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開放式建築物不使用風壓係數而用風力係數,但要乘上建築物該處投影在風向垂直之平面上的面積,才得設計風力。

【解說】. 風速隨距地面高度增加而遞增。

因作用 ... ::: 首頁 設為首頁 網站導覽 下載專區 常見問題 English 關於公報 公報瀏覽 公報查詢 網路資源 會員專區 行政院公報資訊網-每日即時刊登行政院及所屬各機關公布之法令規章等資訊 內政部令 中華民國95年9月22日 台內營字第0950805664號 訂定「建築物耐風設計規範及解說」,自中華民國九十六年一月一日生效。

 附「建築物耐風設計規範及解說」 部  長 李逸洋   建築物耐風設計規範及解說 第一章 總 則 1.1   適用範圍 本規範依據建築技術規則建築構造編第32條第2項規定訂定之。

本規範適用於封閉式、部分封閉式與開放式建築物結構或地上獨立結構物、局部構材及外部被覆物設計風力之計算,並提供耐風設計之其他相關規定。

【解說】 封閉式、部分封閉式與開放式建築物或地上獨立結構物設計風力之計算方式規定於第二章;局部構材及外部被覆物之設計風力在第三章中規定;最高樓層側向加速度之控制,規定於第四章中;第五章為風洞試驗的相關規定;第六章則為其他風力相關規定。

      第二章 建築物設計風力之計算 2.1   適用範圍 規則性封閉式、部分封閉式與開放式建築物或地上獨立結構物主要風力抵抗系統所應承受之設計風力,依本章規定的方法計算之。

若有可靠之試驗結果或文獻提供證明,在計算時可考慮由其他鄰近建築物或障礙物之遮蔽所造成之風速壓折減,或考慮透氣性外牆之風壓折減。

【解說】 封閉式或部分封閉式建築物使用各面不同的風壓係數,來計算主要風力抵抗系統所受的風力。

開放式建築物使用風力係數及投影面積,來計算設計風力。

本章所規定之風力,使用於建築物整體抵抗風力結構系統之分析與設計,至於局部構材及外部被覆物之設計風力,應考慮局部風壓之提高及內風壓效應,不得以本章規定之風力設計,應依照第三章之規定設計之。

  【解說】 本規範設計風力計算式,主要係參照美國ASCE 7-02之規定。

其中,風速壓q係表示風速受阻而完全靜止時,作用在建築物表面上之風壓力。

由於建築物並非無窮大,風可從四面八方流過,因此作用在建築物表面上的風壓,應乘以風壓係數Cp。

上述之風壓係數並沒有計及動態行為,因此應考慮風壓係以平均風壓為中心,有忽大忽小的變化。

此外,也應計及其對建築物的動態效應。

上述兩種效應,以陣風反應因子表示之。

封閉式或部分封閉式建築物在求得設計風壓p後,要乘以作用在建築物的表面積,才可得該處的設計風力。

開放式建築物不使用風壓係數而用風力係數,但要乘上建築物該處投影在風向垂直之平面上的面積,才得設計風力。

  【解說】 風速隨距地面高度增加而遞增。

因作用在建築物上之風壓力與風速之平方成正比,故風速之垂直分布情形甚為重要。

風因受地表糙度的影響而形成邊界層,風速隨高度增加至梯度高(gradient height)zg後,保持均勻分布,其速度稱為梯度風速(gradient velocity)。

風速與高度z之關係通常以下式表示:   事實上,參考高度不一定取10公尺,取任何高度時,指數律風速分布照樣成立。

α值與zg值隨地況種類而異。

α值尚與風速平均時間有關,平均時間愈長,α值愈大,地況A、B與C,相對於10分鐘平均風速之α值分別取為0.32、0.25與0.15。

2.4   基本設計風速 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: (一)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。

(二)每秒四十二.五公尺區: 基隆市。

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。

(三)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。

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。

(四)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。

(五)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、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。

(六)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。

【解說】 本規範採用之原始資料,係依據中央氣象局所屬24個測站1947年至1991年間,所發生之128個侵臺颱風最大十分鐘平均風速資料。

由於原始風速資料並不完整,且各個測站之設立年代,位置變遷及風速計高度更新,皆會影響資料之一致性與連續性,因此在作統計分析前,須先對資料作合理的更正與補齊。

基本上考慮了測站位置與地況之改變,及風速計高度之改變,使資料具有一致性;而以「相關係數法」補齊部份測站資料。

以密合度試驗(Goodness-of-fit)的統計方法證明,各測站由每個颱風所造成之最大十分鐘平均風速,可用TypeⅠ極值分佈來描述,其累積分佈函數可表示如下: FV(v) =exp(-exp(-α(v-u)))       (C2.2) 其中,   其中, 及 為颱風風速之平均值與標準差。

由於颱風可能發生在任何時間,若假設各颱風間並無任何的相關性,且在小區間Δt裡,颱風發生的機率與Δt成正比,則可將颱風之發生模擬成包生過程(Poisson Process),故每年最大風速V1大於某一風速v*的機率可表為: P(V1>v*) =1-exp{-[1-Fv(v*)]λ}     (C2.5) 其中,颱風發生率λ為2.884次/年。

欲求n年回歸期風速,即為求解 ,使得P(V1> )=1/n。

若將其中各測站50年回歸期風速修正為平坦開闊地況,且高度離地10公尺之風速,即得各測站基本設計風速。

利用電腦繪圖,可繪出臺灣地區基本風速分佈圖。

再按行政區域劃分成各級風速區。

2.5   用途係數 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。

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。

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。

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。

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。

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。

【解說】 建築物應依其重要性不同,採用100年、50年及25年回歸期風速為其設計風速。

本節建築物之分類,大致按照耐震設計規範的相關規定,以求兩者統一。

消防、警務及電信單位之建築物必須係執行公務者,用途係數才用1.1。

醫院也必須具有急救用途及手術設備者才屬第一類建築物。

發電廠、自來水廠也必須直接與供電、供水相關的廠房、建築物才屬第一類建築物。

對於大樓中只有部份面積做為公眾使用場地時,是否必須使用I =1.1,本規範規定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才適用。

如一棟建築物僅供單種用途使用時,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。

利用前節解說中之方式,可求得各測站25年、50年與100年回歸期風速,經統計分析,24個測站100年與25年風速和50年風速之比值平均值分別為1.098與0.901,標準差分別為0.006與0.007。

為保守起見,可定義用途係數為平均值加上一倍標準差,亦即一般結構的用途係數為1;較重要結構之用途係數為1.1;而重要性較低之結構其用途係數為0.9。

  【解說】 風吹至建築物上而完全靜止時,對建築物產生之壓力稱為風速壓(velocity pressure),其與風速的關係如下:   其中,ρ為空氣的密度,取溫度25°C及一大氣壓力下之條件,上式右邊變為0.06V2。

高空中之梯度風速是不隨地面糙度而變化的,因此已知某地況種類某高度之風速,即可推求任一地況下任一高度之風速。

譬如假設地況C高度10公尺處的風速為V10(C),則高度300公尺處之梯度風速由式(2.5)為 ,即為1.666V10(C)。

故任一地況,高度z處之風速可由Vz/Vzg=(z/zg)α求得為1.666V10(C)(z/zg)α。

由以上說明,在未考慮特殊地形情況下,任一地況、任一高度之設計風速壓q(z)如下:     其中,   稱為風速壓地況係數,與地況及高度有關。

為保守計,當高度小於5公尺時,亦採用5公尺處之風速壓地況係數。

此外,式(2.6)亦含有用途係數I,對需以100年或25年回歸期設計之建築物給予適當的I值,如2.5節之規定。

地形係數Kzt代表在獨立山丘或山脊之上半部或懸崖近頂端處,假設風沿最陡坡吹襲所造成之平均風速局部加速效應,其值由式(2.8)決定。

其中參數K2與加速效應之水平衰減率有關,列於表2.3(b)中,由下式計算而得:   其中,μ為水平衰減係數,其值由下表決定。

參數K3與加速效應之垂直衰減率有關,列於表2.3(c)中,由下式計算而得:   其中,γ為高度衰減係數,其值由下表決定。

參數K1與地形特徵和最大頂端加速有關,列於表2.3(a)中,由下表計算而得:   γ μ 地況 上風側 下風側 A或B C       山脊 1.30 1.45 3 1.5 1.5 懸崖 0.75 0.85 2.5 1.5 4 山丘 0.95 1.05 4 1.5 1.5   在上述計算中,若 ,則計算K1時採用 ,計算K2和K3時採用Lh=2H。

  【解說】 由於紊流的緣故,風速並非定值,而係以其平均值為中心做時大時小的變化,此平均風速可視為一小時平均風速。

因為建築物係振動體,故受此種風力作用而產生振動。

因為動力效應,作用在建築物上的等值動態風壓大於平均風速所造成的靜態風壓。

此二風壓的比值稱為陣風反應因子,其數值大於1.0。

設計時如將靜態風壓乘以此因子,則等於考慮了風的動態效應。

順風向載重大小與風速頻譜有關,由於風速頻譜在1Hz以上之值不大,故普通建築物(基本自然頻率大於1Hz)可忽略共振反應。

本規範係參考ASCE7-02,以公式而非圖表來計算陣風因子。

本規範風速之平均時間為10分鐘,但ASCE7-02風速之平均時間為3秒鐘,根據DurstCurve,ASCE7-02之風速為本規範風速之1.443 (=1.53/1.06)倍,故本規範之陣風因子為ASCE 7-02陣風因子之2.083 (=1.443x1.443)倍。

2.8   風壓係數與風力係數 計算建築物或地上獨立結構物主要風力抵抗系統之設計風力時,其所使用之風壓係數Cp (封閉式或部分封閉式建築物用)及風力係數Cf(開放式建築物用)見表2.4至2.16。

【解說】 如不考慮動態效應,作用在封閉式或部分封閉式建築物上的風壓力為風速壓乘以風壓係數Cp。

開放式建築物所受之風力則為風速壓乘以風力係數Cf及與風向垂直方向建築物之投影面積Af。

如考慮動態效應,則再乘以陣風反應因子。

風壓係數與風力係數主要與建築物的幾何形狀有關,少數建築物則尚與風速有關,如圓形斷面之建築物或具有圓滑邊者(round edges)等。

風壓係數與風力係數可由風洞試驗求得,本規範所用之Cp與Cf主要參考美國ASCE 7規範,同時亦參考澳洲SAA規範,及加拿大NBC規範等。

利用本規範提供之風壓係數及風力係數大致可計算一般常見建築物之風力。

表2.4及2.5取自ASCE7-88規範,提供設計建築物主要風力抵抗系統時,牆與屋頂所用之外風壓係數Cp。

表2.6亦取自ASCE 7-88規範,提供設計建築物主要風力抵抗系統時,拱形屋頂所用之外風壓係數Cp。

表2.7提供設計建築物主要風力抵抗系統時,雙斜式屋頂所用之外風壓係數Cp。

表2.8取自SAA規範,提供設計建築物主要風力抵抗系統時,鋸齒狀屋頂所用之外風壓係數Cp。

表2.9取自ASCE 7-88規範,提供開放式建築物之單斜式屋頂之風力係數Cf。

計算設計風力所用的面積為屋頂面投影在與風向垂直之平面的面積。

表2.10取自ASCE 7-88規範,提供設計實體標示物所受風力時所用之風力係數Cf。

說明如下: 1、若風向垂直吹向標示物,且假設風壓均勻作用在整個標示物上,則其總風力垂直作用在幾何中心處。

2、若風向傾斜吹向標示物,並假設風力垂直作用在面上,則其總風力垂直作用在幾何中心的高度,距迎風側邊為0.3倍之水平尺寸處。

表2.11取自ASCE 7-88規範,並略做修正,提供設計中空式標示物、格子式構架所用之風力係數。

修正說明如下: 圓形斷面構材或圓滑邊之構材、圓形斷面結構物之風力係數,除與幾何形狀有關外,亦與風速有關,其Cf與雷諾數Re有關。

Re可表示為:                         (C2.11) 其中,D為構材直徑,ν為空氣運動粘滯係數。

在15°C,1大氣壓下,ν=1.46×10-5m2/s。

美國ASCE規範與加拿大NBC規範均以代表Re,而英國BSI規範則以DV表示Re,以界分在不同風速所對應的Cf值。

由NBC知:   式中,q(z)為風速壓,以kg/m2為單位。

而BSI規範中,以DV = 6m2/s做為界分不同風速下所對應的Cf值。

因此其對應的雷諾數Re為:   如此可決定出本規範所用 之臨界值為:   表2.12係取自ASCE 7-88規範,並略作修正,提供設計煙囪、水塔及其他類似結構物所用之風力係數Cf。

對於具有角邊的結構物,如方形體等,其表面之粗糙度並不影響風力作用在其上的效應。

但對於圓斷面之結構物,如圓柱體等,因Cf值隨表面粗糙度而不同,故將影響到作用在其上風力的大小,亦即表面越粗糙者,所受風力越大。

表2.13提供結構物具有均勻斷面,且呈角柱體形狀之風力係數Cf及其高寬比之修正係數R。

平面尺寸不變的角柱體結構物,因高度不同而有不同的R值,因此其Cf值也不同。

表2.14係取自NBC規範,提供竿、管、繩之風力係數Cf。

由於竿、管、繩皆具圓斷面,其Cf值與雷諾數有關,以 =1.5為臨界值,做為界分不同風速下所對應的Cf值。

表2.15取自ASCE 7-88規範,提供設計方形高塔及三角形高塔所用之風力係數Cf,說明如下: 1、對於拉固索式的高塔,其懸臂部份應以一般高塔之設計風力的1.25倍做為設計。

2、選擇適當的Cf來決定作用在高塔附屬物,如梯子、電線、燈等之設計風力。

表2.16提供高塔拉固索之風力係數Cf,說明如下: 1、拉固索所用的受風面積為弦長與拉固索直徑的乘積。

2、作用在拉固索的風力在拉固索與風向形成的平面上,其中一個分量沿風向,另一力量與其垂直。

2.9   內風壓係數 內風壓係數(GCpi) 之值見表2.17。

對內含一大型無隔間區域之部分封閉式建築物而言,(GCpi) 可乘上一折減係數 Ri,其值依下式計算: …………….(2.20) 式中,A0g 為建築表面總開口面積(m2),Vi 為無隔間區域之內體積(m3)。

【解說】 表2.17係參考ASCE 7-02而得,由於內風壓與外風壓並非完全相關,其值已作適當折減。

本規範風速之平均時間為10分鐘,但ASCE7-02風速之平均時間為3秒鐘,根據DurstCurve,ASCE7-02之風速為本規範風速之1.443 (=1.53/1.06)倍,故本規範之(GCpi) 為ASCE 7-02(GCpi)之2.083 (=1.443x1.443)倍。

對內含一大型無隔間區域之部分封閉式建築物而言,內風壓之尖峰因子較小,故(GCpi)可乘上一折減係數Ri。

  【解說】 建築物受風吹襲時,背風面會產生交替的渦散(vortex shedding)現象,致使建築物的橫向受不平衡風壓作用,產生橫向振動。

渦散頻率n,通常由下式計算:   其中,V為風速,B為與風向垂直的建築物寬度,S為Strouhal數。

當建築物橫向之自然振動頻率fa 接近渦散頻率n時,便會發生結構共振。

共振的振幅大時,會進一步產生鎖定(lock-in)現象,此時即使風速略增,但渦散頻率n仍會盯住fa,致使建築物產生極大的簡諧振動,因此應設法避免。

在不會產生共振及鎖定的情況下,建築物之橫向振動係屬隨機振動。

此時應計算橫風向之風力,並與順風向風力合併作用。

我國橫風向風力參考日本建築學會之設計風力相關建議條文(AIJ–96)。

橫風向風力之相關規定如下: (1) 建築物或地上獨立結構物為矩形柱體: (a) 矩形斷面建築物符合下列條件: 且 (史特赫數0.1,安全係數1.2)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。

(b) 矩形斷面建築物滿足細長比介於3至6之間( ),斷面深寬比介於0.2至5之間( ),無因次頻率小於0.4( )時,其橫風向風力依規範2.10節計算之。

此部分橫風向風力之主要依據為風洞模型實驗數據。

(2) 建築物為圓柱體: 圓柱斷面建築物滿足h/D≧7與Vh>4.2 faD(史特赫數S=0.2,安全係數1.2)時,應依據式(C2.16)考慮建築物因渦散共振引起的橫風向風力。

   Wrz:為高度z(m)之橫風向風力(N); Ur=5faDm為渦散共振風速; Dm:2/3 h高度處之圓柱直徑; Cr:渦散共振之風力係數,如下表; A:高度z處之投影面積。

  表中, β:基本振態之阻尼比; ,為建築物密度(kg/m3); M:建築物質量(kg) DB:建築物基底直徑(m) 【解說】 一個具有對稱斷面,無偏心距的建築物,也會由於非對稱風壓而引起扭轉振動。

我國風力規範之扭矩相關規定係參考日本建築學會之設計風力相關建議條文(AIJ–96)而訂定。

一個矩形柱體且無偏心的建築物,滿足細長比介於3至6之間( ),斷面深寬比介於0.2至5之間( ),無因次頻率小於0.4( )時,其扭矩可依規範2.11節計算之。

此部分扭矩之主要依據為風洞模型實驗數據。

2.12 建築物設計風力之組合 建築物同時受到順風向風力、橫風向風力與扭矩的作用。

三方向風力的最大值,並不一定同時發生,因此施加設計風力時,應分別依循風的作用方向(x向或y向)計算其所對應的順風向、橫風向以及扭轉向設計風力,作為該來風方向的設計風力組合。

【解說】 建築物所受的最大順風向、橫風向與扭轉向風力並不會在相同風向發生,應分別考慮不同風向的影響。

以下圖中矩形斷面為B×D的建築結構為例,應分別將x風向與y風向所產生的順風向、橫風向與扭轉向風力組合為二個載重組合,進行結構分析。

設計時以二個載重組合計算結果之較大值為設計依據,為了考慮順風向與橫風向載重對於某些構件具有相同方向效應,如邊角柱的軸向力,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。

本規範之設計風載重不包含建築物質量中心與勁度中心不一致的偏心效應,施加載重時,順風向與橫風向之合力應通過建築物斷面之幾何中心為原則。

  (一) 載重組合1:{FDx,FLx,FTx} FDx :x風向之順風向設計風力 FLx :x風向之橫風向設計風力 FTx :x風向之扭轉向設計風力 (二) 載重組合2:{FDy,FLy,FTy} FDy :y風向之順風向設計風力 FLy :y風向之橫風向設計風力 FTy :y風向之扭轉向設計風力 構件設計效應: W =max{W1, W2} W1為載重組合1之結構效應,W2為載重組合2之結構效應。

    為順風向設計風力所造成的結構效應, 為順風向平均風力所造成的結構效應, 為橫風向設計風力所造成的結構效應, 為扭轉向設計風力所造成的結構效應。

如考慮設計程式進行載重組合時難以處理開根號的問題,上述風力組合在順風向動態風力效應與橫風向風力及扭轉向風力動力效應之和大小相近時,可處理如下:   式中,普通建築物 ,柔性建築物 。

順風向動態風力效應與橫風向風力及扭轉向風力動力效應之和大小相差較大時,設計人應考慮適當之係數將其線性化。

    第三章 局部構材及外部被覆物之設計風壓 3.1   適用範圍 規則性封閉式或部分封閉式建築物,或地上獨立結構物局部構材及外部被覆物所應承受之設計風壓,依本章規定的方法計算之。

若有可靠之試驗結果或文獻提供證明,在計算時可考慮由其他鄰近建築物或障礙物之遮蔽所造成之風速壓折減,或考慮透氣性外牆之風壓折減。

若局部構材及外部被覆物之受風面積大於65平方公尺,則也可以依2.2節之公式計算設計風壓。

  【解說】 封閉式建築物中局部構材及外部被覆物之設計風壓,因考慮到其受風面積較小,平均風壓較大,且同時要考慮到外風壓與內風壓,因此其設計風壓與主要風力抵抗系統之設計風壓不同。

此外,其外風壓係數與內風壓係數與陣風反應因子G合併在一起,不可分離。

對於開放式建築物而言,由於沒有內、外風壓的區分,且此種結構物的規模通常也不大,因此主要風力抵抗系統與局部構材及外部被覆物之設計風力計算並沒有不同。

  【解說】 本節設計風壓與設計風力之計算式及其分類,係按ASCE 7-02規範之規定。

表2.1將各種情況應採用的計算式表示得很清楚,請參考。

圖3.3為建築物屋頂女兒牆外風壓之分布示意圖;圖3.4為單一屋頂女兒牆之內風壓與外風壓分布示意圖。

3.3   封閉式或部分封閉式建築物局部構材及外部被覆物之外風壓係數 高度不超過18公尺之建築物中局部構材及外部被覆物之外風壓係數(GCp)見圖3.1;高度超過18公尺之建築物中局部構材及外部被覆物之外風壓係數(GCp)見圖3.2。

【解說】 圖3.1與圖3.2係參考ASCE7規範,分別提供建築物平均屋頂高度小於或等於18公尺及大於18公尺時,設計其牆與屋頂的局部構件或外部被覆物所用之外風壓係數(GCp)。

本規範風速之平均時間為10分鐘,但ASCE 7-02風速之平均時間為3秒鐘,根據DurstCurve,ASCE 7-02之風速為本規範風速之1.443 (=1.53/1.06)倍,故本規範之(GCp)為ASCE 7-02(GCp)之2.083 (=1.443x1.443)倍。

  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 4.1   通則 為避免風力作用下建築物非結構體之損害,建築物層間變位角應予以限制。

建築物容許層間變位角之規定見4.2節。

為控制風力作用下建築物引起之振動,不致引起居住者之不舒適,建築物最高居室樓層側向加速度應予以限制。

建築物最高居室樓層容許側向加速度值之規定見4.3節,建築物最高居室樓層在風力作用下引起之側向加速度計算則見4.4節。

【解說】 建築物在風力作用下會產生順風向振動、橫風向振動及扭轉振動,如建築物層間變位角過大,可能會造成建築物非結構體之損害;如振動產生之加速度過大,會引起人們的不舒適,間接降低建築物的使用性,因此屋頂側向加速度應控制在容許值以內。

以往規範之規定係建築物在設計風力作用下,屋頂之側向位移不得超過建築物高度之千分之一,過於嚴格。

此外,也無法反映風力引起建築物振動的複雜現象,本規範將做一些較合埋的規定與計算。

4.2   建築物容許層間變位角 在回歸期為50年的風力作用下,建築物層間變位角不得超過5/1000 。

建築物層間變位角,應計及順風向振動、橫風向振動及扭轉振動所產生者,可分別計算,再依2.12節規定求得總層間變位角。

【解說】 建築物在風力作用下會產生順風向振動、橫風向振動及扭轉振動,如建築物層間變位角過大,可能會造成建築物非結構體之損害,故應予以適當限制。

4.3   建築物最高居室樓層容許側向加速度值 在回歸期為半年的風力作用下,建築物最高居室樓層角隅之側向振動尖峰加速度值不得超過0.05m/s2 。

【解說】 振動引起的不舒適,通常與尖峰加速度值有關。

根據文獻對高樓居民受風力擺動引起不舒適感的研究,振動加速度達0.05m/s2時,居民開始感覺到建築物的擺動。

檢核屋頂振動加速度是否超過容許值所使用的風力回歸期,不應是一般強度設計所用的50年。

50年回歸期的風力平均50年才發生一次,如會發生不舒適也無所謂。

控制屋頂振動的風力回歸期採用半年,應該是合理且經濟的。

因為一年可能有二次產生不舒適感,還是可以為人們所接受的。

根據研究,50年回歸期的風速與半年回歸期風速的比值約為3.34。

有些文獻建議屋頂振動加速度要控制在8年回歸期風力作用下,加速度均方根值不超過0.1m/s2;也有文獻建議在5年回歸期風力作用下,屋頂振動加速度均方根值不超過0.05m/s2。

尖峰值一般為均方根值的三倍,而8年回歸期風速或5年回歸期風速若假設為半年回歸期風速兩倍的話,則上述兩文獻在半年回歸期風力作用下,屋頂的容許尖峰加速度值分別為0.075m/s2與0.0375m/s2,介於本規範建議值0.05m/s2間。

此外,本節之容許加速度值,適用於住宅,對辦公大樓言,其值可略予提高。

  【解說】 居室係指供居住、工作、集會、娛樂、烹飪等使用之空間。

最高居室樓層角隅之振動尖峰加速度值之計算,是基於順風向振動與橫風向及扭轉向振動不相關,橫風向振動與扭轉向振動完全相關的條件下為之。

下圖為高層建築斷面及順風向、橫風向、扭轉向座標示意圖。

  假設順風向振動與扭轉向振動之間為不相關,則建築物角隅處之順風向振動加速度為:     假設橫風向振動與扭轉向振動之間為完全相關,則建築物角隅處之橫風向振動加速度為:    建築物角隅處之水平方向振動加速度均方根值, ,可寫為:    建築物角隅處之水平方向振動尖峰加速度, ,為:    為對應角隅處之水平方向振動的尖峰因子, 亦可用下式計算之:    式中,AD 、AL及AT為順風向、橫風向與扭轉向之尖峰加速度。

AL 及AT可由建築物加上橫風向風力或扭矩,於居室樓層所求得之橫風向位移與扭轉角分別乘以 與 而得。

4.5   降低建築物最高樓層側向加速度裝置之使用 降低建築物最高樓層振動加速度的裝置可以採用,惟應提出詳細設計資料,證明在回歸期半年的風力作用下,建築物最高樓層振動尖峰加速度值在容許值以內。

【解說】 可以降低屋頂振動加速度的裝置很多,有被動裝置如粘彈性阻尼器、調諧質量阻尼器等。

也有主動裝置,如主動調諧質量阻尼器等。

本節之規定,得使此些新技術可應用於耐風設計中,惟設計人應提出可信的詳細設計資料,證明確實可控制屋頂加速度至容許值以下。

  第五章 風洞試驗 5.1   適用範圍 建築物之耐風設計,依本規範無法提供所需之主要抗風系統設計風力或是外部被覆物之設計風壓風力資料時,得以風洞試驗作為耐風設計之依據。

一般而言,建築物之高度超過100公尺,或風力總橫力大於地震總橫力時,建議進行風洞試驗。

凡施行風洞試驗之建築物,其設計風力、設計風壓與舒適性評估得以風洞試驗結果為準。

【解說】 建築物與地上獨立結構物所受的風力基本上是鈍狀彈性體與流體之間的空氣動力現象或空氣彈力現象,由於建築結構的多樣性,目前無法以純理論模式或數值方法解析之。

作用於建築主要抗風系統上的風力可分為順風向、橫風向與扭轉向風力,各個風向的風力又可區分為平均風力與擾動風力。

順風向風力主要是由風場中的逼近流所造成,可以透過條狀定理(strip theorem)以及準穩態定理(quasi-steady theorem)得到合理的評估。

建築設計上重要的橫風向擾動風力主要來自流體通過建築物時,發生的流體分離(separation)與渦散現象(vortex shedding)所造成的週期性作用力。

當建築物的高寬比與柔度都很大時,有可能在設計風速之內發生結構共振現象,而造成過大的振動反應。

然而此一現象,與建築物幾何造型有密切關係,目前並無妥善的分析模式可供解析。

對於一般幾何造型規則的建築物而言,扭轉向風力的影響小於順風向及橫風向風力。

由於扭轉向風力也是源自流體分離,故亦無分析模式,必須依賴風洞物理模型實驗。

本規範中的各項風力與風壓係數,大多根據單棟、規則造型建築物的風洞試驗數據,且未考慮可能出現的空氣彈力現象。

建築物之幾何形狀特殊(明顯異於規則矩型柱體)者,或其橫風向與扭轉向周期接近者,或是建築物受到鄰近特殊地形、地物(鄰近大型建築物、山谷、山坡或峭壁等)影響者,或是經檢核可能發生渦散共振、鎖定或其他空氣動力不穩定現象者,得採行風洞試驗測算其設計風力。

凡施行風洞試驗之建築物,其設計風力以風洞試驗結果為準。

建築物超過100公尺後,其振動周期較長,對風的影響較顯著,尤其地震總橫力係數隨高度增加而降低,當風力總橫力大於地震總橫力後,建築物的結構設計將受風力控制,其時風力計算是否準確就變成很重要的問題,如能輔以風洞試驗,將設計風力及其分佈估計得準確一些,一定可以提高建築物的安全性。

況且,建築物之高度超過100公尺時,其規模必較大,造價亦較高,萬一因風力產生損壞的損失也將較嚴重,因此建議進行風洞試驗。

風洞試驗所測得之主要抗風系統設計風力與建築被覆物之設計風壓,包括了標的建築物本身的空氣動力特性以及周圍建築物的遮蔽效應,一般多小於規範計算值。

由於周圍建築物的遮蔽效應日後可能出現變化,因此在引用風洞試驗數據時應考慮這項不定因素。

除非能夠確認風洞試驗時周圍建築物並無明顯遮蔽效應,否則引用風洞試驗之設計風壓風力時,以不低於規範計算值的80%為宜。

5.2   風洞試驗之主要項目 風洞試驗之項目宜包括提供主要風力抵抗系統之設計風壓及局部構件及外部被覆物之局部設計風壓。

此外,亦宜包括半年回歸期風速下屋頂加速度尖峰值及建築物對其附近風場環境造成之影響。

【解說】 一般而言,建築設計規劃時應當列入考慮的風力影響包括下列四項:(1)建築主要結構系統所承受之整體風力,(2)局部構件及外部被覆物所受之局部風壓,(3)建築風擺所造成之舒適性問題,(4)環境微氣候—鄰近地表之風場環境。

適用於土木工程相關實驗所需要的風洞,由於需求不同,與航太工程所常見的風洞有若干基本功能上的差異。

最主要的差別即在於應用於土木工程的風洞需要足夠長度的試驗段,來發展實驗所需要的紊流邊界層。

以下是一般建築物較常見的風洞試驗項目: (一)  建築主要抗風系統所承受之整體風力試驗:1980年代初期,Davenport&Tschanz等人發展出高頻力平衡儀(high frequencyforcebalance),此後很快的形成各風洞實驗室量測結構物所受整體風力的標準程序。

試驗的方法是將剛性的建築縮尺模型安置在一個高自然頻率之五分量力平衡儀上,量測建築模型基底彎矩及剪力。

倘若高層建築的基本振態為線性,則剛性模型的基底彎矩與廣義座標之風力成一常數比例。

將試驗量測所得之基底彎矩做成頻譜密度函數並予以適當的振態修正之後,即為廣義座標風力頻譜,再據以計算等值靜態設計風載重及舒適性評估。

另一種建築主要抗風系統整體風力的試驗量測方法是經由對表面風壓的積分過程取得整體風力。

動態風力需根據同步量測之風壓數據,或採用合理可信的方法測算而得。

(二)  局部構件及外部被覆物所受之局部風壓試驗:表面風壓試驗是一種空氣動力試驗,受測試建築模型僅需遵守幾何縮尺,無須考慮其結構動力特性。

一般風壓模型多由壓克力製成,在模型表面開設足夠的風壓量測孔,透過管線連接至壓力轉換器量測表面風壓。

進行風壓實驗時,應適度考量風向的影響,將量測所得資料,利用統計方法,算得各風壓孔之極值風壓。

將極值風壓配合該地區之設計風速,換算可得各點設計風壓。

(三)  結構空氣彈力試驗:大多數的高層建築並沒有明顯的空氣彈力效應,無論是設計風載重,或是風擺的舒適性評估,都可以根據前述之高頻力平衡儀試驗數據計算而得。

只有極少數的超高建築,或是根據計算結果顯示可能出現過大振幅的情況下,才需考慮採取進一步的結構空氣彈力模型試驗。

進行結構空氣彈力試驗時,需適當考量建築結構的動力特性(質量、勁度、阻尼等)。

(四)  環境風場舒適性評估:隨著經濟的發展高樓的設計除了居住以及商業的基本功能之外,生活與居住品質的重要性日益提昇。

因此,興建一座建築除了需要考慮到風形成的結構安全性問題之外,影響地面行人舒適的微氣候變化等也應做適度的規劃與評估。

由於一般都市地形、地況過於複雜以及流況之高度三維性,使得數值模擬在應用上有其極大的侷限性與困難度。

因此以風洞物理模擬試驗,配合實場的氣象資料來作風場舒適性的評估,仍是目前較為可行及可信的方法。

  5.3   風洞試驗應遵守之模擬要求 採用風洞試驗測算建築物設計風力及風力效應時,應遵守下列風洞試驗模擬要求: 1、風洞試驗之設計應依照試驗項目性質,合宜的遵守建築結構與流場的各項模型縮尺。

2、風洞試驗應適當模擬建築物位址所在之大氣邊界層流特性,包括邊界層高度、平均風速剖面以及紊流強度、紊流尺度等大氣紊流特性。

3、風洞試驗時,對於建築物可能造成影響的鄰近地貌、地物,應作適當的模擬。

4、風洞試驗時,建築物及鄰近地貌、地物模型超過風洞斷面積的8%時,應採取合理的方法修正阻隔效應。

5、風洞試驗時應妥善考慮雷諾數效應。

6、風洞試驗時應考慮不同風向的影響,並根據各風向試驗的數據,以合宜的方法組成數個對結構最不利的風力載重。

【解說】 執行風洞試驗時,需妥善考慮縮尺模型與原型(proto-type)結構之間的模擬相似律(modeling similitude),如此風洞縮尺實驗結果才能正確的應用於原型結構。

設計高層建築風洞實驗時,需要滿足流場的模擬相似性以及結構空氣動力(或是結構空氣彈力)之模擬相似性。

建築風工程探討的是建築物在強風作用下的結構反應,所需考量的風場屬於小範圍的中性邊界層流,以風洞進行縮尺模擬時,需要正確模擬下列幾項自然風場特性: (1) 逼近流在不同高度上的平均風速分布; (2) 逼近流在不同高度上的擾動風速(紊流強度)分布; (3) 逼近流擾動風速之頻率分布特性; (4) 標的建築物與鄰近建築物之模擬。

正確模擬高層建築之空氣彈力特性時,則需滿足下列模擬相似律:   (5) 風場與高層建築應有相同之模型幾何縮尺。

此外,結構主要振態之頻率比以及振態函數都是重要的模擬參數。

對於大多數的高層建築,空氣彈力現象並不顯著,結構空氣動力模型試驗便能提供足夠的抗風設計相關資料,此時前述有關結構動力相關的模擬相似律便可忽略。

風洞中的自然風場的模擬可區分為遠場與近場模擬等兩項。

遠場模擬的是逼近紊流邊界層的特性。

風洞試驗常以錐形擾流板、粗糙元素、阻牆等邊界層元素的組合,模擬各種大氣邊界層流場。

所謂近場模擬指的是標的建築物與鄰近建築物之模擬,藉由近場模擬可以得到標的建物鄰近的地形與建物對於風場的影響。

一般而言,建築物對於下游的影響範圍,大約是尾跡寬度的6~8倍。

因此合宜的模擬範圍是以基地主建築物為中心,半徑大於鄰近高層建築物(60公尺以上)最大寬度的8倍,或者300公尺之較大者。

在此半徑內之鄰近建築物全依縮尺比例製成模型置於風洞試驗段之轉盤上。

風洞試驗時,使用之建築物及鄰近地貌、地物模型過大時,會造成風洞內流場明顯的加速現象,進而造成實驗量測的誤差,稱之為阻隔效應(blockage effect)。

因此,當風洞試驗使用之建築物及鄰近地貌、地物模型超過風洞斷面積的8%時,應採取合理的方法修正阻隔效應,使量測試驗段之縱向壓力維持為一定值。

風洞模擬使用縮尺模型,一般多在經過適當縮尺的較低風速來進行試驗,縮尺模型試驗的雷諾數通常比實體結構物小2~3個量級(102~103)。

進行風洞試驗時應使得縮尺模型與原型之間具有雷諾數相似性(Reynold’s Numbersimilarity)。

一般而言,對於紊流邊界場的模擬,適當的風洞雷諾數為105以上;具有銳角的建築物縮尺模型,適當的雷諾數為104以上;具有曲面的建築物則需採取適當的方式考量雷諾數的影響。

風洞試驗時建築物受到鄰近地形地物的影響,正向來風未必是最不利狀況,應考慮不同風向的影響。

根據各風向試驗的數據,以合宜的方法組成數個對結構最不利的風力載重。

5.4   設計時風洞試驗報告之引用 根據風洞試驗計算主要風力抵抗系統之設計風力與局部構件之設計風壓時,應依據2.5節之規定,採用50年或100年回歸期之設計風速;計算屋頂尖峰加速度時,應採用半年回歸期之設計風速。

風洞試驗時應考慮不同風向的影響,計算風力時,除了規範另有規定,不得使用具有方向性的設計風速。

建築物的設計風力應考慮數種最嚴重的風向,設計風力組合應同時包括各層的二水平主軸方向風力以及扭矩。

局部構件之設計風壓應採用風洞試驗在各風向下測算所得的最大極值風壓。

舒適性評估則以半年回歸期風速為基準,檢核屋頂加速度。

【解說】 本節說明在設計階段如何充分引用風洞試驗報告,使其對設計的幫助發揮最大的效用。

風洞試驗通常會包括很多風向,報告中也應建議幾個最嚴重的風向要納入設計中考慮。

當然這幾個風向的風力要與其他載重做組合,要按照其他規範載重組合的規定。

建築物的風洞試驗,一般採用剛性模型,以高頻力平衡儀或是風壓量測,測得模型的瞬時風壓與風力,再配合建築結構的動力特性,計算各層之動態風力,加上靜態風力後便得極值風力,是為建築物之等值靜態設計風力。

風洞試驗報告中應明示其順風向、橫風向與扭矩設計風力及設計風壓所對應之風速回歸期(50年或100年),並明示結構設計者各項設計風力的施加方式,或其對應之座標。

測算屋頂尖峰加速度時,通常亦是根據模型測得的廣義風力歷時,配合結構動力特性求算而得,因此風洞試驗報告也應明確表示,屋頂尖峰加速度係對應半年回歸期的風速。

  第六章 其他風力有關規定 6.1   基本設計風速之方向性 基本設計風速得依風速統計資料,考慮不同風向所產生的效應。

不同風向風速的統計分析應採用可信的資料與方法,計算不同風向的基本設計風速。

其分析結果,應檢附申請書及統計分析報告書,向中央主管建築機關申請認可後,始得運用於建築物耐風設計。

該統計分析報告書應包括風速統計紀錄、風向統計分析方法及不同風向50年回歸期之基本設計風速分析結果等事項。

【解說】 第2.4節臺灣地區基本設計風速釐訂時,係將各個風向的風速合併在一起加以統計分析,並假設各個方向的基本設計風速均相等。

事實上,由於侵臺颱風的路徑有其幾種固定的模式,季風之吹襲也有其方向性,因此嚴格來說某工址不同方向的五十年回歸期基本設計風速是不同的,而且會小於2.4節求得之基本設計風速。

盛行風向十分顯著的地區或幾何形狀不對稱的建築物對不同風向的效應尤其重要,若涉及建築物舒適性的計算時亦須考慮盛行風向對建築物的影響。

風向的統計分析可以採用可信之風速資料與方法,計算不同風向之基本設計風速,若各個不同的風向範圍中有足夠多的風速記錄可準確進行50年回歸期基本設計風速的分析,則其分析結果經中央主管建築機關認可後,始得運用於建築物耐風設計上。

6.2   建築物施工期間耐風之考慮 施工期間,須提供足夠之臨時性支撐,以抵抗作用於結構構材或組件之風力。

施工期間搭建之臨時結構物亦應考慮適當之風力,其計算方法比照本規範。

上述風力之考慮,可採用回歸期較小的設計風速,回歸期不得小於10年。

【解說】 建築物施工中所使用的支撐、假設工程等,亦應考慮其耐風性,惟因臨時結構物使用期間較短,可依其使用期間為回歸期,計算適當的設計風速。

第二章的基本設計風速為50年回歸期風速,而25年及10年回歸期風速與50年回歸期風速的比值分別為0.908及0.782,必要時可以內插。

  表2.1(a) 普通建築物設計風壓p及設計風力F     表2.1(b) 柔性建築物設計風壓p及設計風力F   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)。

qi :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(zh0),其中zh0為會影響正值內風壓之最高開口高度。

    表2.2 地況相關參數     表2.3(a) 計算Kzt所用之K1值 地況A或B下之K1 地況C下之K1 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     表2.3(b) 計算Kzt所用之K2值 K2 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 ,則計算K2時採用Lh=2H。

  表2.3(c) 計算Kzt所用之K3值 K3 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 ,則計算K3時採用Lh=2H。

  表2.4 牆之平均外風壓係數(主要風力抵抗系統用)     表2.5 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)。

  表2.6 拱形屋頂之外風壓係數Cp(主要風力抵抗系統用)   *:當拱高與跨度的比值為0.2≦r≦0.3時,迎風面亦得以風壓係數6 r-2.1計算。

註:(1)  正號,表示風壓指向屋頂面。

負號,表示風壓遠離屋頂面。

(2)  設計拱形屋頂之局部構件和外部裝飾物時: 1、屋頂四周邊界所用之外風壓係數,可參考圖3.1或圖3.2。

由起拱線傾斜度決定θ。

2、設計屋頂面其餘部份所用之外風壓係數,為本表Cp值的1.81倍。

(3)  迎風面及背風面各佔跨度長的1/4,中央部份則佔1/2。

  表2.7 雙斜式屋頂之外風壓係數,Cp 所屬屋頂面 代號 Cp 迎風面 W 參考表2.5之迎風面部份 背風面及中央部份 L及C 參考表2.5之背風面部份 註: h :平均屋頂高度。

當θ<10°時,h =屋簷高。

θ:屋頂斜面與水平面所夾的角度。

  表2.8 鋸齒狀屋頂之外風壓係數,Cp   傾斜面 代號 Cp 第一個迎風面 D 使用表2.5之迎風面部份 第一個背風面 E 使用表2.5之背風面部份 第二個迎風面 D' 使用表2.5之背風面部份 第二個背風面 E' -0.5 第三個迎風面 D" -0.5 第三個背風面 E" -0.4 第四個迎風面 D"' -0.4 第四個背風面 E"' -0.3 第五個迎風面 D"" -0.3 其餘 E"" -0.3 註:(1)  若風向從B吹向A,則迎風面取在B端。

(2)   h:平均屋頂高度。

當θ<10°時,h =屋簷高。

  表2.9 開放式建築物之單斜式屋頂的風力係數,Cf θ 各種L/B值之Cf 5 3 2 1 1/2 1/3 1/5 10 0.2 0.25 0.3 0.45 0.55 0.7 0.75 15 0.35 0.45 0.5 0.7 0.85 0.9 0.85 20 0.5 0.6 0.75 0.9 1.0 0.95 0.9 25 0.7 0.8 0.95 1.15 1.1 1.05 0.95 30 0.9 1.0 1.2 1.3 1.2 1.1 1.0 θ 各種L/B值所對應的壓力中心位置,X/L 2~5 1 1/5~1/2 10~20 0.35 0.30 0.30 25 0.35 0.35 0.40 30 0.35 0.40 0.45 註:(1)  風力垂直作用在屋頂面上,向內及向外均要考慮。

(2)  B:與風向垂直的屋頂尺寸,m。

L:與風向平行的屋頂尺寸,m。

X:從屋頂之迎風面屋簷到壓力中心的距離,m。

θ:屋頂斜面與水平面所夾的角度。

  表2.10 實體標示物之風力係數,Cf 位於地面上 位於地面以上 ν Cf M/N Cf ≦3 1.2 ≦6 1.2 5 1.3 10 1.3 8 1.4 16 1.4 10 1.5 20 1.5 20 1.75 40 1.75 30 1.85 60 1.85 ≧40 2.0 ≧80 2.0 註:(1)  所謂實體標示物為,標示物之開口面積小於其總面積的30%者。

(2)  所謂位於地面上(At GroundLevel)為,從地面到標示物底緣的距離小於標示物之垂直向尺寸的0.25倍者。

(3)  合力除風向垂直於標示物時作用於幾何中心外,亦應考慮斜風向而將合力垂直於標示物,且作用於幾何中心同高而距迎風緣0.3倍水平尺寸處。

(4) ν:高寬比 M:標示物之較大邊尺寸,m N:標示物之較小邊尺寸,m   表2.11 中空式標示物或格子式構架的風力係數,Cf   註:(1)  所謂中空式標示物為,標示物開口面積大於或等於總面積的30%者。

(2)  假定風力作用方向與風向平行。

(3)  : 實體面積與總面積之比值。

D:圓形斷面構件的直徑,m q(z):風速壓,kgf/m2 (4)  計算設計風力所用之受風面積Af為構件投影在與風向垂直之平面上的面積。

  表2.12 煙囪、水塔等之風力係數,Cf   註:(1)  假設風力作用方向與風向平行。

(2)  欲求其他h/D值之Cf,可做線性內插。

(3)  D:結構物之直徑或最小水平尺寸,m D':結構物表面突出構材的深度,m h:結構物高度,m q(z):風速壓,kgf/m2 (4)  計算設計風力所用之受風面積為,結構物投影在與風向垂直之平面上的面積。

  表2.13 角柱體形狀之結構物的風力係數,Cf及其修正係數,R   高寬比,2h/D 修正係數,R 0~4 0.6 4~8 0.7 8~40 0.8 >40 1.0 註:h:結構物高度,m D:最小水平尺寸,m   表2.14 繩、竿、管之風力係數,Cf   註:D:直徑,m   表2.15 桁架高塔之風力係數,Cf   註:(1)  本表之Cf適用由角鋼或平邊構材所組成的高塔。

(2)  對於圓斷面構材所組成的高塔,決定設計風力時可依表內之值,乘上以下所列之係數C而得所使用之風力係數。

     (3)  就三角形高塔而言,假設設計風力垂直作用在塔之某面上。

(4)  就方形高塔而言,假設設計風力垂直作用在某塔面上。

若風向傾斜作用在塔面時,將產生最大的水平風力,其為垂直作用在塔面的設計風力乘上一係數C,    並假設其沿著對角線作用。

(5)  :塔面之實體面積與其總面積的比值。

(6)  受風面積Af為高塔迎風面實體構材投影在垂直風向平面上之面積。

  表2.16 高塔拉固索之風力係數,Cf θ CD CL 10 0.05 0.05 20 0.10 0.15 30 0.20 0.30 40 0.35 0.35 50 0.60 0.45 60 0.80 0.45 70 1.05 0.35 80 1.15 0.20 90 1.20 0 註:(1)  θ:風向與拉固索之弦所夾的角度,度。

CD:就沿風向之作用力分量而言的風力係數。

CL:就與風向垂直之作用力分量而言的風力係數,此作用力在由風向與拉固索所構成的平面上。

(2)  拉固索之受風面積為弦長與拉固索直徑的乘積。

  表2.17 內風壓係數   (GCpi) 開放式建築 0.00 部份封閉式建築 +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。

  表2.18 橫風向共振因子,RLR   表2.19 扭轉向共振因子,RTR   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、每個部份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3.1(a) 外牆外風壓係數(h≦18 m封閉式或部份封閉式建築物之局部構件及外部被覆物)   註:1、θ≦7°時,若屋頂四周有高度≧0.9 m之女兒牆,區可以當區處理。

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、每個部份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3.1(b) θ≦7°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件及外部被覆物)   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、每個部份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3.1(c) 7°<θ≦27°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件及外部被覆物)   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、每個部份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3.1(d) 27°<θ≦45°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件及外部被覆物)   註:1、每個部份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°,則區可納入區處理。

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(GCp)由圖3.1(c)或圖3.1(d)決定。

    圖3.2 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件及外部被覆物)     圖3.3 建築物屋頂女兒牆外風壓分布示意圖   圖3.4 單一屋頂女兒牆內外風壓分布示意圖   Top 服務專線:02-23924146/傳真專線:02-23569970 服務時間:每週一至週五上班時間AM8:30~12:30PM13:30~17:30 對於本網站提供之法規資訊等,如有任何疑義,請逕向公(發)布之機關洽詢 行政院研究發展考核委員會版權所有/本站建議使用IE5.5以上瀏覽,800x600或1024x768螢幕解析



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