m). (Pa). (kgf). (Pa). (kgf). ROOF. 120. 158. 2836.95. 34702.74. 166357.66. 50873.90. 52FL. 120. 155. 2823.75. 34541.28. 163198.97. 49907.94. 51FL. 120. 152. 2810.37. 34377.56. 160040.28. 48941.98. 50FL. 120. 149. 2796.80. 34211.65. 156881.59. 47976.02. 49FL. 120. 146. 2783.07. 34043.71. 153722.90. 47010.06. 48FL. 120. 143. 2769.20. 33873.97. 150564.21. 46044.10. 47FL. 120. 140. 2755.20. 33702.72. 147405.52. 45078.14. 46FL. 120. 137. 2741.10. 33530.31. 144246.83. 44112.18. 2-34.
(52) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. 45FL. 120. 134. 2726.94. 33357.09. 141088.14. 43146.22. 44FL. 120. 131. 2712.75. 33183.46. 137929.45. 42180.26. 43FL. 120. 128. 2698.55. 33009.80. 134770.76. 41214.30. 42FL. 120. 125. 2684.38. 32836.49. 131612.07. 40248.34. 41FL. 120. 122. 2670.27. 32663.90. 128453.38. 39282.38. 40FL. 120. 119. 2656.25. 32492.37. 125294.69. 38316.42. 39FL. 120. 116. 2642.34. 32322.23. 122136.00. 37350.46. 38FL. 120. 113. 2628.57. 32153.76. 118977.31. 36384.50. 37FL. 120. 110. 2614.96. 31987.25. 115818.62. 35418.54. 36FL. 120. 107. 2601.52. 31822.93. 112659.93. 34452.58. 35FL. 120. 104. 2588.29. 31661.03. 109501.24. 33486.62. 34FL. 120. 101. 2575.27. 31501.74. 106342.55. 32520.66. 33FL. 120. 98. 2562.47. 31345.25. 103183.86. 31554.70. 32FL. 120. 95. 2549.92. 31191.71. 100025.17. 30588.74. 31FL. 120. 92. 2537.62. 31041.27. 96866.49. 29622.78. 30FL. 120. 89. 2525.59. 30894.06. 93707.80. 28656.82. 29FL. 120. 86. 2513.83. 30750.20. 90549.11. 27690.86. 28FL. 120. 83. 2502.35. 30609.80. 87390.42. 26724.90. 27FL. 120. 80. 2491.16. 30472.96. 84231.73. 25758.94. 26FL. 120. 77. 2480.28. 30339.77. 81073.04. 24792.98. 25FL. 120. 74. 2469.69. 30210.33. 77914.35. 23827.02. 24FL. 120. 71. 2459.42. 30084.70. 74755.66. 22861.06. 23FL. 120. 68. 2449.47. 29962.97. 71596.97. 21895.10. 22FL. 120. 65. 2439.85. 29845.21. 68438.28. 20929.14. 21FL. 120. 62. 2430.55. 29731.48. 65279.59. 19963.18. 20FL. 120. 59. 2421.59. 29621.85. 62120.90. 18997.22. 19FL. 120. 56. 2412.96. 29516.39. 58962.21. 18031.26. 18FL. 120. 53. 2404.69. 29415.15. 55803.52. 17065.30. 17FL. 120. 50. 2396.76. 29318.19. 52644.83. 16099.34. 16FL. 120. 47. 2389.19. 29225.56. 49486.14. 15133.38. 15FL. 120. 44. 2381.98. 29137.32. 46327.45. 14167.42. 2-35.
(53) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. 14FL. 120. 41. 2375.12. 29053.51. 43168.76. 13201.46. 13FL. 120. 38. 2368.64. 28974.19. 40010.07. 12235.50. 12FL. 120. 35. 2362.53. 28899.39. 36851.38. 11269.54. 11FL. 120. 32. 2356.78. 28829.17. 33692.69. 10303.58. 10FL. 120. 29. 2351.42. 28763.55. 30534.00. 9337.61. 9FL. 120. 26. 2346.44. 28702.58. 27375.31. 8371.65. 8FL. 120. 23. 2341.83. 28646.28. 24216.62. 7405.69. 7FL. 120. 20. 2138.67. 26161.10. 21057.93. 6439.73. 6FL. 120. 17. 2135.17. 26118.24. 17899.24. 5473.77. 5FL. 120. 14. 2132.02. 26079.73. 14740.55. 4507.81. 4FL. 120. 11. 2129.23. 26045.60. 11581.86. 3541.85. 3FL. 120. 8. 2126.80. 26015.85. 8423.17. 2575.89. 2FL. 120. 5. 2124.72. 25990.50. 5264.48. 2683.22. 1592.97. 總和. 2-36. 1365.65.
(54) 建築物風力規範之修訂研究（二）. 第二章 風力規範之現況與比較. 2-6.3 招牌結構物設計風力計算 目標建築物假設為坐落於台南地區平坦地形之公路旁大型招牌，招 牌本身高 6 公尺、寬 10 公尺、厚 0.6 公尺，裝置於圓柱支撐之上，圓柱 之稱直徑 1 公尺、高 16 公尺。設結構之自然頻率為 0.7Hz，阻尼比為 1%。 I. 依 NBC1995 規範分析 NBC1995 規範中基本設計風速採用小時平均風速，因此本例計算中 採用的基本設計風速須加以調整，依圖 2.1 之 Durst 曲線知 V600 / V3600 = 1.07 ， 所 以 本 例 計 算 中 採 用 的 基 本 設 計 風 速 V= V10 (c) ×. 1 1 = 33.24 × = 31.06 m / sec 。 1.07 1.07. 本範例採用 NBC1995 規範中之 Detail procedure 進行計算，地況採用 B類 一、順風向風力計算 風壓 p = qCeC g C p ，首先決定計算式中各項係數， 1.Ce 部份： z 0.5 ) ，z 為各高度層距地面高度 12.7 H 0.5 22 0.5 ) = 0.5( ) = 0.658 頂點 CeH = 0.5( 12.7 12.7 Ce = 0.5(. 頂點風速 VH = V CeH = 31.06 × 0.658 = 25.19m / sec 2.Cg 部份： 基地屬地況 C，K=0.1 建築物寬高比 W / H = 10 / 22 = 0.454 ，查規範之 fig. B-3 得 B=1.22 建築物自然頻率 n0 = 0.7 Hz ，. n0 H 0.7 × 22 = = 0.611 25.19 VH. 查規範之 fig. B-4 得 s=0.1 n0 = 0.0278 ，查規範之 fig. B-5 得 F=0.095 VH. 2-37.
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