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建築研究簡訊第97期 《業務報導》

美術館碎形遮陽實尺寸耐風性能檢測

  地處颱風頻仍的臺灣,近年來因極端氣候影響,颱風侵台頻繁,曾瞬間風速達17級風,造成建築物門窗、招牌、鐵捲門或其他附屬構造物嚴重損壞,因而引起各界對各種構造物耐風性能的重視。本所風洞實驗室常接受各界咨詢構造物進行實尺寸抗風試驗之可行性。風洞實驗室是針對建築物進行縮尺試驗,最大風速能量僅為30m/s,即 11級風之上限,在斷面空間及提供風速有限之情況下,無法滿足業界進行實尺寸抗風試驗的需求。為能協助業界進行產品性能驗證,本實驗室另以帷幕牆風雨試驗用以模擬強風狀態之造風機,進行實尺寸耐風性能驗證。

  碎形遮陽為一美術館新建工程採用之遮陽工程,為驗證其抗風能力,遂委託本所進行抗風性能測試。所謂碎形(Fractal)即不規則碎片之簡稱,定義為:一個粗糙或零碎的幾何形狀,可以分成數個部分,且每一部分都(至少近似地)是整體縮小後的形狀,即具有自相似的性質。實驗室規劃於風雨實驗館以造風機進行抗風試驗,試驗前實驗室先以熱線測速儀量測造風機為產生之風速狀態。委託單位於實驗場自行安裝一實尺寸之碎形遮陽單元,底部固接於實驗場地板。試體高為3.16m寬為2.7m,且要求執行之最高風速為40m/s(相當13級中度颱風)。相關設備配置以風速量測所對應之位置為基準。試驗過程風速由0開始至指定風速後維持2分鐘,目視觀察並以相片及文字紀錄試體受風情形。

  本實驗室之造風機為三翼螺旋槳造風設備(直徑4.11m),造風設備的啟動與風速控制均由皆由電腦LabView程式控制並記錄。詳細配置情形如圖1所示。

  試驗風速係依據我國建築物耐風設計規範及解說計算所得。規範之設計風速為10分鐘之平均風速,本實驗室之風速率定則量測1分鐘之平均風速,兩者須依國際間採用的Durst Curve 進行轉換,轉換公式為:V10min=0.84V1min。又考慮風場與構造物間的動態效應,演算過程亦納入陣風反應因子(Gust Effect Factor)。

圖1. 造風設備風速量測配置圖

  本案為本實驗室首次執行大尺度建築構造之實尺寸抗風試驗,除可協助業界達到產品驗證之目的,亦增加實驗室之檢測里程。試驗後試體無任何構件脫落或可目視之變形及破壞,但新建工程之建築構造具足夠強度之抗風性能,並不保證日後必能抵抗強風之侵襲。臺灣屬於高濕溫熱的天氣型態加上空氣污染所夾雜的各種化學物質,對於構造物之耐久性能實為嚴峻之挑戰。構造物的抗風能力,除了依耐風規範設計外,日常的維護保養,降低構件老劣化延長使用壽命,也是業主重要的防制工作。