前言

球 形 屋 頂 建 築 簇 群 所 受 表 面 風 壓 特 性 研 究 陳 若 華 建 國 科 技 大 學 空 間 設 計 系 副 教 授 摘 要 本 研 究 利 用 球 形 屋 頂 建 築 物 氣 動 力 模 型, 於 風 洞 中 量 測 其 所 受 表 面 風 壓, 風 壓 量 測 利 用 電 子 式 壓 力 掃 瞄 器 量 測 建 築 物 表 面 同 步 的 風 壓 力 資 料, 量 測 的 目 標 模 型 上 游 不 同 區 位 放 置 相 同 造 型 的 建 築 物 模 型, 比 較 受 上 游 尾 流 干 擾 條 件 下 的 建 築 物 表 面 風 壓 特 性 變 化, 包 括 平 均 值 擾 動 值 及 尖 峰 值 等, 以 供 建 築 物 表 面 披 覆 物 設 計 參 考 研 究 結 果 顯 示, 對 於 低 層 的 廠 房 建 築 物 而 言, 遮 蔽 效 應 明 顯 且 對 風 荷 載 均 屬 折 減 效 果, 半 球 型 屋 頂 建 築 物 遮 蔽 效 應 影 響 最 小 對 於 表 面 尖 峰 風 壓 等 局 部 風 載 重 的 影 響, 則 以 交 錯 排 列 時 有 較 強 烈 的 擾 動 風 壓 作 用, 對 於 表 面 披 覆 物 的 設 計 較 為 不 利 side. KEWORDS : Shielding Effect, Wind Loadings, Dome-roof buildings 一 前 言 國 內 颱 風 作 用 頻 仍, 對 於 廠 房 建 築 物 之 耐 風 性 能 應 予 重 視, 以 減 少 生 命 財 產 損 失 一 般 工 業 廠 房 高 寬 比 多 小 於 1 且 近 似 封 閉 的 低 層 建 築 物, 受 邊 界 層 底 部 高 紊 流 強 度 擾 動 及 周 邊 建 築 物 影 響 甚 鉅, 流 場 渦 流 擾 動 作 用 具 高 度 三 維 特 性, 氣 動 力 作 用 型 態 與 高 層 建 築 物 存 在 相 當 程 度 的 差 異 性, 受 風 災 損 失 亦 時 有 所 聞 ( 圖 1) 工 業 廠 房 或 倉 儲 常 以 建 築 群 方 式 存 在, 受 風 作 用 時 彼 此 間 亦 產 生 相 互 影 響 的 氣 動 力 行 為, 包 括 遮 蔽 效 應 或 尾 流 干 擾 等 現 象 關 鍵 字 : 遮 蔽 效 應 風 壓 係 數 球 形 屋 頂 建 築 群 ABSTRACT A series of surface pressure measurements of dome roof low-rise buildings models with variant rise-to-span ratio were conducted with simultaneous pressure measuring system. A dummy model with same shape was put at the upstream of model with variant locations to evaluate the shelter effect by the neighboring buildings. With these conditions, the characteristics of surface pressures were checked and the pressures acting types were calculated with the POD analysis. The results shown, the shelter effect will reduce the surface pressure and the structural loadings, but in the case of small gap between buildings will increase peak pressure. According to the results of this research, the design results on the structural loads still in the safe 圖 1. 4 年 花 縣 和 平 電 廠 煤 倉 Dome B 受 納 坦 颱 風 來 襲, 於 4 年 1 月 5 日, 上 午 約 9: 發 生 崩 塌 二 文 獻 探 討 低 層 廠 房 建 築 物 其 建 物 高 度 通 常 小 於 大 氣 邊 界 層 厚 度 的 十 分 之 一, 浸 沒 於 大 氣 邊 界 層 底 部, 受 紊 流 作 用 強 烈, 表 面 風 壓 擾 動 性 較 大 Chang(3) 利 用 均 勻 配 置 的 矩 型 塊 模 擬 街 道 中 風 場 研 究, 以 數 值 軟 體 (Fluent) 計 算 結 果 指 出 在 建 築 物 內 緣 棟 距 小 於 側 牆 高 度 一 半 時, 因 前 後 棟 建 築 物 產 生 的 遮 蔽 效 應, 將 使 後 棟 建 築 物 的 平 均 風 壓 擾 動 性 風 壓 及 尖 峰 風 壓 可 下 降 至 約 8% Uematsu(1997) 利 用 剛 性 半 圓 球 模 型 量 測 其 表 面 風 壓, 在 建 築 物 內 緣 棟 距 小 於 側 牆 高 度 一 半 時, 因 前 後 棟 建 築 物 產 生 的 1

z (cm) z (cm) 遮 蔽 效 應, 將 使 後 棟 建 築 物 的 平 均 風 壓 擾 動 性 風 壓 及 尖 峰 風 壓 可 下 降 至 約 8% 三 研 究 方 法 與 資 料 分 析 等 兩 種, 其 中 屋 頂 拱 高 與 跨 度 比.3 的 模 型 另 增 加 一 組, 增 設 提 高 一 半 側 牆 高 的 鼓 座 模 型 子 午 線 上 均 布 風 壓 孔, 以 量 測 表 面 風 壓 3-1 氣 動 力 實 驗 流 場 規 劃 本 研 究 利 用 內 政 部 建 築 研 究 所 台 南 風 洞 實 驗 室 進 行 建 築 物 氣 動 力 模 型 實 驗 研 究, 風 洞 設 施 為 一 封 閉 式 的 循 環 風 洞, 測 試 區 斷 面 4 m.6 m 6.5 m, 風 洞 可 提 供 最 大 風 速 為 5 m/s 氣 動 力 模 型 置 於 試 驗 段 旋 轉 台 的 中 央, 可 用 數 控 旋 轉 台 旋 轉 模 型, 表 現 不 同 風 攻 角 的 效 果 風 洞 中 邊 界 層 流 場 之 模 擬 方 式 為 在 試 驗 段 上 游 區 域 擺 設 錐 形 渦 流 產 生 器 ( spire ) 以 及 地 表 粗 糙 元 素 ( roughness element ), 以 產 生 近 似 鄉 村 地 形 之 大 氣 邊 界 層 來 流 所 產 生 平 均 流 速 剖 面 指 數 律 分 佈 之 α 值 為.16, 流 場 之 平 均 風 速 剖 面 及 紊 流 強 度 如 圖 所 示 拱 高 與 跨 度 比 r=s/b B s h 16 formula measured 圖 3 氣 動 力 模 型 示 意 圖 及 定 義 1 8 4 16 1.5.6.7.8.9 1. 1.1 8 4 U(z)/Ur % % 4% 6% 8% 1% 1% 14% T.I. (%) 圖 流 場 特 性 之 垂 直 分 佈, 平 均 風 速 剖 面, 紊 流 強 度 剖 面 3- 實 驗 規 劃 與 模 型 設 計 本 研 究 規 劃 一 系 列 球 形 屋 頂 建 築 模 型 製 作 建 築 物 的 氣 動 力 模 型 如 圖 所 示, 球 的 直 徑 為 5 公 分, 屋 頂 拱 高 與 跨 度 比 r 有.5 及.3 氣 動 力 模 型 置 於 試 驗 段 直 徑 3.m 旋 轉 台 的 中 央, 本 研 究 同 時 以 壓 克 力 製 作 與 氣 動 力 模 型 相 同 尺 寸 的 模 型 作 為 鄰 棟 建 築 物, 表 面 無 佈 設 壓 力 孔 鄰 棟 建 築 物 模 型 則 在 上 游 區 變 化 其 位 置, 模 型 配 置 定 義 如 圖 4 所 示 實 驗 之 參 考 風 速 取 用 模 型 屋 頂 高 度 處 風 速, 於 距 模 型 橫 風 向 約 五 倍 模 型 寬 度 模 型 屋 頂 高 度 處 架 設 熱 線 探 針 (Hot wire probe), 配 合 DANTEC 99N111 流 速 儀 監 控 風 速 另 於 試 驗 段 上 游 邊 界 層 外 自 由 流 區 架 設 皮 托 管, 取 用 皮 托 管 的 靜 壓 作 為 風 壓 量 測 參 考 壓 壓 力 量 測 管 線 系 統 為 內 徑 1mm 長 cm 的 PVC 管, 實 驗 前 經 具 白 噪 音 (white noise) 特 性 之 擾 動 壓 力 信 號 進 行 率 定, 驗 證 無 扭 曲 頻 率 可 達 35Hz 以 上 管 線 系 統 連 接 至 壓 力 掃 瞄 模 組 上 的 壓 力 輸 入 埠, 分 別 接 入 電 子 式 壓 力 掃 瞄 系 統 (ZOC33/64 P), 資 料 量 測 部 分 由 個 人 電 腦 透 過 USB 介 面 控 制 資 料 量 測 系 統 擷 取 各 模 組 之 量 測 資 料, 並 將 資 料 轉 換 為 電 子 檔 儲 存 分 析 試 驗 區 風 速 設 定 在 屋 頂 高 度 處 為 9.8 m/s, 以 建 築 物 屋 脊 高 度 及 屋 頂 風 速 推 估 實 驗 之 雷 諾 數 約 為 135, 實 驗 資 料 取 樣 頻 率 為 5 Hz, 時 間 為 64 秒

橫 風 向 間 距 3-3 資 料 分 析 Target model 順 風 向 間 距 Dummy model 圖 4 氣 動 力 模 型 配 置 圖 建 築 物 氣 動 力 實 驗 量 測 資 料 主 要 為 模 型 之 表 面 風 壓 資 料, 量 測 範 圍 包 括 屋 頂 面 及 四 周 側 邊 牆 面, 分 析 工 作 包 括 了 解 各 風 壓 孔 的 風 壓 係 數 進 一 步 分 析 包 括 風 壓 尖 峰 因 子 的 推 估, 及 利 用 正 交 模 態 分 析 (POD) 法 探 討 風 壓 分 布 的 基 本 模 態 研 究 中 量 測 各 壓 力 孔 之 風 壓 訊 號, 用 以 計 算 風 壓 係 數, 氣 動 力 係 數 定 義 如 下 所 示 : P 平 均 風 壓 係 數 C P 1 U (1) P 擾 動 性 風 壓 係 數 C P () 1 U M 平 均 彎 矩 係 數 C M (3) 1 U B 局 部 尖 峰 風 壓 採 用 Cook & Mayne (1979) 建 議 之 方 法, 代 入 下 式 求 得 尖 峰 風 壓 係 數 1 C P * U 1.4( ) (4) a 紊 流 場 中 許 多 特 徵 往 往 受 到 相 當 程 度 的 擾 動 及 干 擾, 正 交 模 態 分 析 法 (POD) 技 術 可 有 效 將 風 壓 場 分 解 成 為 時 間 軸 的 主 座 標 和 空 間 座 標 特 徵 模 態 的 組 合, 將 隨 時 間 變 化 的 特 性 與 風 壓 場 的 空 間 分 佈 主 軸 分 離, 可 有 效 觀 察 風 壓 場 作 用 的 行 為 正 交 模 態 分 析 法 以 R ij 代 表 由 風 洞 實 驗 模 型 表 面 風 壓 孔 量 測 所 得 風 壓 時 域 訊 號 p i (x, t) 的 交 相 關 張 量 (correlation tensor), 定 義 作 : R p ( x, t) p ( x', ) ij i i (5) 其 中 x 表 空 間 間 距, 代 表 時 間 稽 延, 如 將 R ij 分 解 成 特 徵 值 與 特 徵 向 量 的 組 合, 因 此 有 R ( x, x', t, ) ( x', ) dx' d ( x, t) ij j (6) 其 中 為 相 對 應 的 特 徵 值, 因 特 徵 模 態 為 正 交 的, 所 以 n i n R ( x, x', t, ) ( x, t) (7) ij ( x, t) n n 表 第 n 個 模 態, 本 研 究 中 對 於 時 域 風 壓 訊 號 均 採 用 同 步 訊 號, 計 算 其 交 相 關 張 量 時 並 未 考 慮 含 有 時 間 稽 延 條 件 下 的 變 化, 因 此 分 析 時 為 四 結 果 與 討 論 4-1 單 一 球 形 屋 頂 建 築 物 表 面 風 壓 特 性 球 形 屋 頂 建 築 物 無 明 顯 的 屋 頂 面 與 側 牆 面 構 成 的 幾 何 不 連 續, 且 單 棟 建 築 物 無 水 平 攻 角 的 影 響, 本 研 究 將 球 形 屋 頂 表 面 風 壓 係 數 以 其 水 平 面 投 影 方 式 表 現 半 球 形 屋 頂 模 型 (r=.5) 風 壓 變 化 如 圖 5 所 示, 不 同 拱 高 與 跨 距 比 其 表 面 平 均 風 壓 分 布 仍 呈 現 相 近 似 的 分 布 狀 況, 半 球 形 屋 頂 模 型 (r=.5) 上 游 區 有 明 顯 的 正 壓 區, 而 中 央 子 午 線 上 為 最 低 負 壓 分 布 區, 分 佈 較 拱 高 與 跨 距 比 r=.3 的 模 型 系 列 明 顯 清 晰 拱 高 與 跨 距 比 r=.3 的 球 形 屋 頂 建 築 物 模 型 實 驗 包 括 直 接 坐 落 於 地 板 面 及 含 有 由 高 度 為 十 分 之 ㄧ 跨 度 的 側 牆 所 構 成 的 鼓 座, 較 低 緩 的 圓 球 屋 頂 面 其 平 均 表 面 風 壓 分 部 變 化 有 趨 於 緩 和 的 現 象, 迎 風 面 正 壓 區 風 壓 值 較 低, 而 中 央 子 午 線 上 的 負 壓 亦 比 半 圓 球 模 型 同 區 風 壓 略 為 回 升, 此 趨 勢 與 拱 形 屋 頂 面 受 到 與 屋 脊 垂 直 風 向 作 用 時 的 情 形 類 似 而 在 有 垂 直 側 牆 的 模 型, 受 到 鼓 座 抬 高 的 影 響, 迎 風 面 主 要 正 壓 區 略 向 下 方 移 動, 而 中 央 子 午 線 上 的 負 壓 更 低, 略 趨 向 於 半 圓 球 模 型 的 分 布 狀 況, 顯 示 抬 高 圓 球 屋 頂 將 增 加 屋 頂 中 央 區 域 的 負 風 壓 作 用 球 形 屋 頂 建 築 物 表 面 擾 動 性 風 壓 最 高 的 分 布 區 為 半 球 形 屋 頂 建 築 物 (r=.5) 的 迎 風 區, 在 拱 高 與 跨 距 比 r=.3 的 模 型 系 列 其 表 面 擾 動 性 風 壓 值 較 低, 且 中 央 子 午 線 上 的 擾 動 性 i i 3

-.35 -.53 -.44 -.8..18.9.63.63 Frame 1 3 Sep 7 風 壓 值 較 半 球 形 屋 頂 模 型 的 值 為 低 而 在 含 有 鼓 座 的 模 型, 受 到 鼓 座 抬 高 的 影 響, 整 區 屋 頂 的 擾 動 性 風 壓 均 較 不 含 鼓 座 的 模 型 實 驗 結 果 為 高, 顯 示 擾 動 性 風 壓 的 作 用 較 為 強 烈, 但 與 半 圓 球 模 型 的 分 布 狀 況 相 比, 抬 高 圓 球 屋 頂 面 的 擾 動 性 風 壓 仍 未 較 半 圓 球 模 型 為 高 因 此 就 擾 動 性 風 壓 的 作 用 而 言, 利 用 鼓 座 抬 高 圓 球 面 屋 頂 雖 會 略 為 提 升 風 壓 擾 動 作 用, 但 與 直 接 採 用 半 球 型 屋 頂 相 比, 其 所 受 風 荷 載 仍 是 略 低 的 球 形 屋 頂 建 築 物 表 面 較 高 的 尖 峰 風 壓 均 出 現 在 迎 風 面 正 壓 區 與 球 面 天 頂 中 央 區 附 近, 拱 高 與 跨 度 比 r=.3 的 屋 頂 面 上 尖 峰 風 壓 係 數 與 r=.5 的 分 佈 類 似 但 變 化 較 不 劇 烈, 顯 示 就 風 載 重 評 估 而 言,r=.5 球 形 屋 頂 建 築 物 承 受 較 大 的 風 載 重 1-1 - Cp peak I5-a- - -1 1 (c) 圖 5 拱 高 與 跨 度 比 r=.5 球 形 屋 頂 建 築 物 模 型 表 面 風 壓 係 數 分 佈, 平 均 風 壓 係 數, 擾 動 性 風 壓 係 數,(c) 尖 峰 風 壓 係 數 -.4 -.85 -.85 -.6.4 -.55 -.6.33.33.4 -.55.93 1.8 Frame 1 3 Sep 7 1-1 - I5-a- -.35 Frame 1 3 Sep 7 1-1 - -.44 -.35 -.44 -.44 -.53 -.63 -.7 -.63 -.7 -.7 - -1 1 Cp rms I5-a-.1.1.1.1.1.14.14.16.16.18.16.14 -.7 -.7 -.63 -.63 -.63 -.53 -.53.16 -.44.16 -.35 -.6 -.6 -.35 -.17 -.17 -.8..18...11..48.57..48.4.8.4. - -1 1.6 4- 半 圓 球 型 建 築 群 半 圓 球 型 建 築 物 在 順 風 向 前 後 排 列 條 件 下, 如 圖 6 顯 示, 明 顯 可 見 中 央 子 午 線 區 域 平 均 風 壓 係 數 最 低, 負 壓 區 域 則 略 見 縮 小, 應 係 上 游 建 物 尾 流 干 擾, 隨 距 離 增 加 到 兩 建 物 形 心 到 形 心 間 距 3 倍 圓 球 半 徑 後, 表 面 平 均 風 壓 分 布 及 迅 速 回 復 至 無 遮 蔽 效 應 下 的 狀 況 顯 示 對 於 半 圓 球 型 建 築 而 言, 其 外 形 產 生 的 周 邊 氣 流 最 為 平 滑, 無 幾 何 不 連 續 點 存 在, 尾 流 區 的 影 響 亦 最 小, 因 此 上 遊 建 築 物 產 生 的 遮 蔽 效 應 影 響 最 小, 關 於 流 場 中 渦 流 傳 送 的 細 節 可 利 用 計 算 流 力 加 以 驗 證 半 圓 球 型 建 築 物 在 交 錯 排 列 條 件 下, 如 圖 6 顯 示, 平 均 風 壓 分 布 無 明 顯 變 化, 僅 在 兩 棟 建 築 物 底 緣 相 接 時, 相 鄰 區 域 有 部 分 負 壓 區 擴 大 的 情 形, 最 低 負 壓 區 仍 出 現 在 圓 球 中 央 天 頂 附 近, 且 最 低 的 負 壓 其 值 與 單 棟 狀 況 相 似 半 圓 球 型 建 築 物 在 比 鄰 並 排 鄰 棟 建 築 時 對 於 平 均 風 壓 係 數 分 佈 的 影 響, 平 均 風 壓 係 數 分 佈 甚 接 近 單 棟 的 狀 況, 負 壓 區 域 則 略 見 縮 小, 隨 鄰 棟 建 築 物 向 上 游 移 動 時 更 不 明 顯 由 以 上 的 比 較 顯 示 遮 蔽 效 應 在 圓 球 型 建 築 群 而 言, 應 是 在 各 系 列 模 型 實 驗 中 較 不 明 顯 的 4

-.63 -.44 -.8 -.35..9 -.63 -.53 -.6 -.17. -.35 -.6 -.17.8 Frame 1 3 Sep 7 Frame 1 3 Sep 7 1-1 - Frame 1 3 Sep 7 I5-bh- -.6 -.6 -.6 -.44 -.35 -.35 -.53 -.44 -.44 -.53 -.63 -.7 -.63 -.53 -.7 -.7 -.35 -.63 -.53 -.63 -.53 -.44 -.35 -.44 -.35 -.6 -.35 -.6 -.17 -.8 -.17 -.8...11..9.11.38.9.48.. - -1 1 I5-b3h-.38.57.11..9.57.48 1-1 - I5-.5b3h- -.35 -.35 -.44 -.44 -.53 -.53 -.63 -.63 -.7 -.7 -.63 -.7 -.7 -.53 -.63 -.63 -.53 -.53 -.53 -.44 -.44 -.35 -.6 -.17 -.8 -.8. - -1 1..11.11..9..57.48.38 -.35 -.53 -.63 -.63 -.7 -.53 -.6 -.17..11 -.7 -.8 1. -.44-1 - -.6 -.6 -.35 -.35 -.44 -.53 -.63 -.53 -.7 -.63 -.7 -.7 -.63 -.53 -.44 -.44 -.35 -.44 -.17 -.6.11.38.9.38 -.8.48. - -1 1.57 圖 7 半 球 形 屋 頂 ( 拱 高 與 跨 度 比 r=.5) 建 築 物 模 型 受 交 錯 鄰 棟 建 築 物 遮 蔽 效 應 下, 表 面 平 均 風 壓 係 數 分 佈, 其 中 橫 風 向 間 距 形 心 到 形 心 為 圓 球 半 徑, 順 風 向 間 距 形 心 到 形 心 為 倍 圓 球 半 徑, 3 倍 圓 球 半 徑 圖 7 半 球 形 屋 頂 ( 拱 高 與 跨 度 比 r=.5) 建 築 物 模 型 受 前 後 排 列 鄰 棟 建 築 物 遮 蔽 效 應 下, 表 面 平 均 風 壓 係 數 分 佈, 其 中 順 風 向 間 距 形 心 到 形 心 為 倍 圓 球 半 徑, 3 倍 圓 球 半 徑 在 擾 動 性 風 壓 係 數 的 分 布 上, 如 圖 8 所 示, 鄰 棟 建 築 物 在 上 游 的 正 前 方, 擾 動 性 風 壓 係 數 分 佈 型 態 甚 接 近 單 棟 的 狀 況, 但 擾 動 性 風 壓 係 數 有 隨 間 距 的 增 加 而 上 升 的 趨 勢, 特 別 是 在 迎 風 區 附 近 背 風 區 則 無 明 顯 變 化 的 趨 勢, 分 布 型 態 及 值 均 相 當 類 似 Frame 1 3 Sep 7 Frame 1 3 Sep 7 Cp rms I5-bh-.18 I5-.5bh-.14...6.3.3.34 -.63 -.7 -.44 1.16.16 1 -.6 -.35 -.44 -.53 -.63 -.7 -.7 -.63 -.7 -.53 -.44 -.44 -.35 -.8.11..9.38.48.57-1.16.14.1.1.1.14.16.18.18.16.16.18.18...4...4.8.3.36.34.4.4.34.3.3-1 - -.35 -.44 -.53 -.63 -.44 -.53 -.35 -.6 -.17.11. -.8 -.14 - -1 1.16.18..6.3.34 - -1 1 5

.16.3.4.34 -.55 1.5 Frame 1 3 Sep 7 1-1 - Frame 1 3 Sep 7 1.14.16 Cp rms I5-b3h-.14.14.1.14.16.16.14.18.18.18..18.18.18...18.....4.4.4.8.6.8.6.3.3.3.3.36.38.34.3.34.38.38.4.4.4.3.36 - -1 1 Cp rms I5-b4h-.1.14.16.14.18.16.18.18..18....8.4.3.6.8.3.3.34.34.36.4.36.38 小 同 時 與 單 棟 時 的 分 布 狀 況 亦 相 近 似, 顯 示 在 前 後 縱 向 排 列 下 的 半 球 型 建 築 物, 並 不 至 因 上 游 建 築 物 尾 流 作 用 而 對 結 構 主 抗 風 系 統 的 風 荷 載 產 生 較 大 的 意 外 載 重 鄰 棟 建 築 物 位 於 交 錯 一 倍 球 形 半 徑 的 條 件 下, 鄰 棟 建 築 物 與 目 標 建 築 物 底 部 邊 緣 緊 鄰 排 列 時 目 標 建 築 物 的 尖 峰 風 壓 有 明 顯 下 降 的 趨 勢, 特 別 是 上 游 迎 風 區 的 正 壓 下 降 約 %, 且 最 大 正 壓 的 作 用 區 亦 有 縮 小, 而 中 央 子 午 線 區 域 及 背 風 區 的 尖 峰 風 壓 則 無 明 顯 改 變 隨 鄰 棟 建 築 物 向 上 游 移 動, 兩 者 底 部 邊 緣 相 距 一 倍 圓 球 半 徑 以 上 時, 目 標 建 築 物 的 尖 峰 風 壓 明 顯 的 已 接 近 單 棟 的 狀 況 因 此, 較 特 殊 的 現 象 是 交 錯 式 排 列 時, 反 而 較 易 造 成 遮 蔽 現 象, 前 後 對 齊 的 排 列 方 式 於 本 研 究 中 顯 示 似 無 明 顯 的 效 果, 此 部 分 的 成 因 應 以 計 算 流 力 數 值 模 擬 或 流 場 探 測 等 方 式 加 以 研 究.1..6 Frame 1 3 Sep 7 (c) -1 -.14.16.18.18 - -1 1 圖 8 半 球 形 屋 頂 ( 拱 高 與 跨 度 比 r=.5) 建 築 物 模 型 受 前 後 排 列 鄰 棟 建 築 物 遮 蔽 效 應 下, 表 面 擾 動 性 風 壓 係 數 分 佈, 其 中 順 風 向 間 距 形 心 到 形 心 為 倍 圓 球 半 徑, 3 倍 圓 球 半 徑, (c) 4 倍 圓 球 半 徑 如 鄰 棟 建 築 物 在 上 游 區 域 交 錯 一 倍 圓 球 半 徑 的 間 距, 逐 次 向 上 游 移 動 時, 目 標 建 物 的 擾 動 性 風 壓 係 數 在 圓 周 邊 與 鄰 棟 建 築 物 相 接, 與 鄰 棟 建 築 向 上 游 漸 次 移 動 時 的 擾 動 性 風 壓 係 數 分 佈 僅 有 微 幅 的 差 異, 主 要 是 在 交 接 處 擾 動 性 風 壓 係 數 略 為 下 降, 應 與 兩 建 築 物 模 型 間 氣 流 所 受 的 擠 壓 加 速 有 關, 但 因 球 形 建 築 物 向 上 空 間 更 為 開 闊, 因 此 與 其 它 具 有 垂 側 面 山 牆 的 建 築 物 相 比, 較 為 不 同 也 因 此 了 解 其 鄰 棟 影 響 在 時 域 平 均 的 風 載 重 上 是 較 不 顯 著 的 在 尖 峰 風 壓 係 數 的 分 布 情 形, 如 圖 9 所 示, 鄰 棟 建 築 物 位 於 上 游 正 前 方, 目 標 建 築 物 的 表 面 尖 峰 風 壓 分 佈 其 實 變 化 並 不 大, 僅 在 正 風 壓 作 用 區 的 範 圍, 有 隨 間 距 增 加 而 小 幅 的 縮..4..3.8 1-1 - Frame 1 3 Sep 7 1-1 - Cp peak I5-bh- -.4 -.4 -.85 -.85 -.55 -.6 -.55.4.63 -.6.4 -.55.93.93.93 -.6.63.33 -.6.63 - -1 1 Cp peak I5-b3h- -.85 -.85 -.6 -.6 -.55.4.4.33 1.5 -.85.33.63.63.33 1.8.93.93 1.5 1.5 1.8.93 -.85 -.6.63 - -1 1.93 1.5 1.8 6

.6. -. Frame 1 3 Sep 7 (c) 1-1 - Cp peak I5-b4h- -.4 -.55 -.85 -.6 -.6.33.4.4.63.33.63.93 1.5 1.5.93 -.55 -.85 - -1 1 圖 9 半 球 形 屋 頂 ( 拱 高 與 跨 度 比 r=.5) 建 築 物 模 型 受 前 後 排 列 鄰 棟 建 築 物 遮 蔽 效 應 下, 表 面 尖 峰 風 壓 係 數 分 佈, 其 中 順 風 向 間 距 形 心 到 形 心 為 倍 圓 球 半 徑, 3 倍 圓 球 半 徑, (c) 4 倍 圓 球 半 徑 4-3 正 交 模 態 分 析 (POD) 本 研 究 對 於 半 圓 球 屋 頂 面 表 面 風 壓 資 料 以 POD 分 析, 了 解 主 要 風 壓 作 用 的 模 態 與 影 響 全 重, 以 半 圓 球 形 屋 頂 面 風 壓 資 料 計 算 所 得 前 個 模 態 所 占 權 重 如 表 1 所 示, 顯 示 低 階 模 態 所 佔 權 重 非 常 的 高, 本 案 例 共 有 157 各 風 壓 孔, 依 POD 分 析 可 得 157 個 模 態, 但 較 高 階 的 模 態 所 佔 權 重 非 常 低 可 忽 略, 前 5 個 模 態 主 要 代 表 流 場 作 用 下 的 風 壓 作 用 形 式 結 構, 如 圖 1 所 示, 第 一 模 態 接 近 對 稱 型 態, 隨 後 各 模 態 大 致 遵 循 以 風 向 為 軸 線 的 反 對 稱 與 對 稱 交 替 出 現 由 前 文 討 論 知 悉 對 於 其 他 屋 頂 型 式, 圓 球 屋 頂 表 面 風 壓 分 布 擾 動 性 較 低, 因 此 較 無 極 端 變 化 之 模 態 出 現 表 1 半 圓 球 屋 頂 面 表 面 風 壓 模 態 與 權 重.33 ID. Eigen value weight 1 1.88879 91.8%.371543 1.56% 3.8375.96% 4.15988.67% 5.1153.46% 6.91137.38% 7.68918.9% 8.5995.5% 9.55557.3% 1.418.18% 11.3519.15% 1.33179.14% 13.3744.13% 14.4879.1% 15.4.1% 16.31.1% 17.1839.9% 18.18864.8% 19.1765.7%.16343.7% Frame 1 7 Dec 11 H15- mode 1 1-1 - Frame 1 7 Dec 11 1-1 -.5 -.5 -.1 -.5 -.15 -.4 -.3 - -1 1.4.4.6.8.6.1.8.1.1.1.14.15.1.1.1.1.8.6.8.4.6..4 -. -.4 -.6 -.4 - -1 1 H15- mode 7

.1 (c) (d) (e) Frame 1 7 Dec 11 1-1 - H15- Frame 1 7 Dec 11 1-1 - -.5 -.15 -.1.5.15..45.1.5 -.45 -.5 -.5 - -1 1 H15- Frame 1 7 Dec 11 1-1 - -.1..4. -. -.4 -.6 -...6.1.1.1.8 -.6 -.4 -..6 -.6 -.4. - -1 1 H15-..1 -.4 -.8 -.7.9.5.1.8 -.3 -.9 -.1 -.5 -.6.4 -. -.11 -.11.3 -.1 -.1.7.6 -.1. -.9 -.7 -.8 -.9 -.8.8 -.4.5.1.8.9 -.3 -.5 -.6 -.1 -.13.4.5.1.7 -.1.4 mode 3.6 -.1 -.11 -.11 - -1 1 mode 4 mode 5 圖 1 半 球 形 屋 頂 建 築 物 模 型 受 風 作 用 之 證 交 模 態 分 析 結 果,mode 1,mode,(C)mode 3,(d)mode 4,(e)mode 5 五 結 論.3 -. 風 壓 分 布 無 明 顯 變 化, 僅 在 兩 棟 建 築 物 底 緣 相 接 時, 相 鄰 區 域 有 部 分 負 壓 區 擴 大 的 情 形, 最 低 負 壓 區 仍 出 現 在 圓 球 中 央 天 頂 附 近, 且 最 低 的 負 壓 其 值 與 單 棟 狀 況 相 似. 擾 動 性 風 壓 係 數 的 分 布 上, 鄰 棟 建 築 物 在 上 游 的 正 前 方, 擾 動 性 風 壓 係 數 分 佈 型 態 甚 接 近 單 棟 的 狀 況, 但 擾 動 性 風 壓 係 數 有 隨 間 距 的 增 加 而 上 升 的 趨 勢, 特 別 是 在 迎 風 區 附 近 背 風 區 則 無 明 顯 變 化 的 趨 勢, 分 布 型 態 及 值 均 相 當 類 似 3. 鄰 棟 建 築 物 在 上 游 區 域 交 錯 時 目 標 建 築 物 在 圓 周 邊 與 鄰 棟 建 築 物 相 接, 與 鄰 棟 建 築 向 上 游 漸 次 移 動 時 的 擾 動 性 風 壓 係 數 分 佈 僅 有 微 幅 的 差 異, 主 要 是 在 交 接 處 擾 動 性 風 壓 係 數 略 為 下 降, 應 與 兩 建 築 物 模 型 間 氣 流 所 受 的 擠 壓 加 速 有 關, 但 因 球 形 建 築 物 向 上 空 間 更 為 開 闊, 因 此 其 鄰 棟 影 響 在 時 域 平 均 的 風 載 重 上 是 較 不 顯 著 的 4. 在 尖 峰 風 壓 係 數 的 分 布 情 形, 在 前 後 縱 向 排 列 下 的 半 球 型 建 築 物, 並 不 至 因 上 游 建 築 物 尾 流 作 用 而 對 結 構 主 抗 風 系 統 的 風 荷 載 產 生 較 大 的 意 外 載 重 5. 鄰 棟 建 築 物 位 於 交 錯 一 倍 球 形 半 徑 時, 反 而 較 易 造 成 遮 蔽 現 象, 前 後 對 齊 的 排 列 方 式 於 本 研 究 中 顯 示 似 無 明 顯 的 效 果, 對 於 圓 球 屋 頂 建 築 群 配 置 時 應 加 以 注 意 六 誌 謝 本 研 究 承 蒙 內 政 部 建 築 研 究 所 大 力 支 持 ( 計 畫 編 號 :95317G17), 得 以 順 利 完 成, 特 此 申 謝 七 參 考 文 獻 1. Chang, Cheng-Hsin, Robert N. Meroney (7) The effect of surroundings with different separation distances on surface pressures on low-rise buildings, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol.91:139-15.. Cook, N.J. & J.R. Mayne (1979) A Novel Working Approach to the Assessment of Wind Loads for Equivalent Static Design, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol.4, :149-164. 1. 半 圓 球 型 建 築 物 在 交 錯 排 列 條 件 下, 平 均 8