一、前言
本所風雨風洞實驗室自民國93年6月完成建置後，即積極參與TAF之「測試領域」實驗室認證體系的運作，先於民國96年依據中華民國國家標準(CNS)及ISO/IEC 17025要求，建立一套既有之實驗室品質系統，取得8項風雨實驗相關TAF認證至今；惟風洞試驗國內並無量測的標準與試驗方法可供參考，且認證過程必須設法建立諸多文件與技術展現，致整個準備過程中，遭遇相當多的挫折與困難。但本所風雨風洞實驗室多年來持續藉由研究及檢測所累積的實驗經驗，去(104)年6月4日向財團法人全國認證基金會(TAF)申請提出「建築結構風載重試驗」增項認證，在克服種種困難後，在去(104)年11月24日成為國內唯一通過TAF認證的建築風洞試驗項目（如圖1），著實突破過去國內任何一座風洞實驗室皆未能取得TAF的認證紀錄，對於實驗室建築抗風檢測結果與所出具之報告將更具公信力。
圖1. TAF認證標誌
二、認證項目
本次「建築結構風載重試驗」增項認證之重點說明如下：
(一)「品質系統連結」：
本增項認證依據ISO/IEC 17025遵循本風雨風洞實驗室既有的品質政策及架構下，將「建築結構風載重試驗」納入，省去重新創建部分品質文件所需耗費的人力與時間，惟仍必須建立之技術文件包括有：能力試驗、各項儀器履歷、操作手冊、校驗管制、維護保養，以及試驗作業程序書、量測不確定分析等等。
(二)「試驗依據與方法」：
由於國內尚無相關標準（如：CNS）可直接應用，僅能從國際上先進國家的相關規範與標準（如美國ASCE、日本AIJ）尋求關連性來解決。經多方查證，ASCE/SEI 42-12對於風場的要求恰符合本次增項認證需求，並配合我國「建築物耐風設計規範與解說」2.3節風速之垂直分布中3類地況（A、B、C），終於完成風場條件的建立，包括平均風速剖面（如圖2）、阻塞比(Blockage ratio)、雷諾數(Reynolds number)、模型縮尺比例、模型模擬範圍等。
(三)「設備校正律定與可追溯性」：
在儀器設備方面，本實驗室所使用儀器設備之校正，係遵循本實驗室之儀器設備管理辦法(MKL-J-010) 5.3節儀器設備之校正辦理，惟若具有獨特性時（如：六力平衡儀），則以選用未獲TAF認證實驗室進行儀器校正審查方式，來確保可追溯性。而在不同建築條件、背景、環境，以及風場穩定程度等干擾因素下，所需探討的量測不確定度影響項目多，為此，本風雨風洞實驗室則將部分影響條件限縮，使量測不確定度分析得以控制。
圖2. 平均流場速度量測
三、風洞試驗檢測與分析
本所風洞設備是國內測試尺寸規模最大風洞設備，可對建築物進行多種組合條件的模擬試驗。本體為一垂直向的封閉迴路系統（如圖3及圖4），總長度為77.9m，最大寬度為9.12m，最大高度為15.9m，具有2個測試區段，第1測試區中斷面寬4m，高2.6m，並配置有2個旋轉盤，第1座旋轉盤直徑1m，安置於距測試區入口處3m處，從事一般流體力學研究；第二座旋轉盤直徑3m，置於可移動式軌道上，定位於距測試區入口端約25.5m處，並以機械控制使其做旋轉及上下運動，可以建築物縮尺模型進行受風力、風壓等空氣動力學研究及試驗，空風洞最大風速為30m/s。第2測試區斷面寬6m，高2.6m，配置一座旋轉盤，其距離風洞本體整流段出口15m處，轉盤直徑為3m，主要用途以橋梁測試為主，空風洞最大風速為20 m/s。
圖3. 建築風洞實驗館
圖4. 風洞本體圖
一般建築物在進行耐風設計時，應依「建築物耐風設計規範及解說」進行，而依該規範第五章5.1節適用範圍提及：「建築物之耐風設計，依本規範無法提供所需之主要抗風系統設計風力或是外部被覆物之設計風壓風力資料時，得以風洞試驗作為耐風設計之依據。當建築物之高度超過100公尺，或風力效應明顯時，建議進行風洞試驗。凡施行風洞試驗之建築物，其設計風力、設計風壓與舒適性評估得以風洞試驗結果為準。」。此亦說明由於建築結構的多樣性，建築物本身在風力作用下的力學行為，現階段尚無法以純理論模式或數值方法解析，惟有透過風洞試驗方能進行合理的分析與評估。爰此，本所風雨風洞實驗室提供建築風洞試驗包括有：「建築環境風場試驗」、「建築外表披覆物風壓試驗」、「建築結構風載重試驗」等3項主要項目。
至於風力如何以物理值呈現？以建築物而言，當受強風吹襲後會阻礙空氣的流動而受到空氣所給予的衝擊力量，該力量即為風載重(Wind load)，或稱風力。依方向性可分為平行流向的阻力及垂直流向的側向力，若側向力與重力方向平行，可稱為升力(Lift)。因此，設計建築物抗風強度就必須考慮：(1)結構物主要支撐系統可承受的整體風力。(2)高層建築物受風產生振動對使用舒適性的問題，此需要藉由風載重試驗量測順風向力（矩）、橫風向力（矩）與扭矩，進而推算不同風向角的受力情形，示意如圖5。
圖5. 強風受力圖
（參考朱佳仁，2006年，風工程概論，另行繪製）
常見的建築結構設計，可依建築物的自然振動頻率(Natural frequency)分為剛性建築物和柔性建築物，現今社會面臨經濟高度發展需求，建築物逐漸朝高層化、大型化發展趨勢，尤其是高層建築物（如：臺北101大樓），基於興建成本與技術考量，偏向柔性建築物，一旦需要考慮受風力影響時，可以「建築結構風載重試驗」瞭解建築物的位移或振動等受力行為，之後再做進一步的結構分析與設計。惟整個試驗過程與應考量事項相當複雜，且需具有流體力學背景者才能完全理解，為使讀者能順利閱讀，係將相關試驗流程整理如圖6，而進行該項試驗主要量測儀器除了風洞本體外，尚包含主要量測的儀器如下：
- 六力平衡儀（如圖7）
(1)由JR3公司所生產，外徑：191mm，高：51mm，另需搭配電源供應器、訊號傳輸模組、類比/數位轉換器。
(2)量測範圍：FX、FY為±315N，FZ為630N，MX、MY、MZ為63N-m。
- 熱線式風速計（如圖8）
(1)由TSI公司生產，需搭配電源供應器、類比/數位轉換器來進行。
(2)量測範圍：0.5m/s至18m/s，本增項認證以常用風速範圍的為主並配合本項「建築結構風載重試驗」增項認證，風速為6~18m/s。
圖6. 建築結構風載重試驗流程
圖7. 六力平衡儀
圖8. 熱線式風速計
另外在探討建築物表面結構（如：帷幕牆、玻璃、門窗等）之耐風程度時，迎風面所承受氣流的衝擊，為正向壓力，至於背風面及側面因氣流加速通過，將會形成負壓力（吸力）效應，此可藉由風壓試驗量測表面的風壓分布，以利設計材料、構件強度，預防破壞。而有關環境風場量測則適用於建築物開發前後，以建築物周遭離地面1.5至2.0公尺高度來考量行人舒適程度，此部分多半在設計興建前之環境評估或都市審議時被要求進行。設計者可依需求以前述3項物理值進行多種組合條件的模擬試驗，詳細資訊亦可至本所風雨風洞實驗室網站查詢(https://wind.abri.gov.tw/）。
圖9. 建築結構風載重試驗
圖10. 建築結構風載重試驗