博碩士論文 88322084 詳細資訊




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姓名 卓勇志(Yong-Zh Zhuo )  查詢紙本館藏   畢業系所 土木工程研究所
論文名稱 邊界層中雙棟並排矩形建築之表面風壓量測
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摘要(中) 本研究以風洞實驗的方式,探討邊界層流中矩形高層建築物表面的壓力分佈情形。實驗使用電子式壓力掃描器,可同時量測多個位置的瞬時壓力,由實驗結果可計算得建築物表面的平均、擾動和最大壓力分佈。實驗條件包括單棟及雙棟並排垂直於風向的流況。單棟之結果十分接近前人之研究成果;雙棟並排之結果顯示:當雙棟建築之間距逐漸減少時,建築物的相鄰面上風處分離點附近的負壓和擾動壓力值隨之而增大,而最大擾動風壓發生處會隨著間距比增大而往下風方向移動。由壓力頻譜可找出渦漩逸散之頻率及史徹荷數,當間距比縮小時,史徹荷數增大,顯示渦散頻率增加。本研究並建議以最大壓力前10%之壓力係數Cp10作為設計風壓係數,工程設計上較經濟可行。Cp10可用平均壓力係數Cp,加上擾動壓力係數Cprms與尖峰因子g10的乘積表示。尖峰因子不受到建築物位置的影響,g10約為1.3。本研究之結果可作為相關研究之參考,並提供工程設計時的建議。
摘要(英) This study experimentally investigates the pressure distribution on the surface of high-rise buildings. The experiments were carried out in atmospheric boundary layer wind tunnel. The experimental conditions include single building and two side-by-side buildings with different gap ratios. The electronic pressure scanner can measure the fluctuating wind pressures of 64 pressure taps simultaneously. Based on the pressure measurement, the mean, rms and peak pressure distributions can be evaluated. On the confronted side face, the negative pressure and rms pressure near the separation point increase as the gap ratio decreases. And the point of maximum rms pressure moves leeward as gap ratio increases. This study suggests the pressure coefficient Cp10, which is based on of 10% maximum pressure, for the cladding design. The pressure coefficient Cp10 could be calculated by the formula Cp10 = Cp + g10.Cprms, where the peak factor g10 = 1.3, and is independent of position.
關鍵字(中) ★ 風壓
★  高層建築
關鍵字(英)
論文目次 中文摘要i
英文摘要ii
目錄iii
圖目錄vi
表目錄x
符號表xi
第一章 緒 論1
1.1前言1
1.2 研究動機2
1.3 研究內容及大綱3
第二章 理論基礎與文獻回顧4
2.1 大氣邊界層4
2.2 大氣紊流特性6
2.2.1 紊流強度6
2.2.2 雷諾剪應力7
2.2.3 紊流積分尺度7
2.2.4 風速頻譜8
2.3 風流經建築物之行為10
2.3.1 經過建築物的流動特性10
2.3.2 建築物周圍之風場10
2.4 壓力係數量測12
2.4.1 表面風壓12
2.4.2 設計風壓規範13
2.5 風洞模擬與相似性法則14
2.5.1 風洞模擬14
2.5.2 相似性法則15
2.6 紛紜資料的分析方法18
2.7 前人文獻回顧19
第三章 實驗設備與方法23
3.1 大型環境風洞23
3.2 風速量測方法25
3.3 壓力量測方法27
3.3.1 前人研究27
3.3.2 壓力量測儀器29
3.3.3 儀器校正31
3.3.4 壓力量測32
3.4 實驗方法34
3.4.1 大氣邊界層模擬與建築物模型34
3.4.2 實驗數據採樣技巧36
3.4.3 實驗數據採樣與處理36
3.5 頻譜分析方法37
第四章 實驗結果與討論38
4.1 迫近流場38
4.1.1 平均風速剖面38
4.1.2 紊流強度剖面39
4.1.3 紊流頻譜39
4.2 單棟建築物表面風壓40
4.2.1 平均風壓40
4.2.2 擾動風壓42
4.3 雙棟並排建築47
4.3.1 平均壓力47
4.3.2 擾動壓力47
4.3.3 間隙風速49
4.4 準穩態假設50
第五章 結論與建議53
5.1 結論53
5.2 建議55
參考文獻56
圖目錄
頁次
圖1.1 玻璃帷幕牆受到風力破壞…59
圖2.1 風速剖面與不同地況之關係圖…60
圖2.2 變數C與m與地表粗糙長度關係圖…60
圖2.3 (a) 流體流經圓柱結構物側面之示意圖61
(b) 流體流經矩形結構物側面之示意圖61
圖2.4(a) 建築物周遭流況立體示意圖62
(b) 建築物周遭流況側視圖62
圖2.5建築物周圍風場示意圖63
圖3.1中央大學大型風洞之立體構造圖66
圖3.2 中央大學大型風洞之上視圖及側視圖66
圖3.3風洞馬達轉速與風速之關係圖67
圖3.4 電子式壓力掃描器ZOC33模組68
圖3.5 數位處理模組DSM300068
圖3.6 控制壓力模組DSM CPM69
圖3.7 壓力校正儀SPC300069
圖3.8 (a) 壓力校正模式70
(b) 壓力量測模式71
圖3.9 (a) 電子壓力掃描器管線系統轉換函數72
(b) 以20cm管線量測得之壓力訊號73
(c) 以120cm管線量測得之壓力訊號73
(d) 經由轉換函數轉換後之壓力訊號73
圖3.10風洞中渦流產生器與粗糙元於風洞之示意圖74
圖3.11渦流產生器與粗糙元之配置圖74
圖3.12渦流產生器與粗糙元配置之俯視圖75
圖3.13(a) 模型照片76
(b) 模型立體示意圖77
圖3.14單棟建築軸向座標定義圖78
圖3.15(a) 窄迎風面雙棟並排之座標定義79
(b) 寬迎風面雙棟並排之座標定義79
圖3.16(a) 不同取樣時間之平均壓力誤差圖80
(b) 不同取樣頻率之平均壓力誤差圖80
圖3.17(a) 不同取樣時間之擾動壓力誤差圖81
(b) 不同取樣頻率之擾動壓力誤差圖81
圖4.1 迫近流場之平均風速剖面圖82
圖4.2 迫近流場縱向紊流強度剖面圖83
圖4.3 縱向紊流頻譜84
圖4.4 風洞實際頻譜與Kaimal公式比較85
圖4.5 迎風面平均壓力係數分佈圖(寬迎風面模式)86
圖4.6 迎風面平均壓力係數分佈圖(窄迎風面模式)87
圖4.7 迎鋒面中心垂線之平均壓力係數88
圖4.8 背風面平均壓力係數分佈圖(寬迎風面模式)89
圖4.9 背風面平均壓力係數分佈圖(窄迎風面模式)90
圖4.10背風面高度與平均壓力係數關係91
圖4.11 側風面平均壓力係數分佈圖(寬迎風面模式)92
圖4.12側風面平均壓力係數分佈圖(窄迎風面模式)93
圖4.13動態壓力隨時間變化圖94
圖4.14迎風面擾動壓力係數分佈圖(寬迎風面模式)95
圖4.15迎風面擾動壓力係數分佈圖(窄迎風面模式)96
圖4.16迎風面極值和10%係數分佈圖(寬迎風面模式)97
圖4.17迎風面極值和10%係數分佈圖(窄迎風面模式)97
圖4.18迎風面高度與壓力係數Cpp與Cp10之關係98
圖4.19迎風面平均壓力係數與尖峰因子關係圖99
圖4.20迎風面平均壓力係數與陣風反應因子關係圖99
圖4.21背風面擾動壓力係數分佈圖(寬迎風面模式)100
圖4.22背風面擾動壓力係數分佈圖(窄迎風面模式)101
圖4.23 背風面極值和10%係數分佈圖(寬迎風面模式)102
圖4.24 背風面極值和10%係數分佈圖(窄迎風面模式)102
圖4.25背風面平均壓力係數與尖峰因子關係圖103
圖4.26 背風面平均壓力係數與陣風反應因子關係圖103
圖4.27側風面擾動壓力係數分佈圖(寬迎風面模式)104
圖4.28側風面擾動壓力係數分佈圖(窄迎風面模式)105
圖4.29側風面極值和10%係數分佈圖(寬迎風面模式)106
圖4.30側風面極值和10%係數分佈圖(窄迎風面模式)106
圖4.31側風面極值壓力係數與高度位置關係圖107
圖4.32側風面10%壓力係數與高度位置關係圖107
圖4.33側風面平均壓力係數與尖峰因子關係圖108
圖4.34側風面平均壓力係數與陣風反應因子關係圖108
圖4.35 不同間距比之相鄰面平均風壓係數分佈圖109
圖4.36 側風向平均壓力縱向變化圖 (z/H = 0.933)110
圖4.37 雙棟並排建築不同間距比之相鄰面Cpem分佈圖111
圖4.38 雙棟並排建築不同間距比之相鄰面Cpp分佈圖112
圖4.39 雙棟並排建築不同間距比之相鄰面Cp10分佈圖113
圖4.40 不同間距比下Cpp與高度位置關係114
圖4.41 不同間距之Cp10與高度位置關係115
圖4.42 間隙風速與相鄰距離關係圖116
圖4.43 間隙風速垂向剖面圖116
圖4.44 間隙風速紊流強度與相鄰距離關係圖116
圖4.45 準穩態假設修正係數與高度關係118
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指導教授 朱佳仁(Chia-Ren Chu) 審核日期 2001-7-5
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