十风压系数试验-生物环境系统工程学系.PDF

十四 、風壓係數實驗 目的 ： 利用風洞(Wind Tunnel)實驗研究分離流現象(Separation)對建築物表面壓力 分佈的影響 ，並探討風壓係數與雷諾數之間的關係 。 儀器設備 ： 風洞 、建築物模型 、皮托管、壓力計 皮托管 測試之建築物模型 圖 1 建築物模型 風洞試驗之示意圖 理 論： 1. 因風洞可以製造穩定的 風場，許多風工程的問題 ，譬如建築物的風力負載 (Wind Load) 、空氣污染物的擴散 、汽車和飛機的設計等問題皆可利用風洞進 行實驗研究 (如圖 1 所示) 。 2. 在風工程問題中 ，建築物表面風壓的分佈會隨風速、風向、建築物的幾何外 形、周遭地形 、地物而變，無理論值可供計算。一般而言，建築物的迎風面 牆承受氣 流的直接衝擊 ，所受的壓力為正向壓力 ，但在建築物背風面及側面 因為 氣流加速通過 ，產生分離流現象 。 依據流體力學中的 伯努利定理 (Bernoulli’s equation)可知 ，流速大的地方壓力 小，故建築物背風面及側面所受 的壓力低於大氣壓力 ，為負壓力，亦即建築物表面受到吸力效應 ，如圖2 所 示。 14-1 側視圖 V 、Po 吸力或壓力 吸力 風向 吸力 壓力 吸力 圖2 建築物 表面風壓分佈之示意圖 3. 斜頂式建築物屋頂的風壓與屋頂的傾斜角度有關 ，角度大時，屋頂與迎風面 牆相同 ，壓力為正壓力 ；屋頂角度小時 ，屋頂壓力為負壓力，房舍之屋頂可 能會被掀翻 。建築物的表面若有門窗 、玻璃等易受風力破壞的圍護結構，則 必須先瞭解其風壓的分佈 ，才能預防破壞。 4.建築物表面所受之風壓 分佈可以無因次的壓力係數(Pressure coefficient)表示 如下 ： P − P C = o p 1 2 ρ a V 2 式中 C 為壓力係數 ，P 為建築物表面某一位置之壓力，P 為不受建築物影響 p o 之位置的壓力（參考壓力），V 為不受建築物影響之位置的風速 ，ρ a 為空氣 的密度 。在大氣壓力及溫度 20 oC狀況下 ，空氣密度ρ a =1.20 kg/m 3 。壓力係 數隨位置 、建築物外型而異，其值約介於-2.0 ~ 2.0 之間 。台灣地區颱風的最 14-2 大風速可達 40 m/s ，若風壓係數C = 1.0 ，則在每平方公尺的面積上約有100 p kgf 的外力 。一般的門窗、玻璃及招牌可能會被吹壞 ，簡陋的木造房屋就可能 會被吹倒 。 5. 因建築物表面風壓 係數無理論值可 供使用 ，針對一棟特定建築物的風壓分 佈，最常用的方式便是將建築物以縮尺模型放置於