適用對象
  • 政府部門
  • 學校團體
  • 研究機構
災害類型
  • 風災

建築耐風設計規範之載重組合及簡易風力修正研究

年度 110年度
主管單位 內政部建築研究所
執行單位 國立台北科技大學
預算來源 科技經費
執行經費(仟元) NT$1264.00
執行期間(起&迄) 2021/2/1~2021/12/31
計畫主持人 羅元隆教授
計畫重點描述 由於建築物風力特性受外型及結構振動特性影響甚鉅,因此規範內容不可能涵蓋所有種類的建築物型態,我國建築物耐風設計規範及解說,僅適用近似矩形之建築物。而風力設計方法參照國外規範,以陣風反應因子法作為順風向風力的設計,橫風向及扭轉向風力的計算則採用經驗式擬合風洞試驗結果得來。由於計算公式涉及許多理論,故計算式較建築物耐震設計繁複。目前針對規範所計算的風力仍舊有許多改善的空間,其中在依據規範公式計算後獲得之風力如何進行組合仍是一個急待解決的問題。根據目前規範作法,順、橫、扭轉向風力須分別獨立作用於結構模型上進行靜力分析後,獲得了目標結構反應後組合,取其最大反應者之來風方向的順、橫、扭轉向風力作為設計風力。然而,目標結構反應可能因結構系統統採用之選擇而有所不同,且三個方向的風力未必在同時間發生最大值,故實際上存在機率組合問題。若能有效找到直接以風力進行組合的作法,除了能有利於降低過於保守的風載重外,亦能減少操作過程的繁複性。
此外,為了簡化繁複的風力計算,我國規範參考他國規範,於目前規範第二章後半段提供針對低矮樓層建築物的簡易風力計算式來取代第二章前幾節的複雜風力計算式。然而由於簡易風力計算式代表較為保守的設計風力值,因此必然在高寬比門檻時發生不連續的設計風力。此外,簡易風力計算式亦未考量組合,因此須一併進行探討。
必要工作項目 本研究基於上述研究動機,擬於本年度提出有關載重組合及簡易風力計算式的驗證研究。以下條列出本研究進行的內容可分為幾個部份:
1. 國內外文獻蒐集及研讀。首先針對國際上主要用以對照比較的規範如ASCE 7-16、AIJ-2015、ISO 4354-2009、AS/NAZ 1170:2002,進行一般計算式及簡易計算式的歸納整理。
2. 針對高層建築模型進行氣動力風洞試驗。由於本研究將針對適用於規範內容的高寬比範圍進行探討,故將建立兩高層建築物模型(一為方柱、一為矩柱)進行高寬比1至9的氣動力風壓實驗。
3. 完成風洞實驗後,針對順風向、橫風向、扭轉向風力進行計算後載重組合的研究,並提出可做為修正建議方案。其中包含建立結構模型進行時間域動力分析、針對不同之目標結構反應(如屋頂位移、基底彎矩等)進行設計風力的比較。
4. 針對高層建築模型進行簡易風力計算驗證。其中包含探討各國規範中的簡易風力計算式之差異性、我國規範目前一般計算式與簡易計算式的差異性及適宜性、以及綜合比較提出可能之修正方案或建議。
5. 採用實際進行過的高層建築耐風設計進行範例比較。首先針對本研究歸納的風力組合方式,以高寬比6或7的高層建築物進行範例驗證;接著以高寬比3左右的建築物模型進行一般式與簡易式的範例比較。
預期成果產出 一、收集國內外文獻資料並說明各國規範作法。
二、進行高層建築物風洞試驗並建立結構分析模型及靜、動力分析程式。
三、提出有關載重組合以及簡易風力計算式之建議修正方案。
四、建立範例驗證本研究所歸納之載重組合方式及簡易風力計算式。
對應方案課題
  • 課題四:精進防災科研技術
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