中華民國內政部建築研究所中華民國內政部建築研究所

一、研究緣起
目前國內在評估建築物或結構物受風力作用下之表面壓力分佈、載重與動態反應時，可參照建築物耐風設計規範與解說內容進行相關計算，其適用於外型較為規則方正之一般建築。當待評估建築超過100公尺或風力效應明顯時，建議採風洞試驗方式進行評估，其可提供該建築物較準確之建築表面風壓、分層載重與結構動態反應，但一重要前提是該試驗之規劃過程、試驗方式與數據處理方法應需由風工程領域之專業人員，以學理依據為基礎進行分析。目前國內能進行建築風洞試驗之單位稀少，結構設計單位偶因時間、價格或其他因素選擇國外試驗單位進行風洞試驗，其試驗報告不一定完整呈現其試驗設置及數據分析方法之理論依據，導致設計需求與試驗結果出現落差，造成設計單位對於試驗報告結果之採用產生疑義。目前國內之建築物耐風設計規範與解說已對風洞試驗之適用範圍、主要項目、應遵守之模擬要求與報告引用內容初步說明，但對於結構設計單位、建築設計單位與需要進行風洞試驗之相關領域，其不一定具備風工程或耐風設計之基礎理論知識，對於試驗過程、分析方式與數據呈現等，皆無法判斷其是否適用於該建築結構主要抗風系統或披覆物之設計需求。因此，本研究擬提出風洞試驗所需之基礎技術原則與提出試驗報告評定機制之架構。
二、研究方法及過程
研究將包含以下內容：
1.蒐集包含各國風工程規範或其他有關風洞試驗相關之文獻，探討並建立適用之風洞試驗技術原則。
2.本研究將依照建立之風洞試驗技術原則進行常見之風洞檢測試驗，並提供報告書作為示範例，依供未來相關領域使用參考。
3.透過專家座談會與研究內容說明會，討論或收集相關建議，完善本案提出之風洞試驗技術原則，並提出試驗報告評定機制之架構。
三、重要發現
一、由規範整理結果可知，各國規範內之相關受力或位移反應計算式之適用範圍有限，包含外型之受力分析結果皆由大量風洞試驗資料整理進行分析而成，而試驗多數針對規則外型且周遭無干擾之狀況下進行，因此，若建築外型在基於試驗結果所建立之尺寸形狀以外，則不適用於規範計算。相同地，規範計算亦不適用於評估周邊干擾或地形變化之效應，若需了解前述狀況之建築受風力資訊，則建議進行風洞試驗。若建築為風敏感類型，如高層建築、大跨度屋頂結構、大跨度懸吊式橋樑等，其可能發生渦致振動或氣彈不穩定狀況者，建議諮詢專家意見與進行風洞試驗評估。其判斷方式多以建築物之高度、高寬比、深寬比、約化風速以及低模態之自然頻率決定。各國規範無提及風洞試驗細節，多數以應遵守基本模擬要求，如需滿足模擬相似律、正確模擬縮尺風場、建立周遭近場地景資料等，僅在美國ASCE 7與加拿大NBCC規範中則提及進行縮尺模型風洞試驗應參考ASCE 49-12進行。
二、在符合本案草擬之風洞試驗之技術原則草案之基本條件下，將兩實驗室之試驗數據進行比對。整體而言，在風環境評估、表面風壓與結構風載重試驗之數據趨勢基本上為一致，僅風環境試驗之風速機率值略有差異，另在表面壓力分佈與結構風載重組合之結果皆有不錯之吻合度，僅於頂層居室加速度略有差異。由試驗比對結果可視為兩實驗室在經風工程學理假設條件下，在不同縮尺狀況、不同試驗場地以及不同分析方式，在各方面仍可得平均差異約在10%以內之試驗結果，以複雜風場在不同實驗室進行不同縮尺之試驗條件下，實屬可接受之差異。
三、提出兩種評定執行方式進行討論，若要從法規面執行，需由主管機關訂定明確法條以供依循，牽涉到之層面較廣，需要較長時間評估推動執行，需較審慎考量後進行。或可從本所實驗室或國內風工程學術團體自行成立評定小組方式，應較易於執行，且觸及率應隨時間與案件數量增加，若業界出現共識報告需經過評定，則可加強推動法規修訂之能量。
四、主要建議事項
根據本案研究發現，本研究針對建築工程風洞試驗技術與報告評定機制之研究，提出下列具體建議。
立即可行之建議
主辦機關：內政部建築研究所
協辦機關：社團法人中華民國風工程學會
在各國規範整理內容中皆發現，並無強制執行風洞試驗之說明，而是以建議或者應採取其他專家協助等方式說明，目前國內之規範主要以建築物之高度超過100公尺，或風力效應明顯時，建議進行風洞試驗。建議於往後規範修訂內容時可將風力效應明顯之狀況納入，給定較明確之適用狀況，以供相關使用單位參考，如將規範內提及之高寬比與約化風速判斷式納入，增加判斷依據。
長期性建議
主辦機關：內政部建築研究所
協辦機關：社團法人中華民國風工程學會
在報告評定方式部分，建議由本所風雨風洞實驗室成立報告評定小組為始，邀請風工程相關領域之學者、工程人員以及風工程學會參與評定過程，增加風工程專業人員參與對推廣消息亦有助益。本案之訊息可函送相關環境評估審查單位、結構外部審查單位或地方政府機關，讓實際會接觸試驗報告之相關單位得知資訊，並接收訊息反饋，了解實際作業之問題點，以利後續推動法規化制定。實際執行面應由結構外審與環境評估審議會議包含之成員開始，若在審議內中需要使用風洞試驗之結果，則應納入風工程領域之專家對試驗報告進行審視，由於目前並無風力技師職務，以現今狀況以風工程學會派員參加應為適宜之做法。業界若對於報告使用應經過第三方審視或評定存在共識，則對於推動法規化才有足夠能量進行。