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建築研究簡訊第105期 《業務報導》

建築物陽臺玻璃型欄杆風壓係數評估分析

  國內建築設計日漸新穎,常運用各種曲線和光影表現建築物的光彩,像中高層大型商辦大樓常以帷幕牆作造型,並以玻璃襯托建築物的時尚特色,有別於過去建築物外表的單一性,當代建築師以玻璃結合各種金屬構件可以輕易的達到造型變化的目的,而中高層住宅大樓則常見以陽臺玻璃欄杆讓整個建築物更加光鮮亮麗,進而墊高建築物的整體價值。惟此種玻璃構造物易遭颱風吹落而造成危險,但卻未規定應由專業技師進行耐風計算並簽證,臺灣在104年8月及9月相繼受到蘇迪勒、杜鵑強烈颱風侵襲,陽臺玻璃欄杆掉落情形頻傳,民眾對於強風威脅又更加明顯有感,其潛藏的安全問題不容小覷,國內已有多件玻璃陽臺女兒牆破壞而申請鑑定或進行訴訟的案件。此外,TVBS新聞於前(106)年2月2日即以『藏危機!「接合不好、厚度薄」強風吹易碎』進行專題報導,顯見社會各界已開始注意此一安全威脅。

  有關建築物構造的耐風設計問題,可依我國「建築物耐風設計規範及解說」進行檢核,以決定作用於構造物的風荷載,確保建築構造物之耐風安全。惟目前規範對於陽臺玻璃欄杆構造無任何風壓系數規定,以致計算風荷重,無相關依據。爰此本研究依實務需求,透過風洞試驗驗證,並經歸納分析決定玻璃型陽臺女兒牆之風荷重,以供業界參考,解決無設計依據之困擾。

  本研究為探討陽臺欄杆風壓係數,製作1/50的縮尺試體模型試驗模型與量測孔位如圖1所示,應用風洞試驗在均勻流場及紊流流場,從0到360度分別每10度執行一次風壓量測,執行第3層樓後,再依序進行第5、7層樓,將數據以無因次化風壓係數Cp表示。研究成果先以學理探討風攻角0度下,風壓之分佈情況,分析結果試驗與學理相符;其次,各試驗條件下彙整各測點之正負風壓最大平均係數、擾動風壓係數、極值風壓係數及淨風壓係數,所得結果可供業界進行玻璃型陽臺欄杆進行耐風設計時參考。

  本研究分析建築物迎風面,亦即風攻角0度的試驗結果,如圖2所示,不論是均勻流場或紊流流場,第3樓和5樓的C陽臺(建築物表面中央)欄杆表面平均風壓係數值皆大於7樓。第3樓和5樓因受迎風面的下切氣流影響,平均風壓係數較高,第7樓則是承受向上準備越過建築物的流場,故而所得之壓力值較低。前述為向上和向下流場,但仍有一部份是往兩側移動,由試驗結果得知,向兩側移動的流場會在角隅處附近開始出現負風壓值,就是C陽臺和D陽臺接近建築物角隅的邊側欄杆,流場再轉向建築物側面時即A、E陽臺處,大多呈現負風壓值。綜合上述,從陽臺的風壓係數曲線圖分析,可證明本研究結果符合流場理論。

  本研究試驗後將各壓力測點,經分析計算以平均風壓係數、擾動風壓係數、極值風壓係數及淨風壓係數表示,圖3~圖6為不同風向角下之等值無因次極值風壓分佈。相關數據歸納整理後得知,正風壓之最大平均風壓係數為1.45,擾動風壓係數為1.02,極值風壓係數為3.54;負風壓之最大平均風壓係數為-2.14,擾動風壓係數為0.013,極值風壓係數為-3.47。而平均值的最大正淨風壓係數為2.50,最大負淨風壓係數則是-2.24;極端值的正淨風壓係數最大值為5.19,負淨風壓係數最大值則是-3.57。以上相關數據可為我國業界,設計陽臺玻璃型欄杆之參考,以期減少強風侵襲下之損壞。

圖1 風洞試驗模型與量測孔位圖

A陽臺

B陽臺

C陽臺

D陽臺

E陽臺

 

圖2均勻流場迎風面0度各陽臺風壓係數曲線圖


圖3 紊流場 3F 風向角10度 極值風壓無因次分布圖

圖4 紊流場 3F 風向角40度 極值風壓無因次分布圖

圖5 紊流場 3F 風向角80度 極值風壓無因次分布圖

圖6 紊流場 3F 風向角110度 極值風壓無因次分布圖