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建築研究簡訊第108期

  • 日期:109-06-11
業務報導蔡宜中
運用大數據研修建築物耐風設計規範

一、前言

  臺灣現行「建築物耐風設計規範及解說(民國104年修訂公布實施)」中所列臺灣地區各地的設計風速,係根據1947~1991年間中央氣象局所屬的地面氣象測站收集之128場侵臺颱風風速資料做為設計風速依據。惟設計風速與颱風路徑有關,經過北部之颱風,南部測站所量測到的風速並不一定很大,依其分析結果預測設計風速,準確度存有爭議。且測站分佈的密度不均,像是苗栗、彰化、雲林縣沒有地面人工測站提供長期、可靠的風速資料,桃園唯一的新屋人工測站於2013年才啟用。當颱風的樣本數不足時,較難正確計算設計風速。

羅元隆 (民國105年)使用臺灣中央氣象局所屬30個人工氣象測站1961~2012年間的風速資料,針對所選取之資料進行分析,觀察其逐年統計特性之相關性及各測站逐年最大風速之趨勢,依據不同測站給予不同的極值分佈函數,進行年最大風速之模擬。但以上研究皆分析中央氣象局人工測站的歷史颱風風速資料,並未研究無測站區域的風速,因此所發布的設計風速有必要予以修正。

二、運用大數據建立適用於臺灣颱風之數值模式

  為確保建物耐風能力,本所108年研究案「建築物耐風設計規範之基本設計風速修訂研究」,先利用統計分析美軍聯合警報中心(JTWC) 1970~2016年間,北太平洋上颱風的生成位置、移動速度、方向角、中心氣壓與最大風速半徑等參數,找出其與經緯度之關係。再結合Yin et al. (2009)的颱風軌跡模式,發展一個完整的蒙地卡羅模式(Monte Carlo method)來模擬西北太平洋區域13,230場颱風的生成位置、移動路徑、速度和中心氣壓之變化,其中有2259場侵臺。最後利用颱風中心氣壓差與風速之間的參數化模式及邊界層流的指數律換算成近地表之風速(圖1)。並以本土中央氣象局沿海地面測站所量測歷史颱風風速與模擬後之地表風速比對,所得之侵臺路徑的發生機率和地表風速皆十分接近中央氣象局曾經觀測所得之資料。因模擬之樣本數增多,解決了部分地區無地面測站之問題。

三、建議之設計風速

  除用以上方式算出模擬之設計風速外,本研究亦分析中央氣象局所屬30個人工測站1961~2017年間颱風的最大風速。計算離地面10公尺高,地況為C類,50年回歸期的10分鐘平均基本設計風速,並和羅元隆 (民國105年)之計算結果比較。建議之設計風速係遵照以下流程(圖2),決定有測站地區與無測站地區之建議設計風速。而為保守安全起見,有測站地區採用以下這3種不同方法所得之最大值做為建議之設計風速(表1):(1)羅元隆 (民國105年);(2)人工測站歷史風速;(3)本研究模擬風速。無測站地區之建議設計風速,則直接用本研究計算出之模擬風速。以上述方法共算出臺灣地區(368個鄉鎮區)之設計風速建議值(圖3),彌補過去颱風資料樣本不足問題。後續將參考本研究結果,賡續推動「建築物耐風設計規範及解說」修正作業,讓新建建築物除節省建築經費成本外,更達到耐風安全,維護民眾生命財產不受損失。

圖1 運用大數據建立適用於臺灣颱風之數值模式

圖2 各地設計風速建議值之決定示意圖

圖3 全臺設計風速建議值

 

表1新北市地區之設計風速建議值(U50=50年重現期的設計風速)