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系統識別號 U0002-2208201315062800
中文論文名稱 以非線性迴歸方法建立建築物風力係數及風力頻譜之擬合公式
英文論文名稱 Using Nonlinear Regression to Establish Fitting Formulas for Wind Coefficients and Spectra of Buildings
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 土木工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 101
學期 2
出版年 102
研究生中文姓名 廖仁傑
研究生英文姓名 Jen-Chieh Liao
學號 600380363
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2013-07-04
論文頁數 113頁
口試委員 指導教授-王人牧
委員-陳若華
委員-鄭啟明
中文關鍵字 橫風向、扭轉向、風力頻譜、風力係數、非線性迴歸 
英文關鍵字 Across-wind, Torsion-wind, Wind Force Spectrum, Wind Coefficient, Nonlinear Regression 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 目前國內風力規範「建築物耐風設計規範及解說」相關條文大多引用美國ASCE 7-02(2002)之內容與參考日本AIJ(1996)之橫風向與扭轉向風力規定,而橫風向與扭轉向風力規定中的風力係數及風力頻譜計算式缺乏地況及高寬比之變數,使用上也非常保守。
本研究針對目前國內風力規範中橫風向與扭轉向風力設計所需的風力係數及風力頻譜進行探討,並與淡江大學風工程研究中心所做的試驗數據做比較且將其做非線性迴歸分析,目的在以簡化之公式擬合風力係數及風力頻譜,供未來在橫風向及扭轉向風力設計中使用。
本論文最後以風洞試驗數據為基準,選取斷面深寬比1/5、1/3、1/1、3/1及5/1與高寬比2、4及6之模型,將風洞試驗之頻譜及迴歸之頻譜結果以內政部建築研究所於101年度委託研究報告「設計風載重資料庫之應用研究」中所提到的風載重計算模式進行風載重計算並比較其計算結果,同時加入以國內風力規範計算之風載重,比較迴歸的成效。
規範計算之風載重在高寬比越高時結果越接近實驗值,在高寬比較低時則明顯低於實驗值,原因為規範的適用範圍及風載重計算模式不同所造成。比較迴歸計算之風載重與規範計算之風載重,迴歸計算之風載重幾乎較規範計算之風載接近實驗值。
英文摘要 At present, the majority of Taiwan wind code are cited from ASCE 7-02(2002), and the acrosswind and torsional wind loading regulations refers to the AIJ(1996). Therefore, the lack of variances of terrain and aspect ratio in the calculations of acrosswind and torsional wind coefficients and spectrums is also presented, resulted in a very conservative application of Taiwan’s wind code.
This thesis focused on the investigation of wind coefficients and wind spectrums required for acrosswind and torsional wind loading analysis in Taiwan’s wind code. Comparisons with the data of tunnel experiments provided by Wind Engineering Research Center of Tamkang University were conducted as well.
In addition, nonlinear regression analysis of the experimental data was performed. The purpose of this analysis is to fit simplified formula on wind coefficients and spectrums, which can be used for future acrosswind and torsional wind loading designs.
Wind tunnel data including side ratio 1/5, 1/3, 1/1, 3/1 and 5/1, and aspect ratio 2, 4 and 6 were selected as the final comparison basis. Wind loadings calculated from wind spectrums of experiments and of nonlinear regression models based on the wind loading calculation model in the 2012 ABRI project:「Applications of Aerodynamic Database on Building Design Wind Loads」 were both studied and compared. In addition, the results of nonlinear regression were also check against wind loading calculated using Taiwan wind code.
Wind loadings calculated using Taiwan wind code for high aspect ratio buildings are close to experimental data, but are obviously smaller than experimental results for the low aspect ratio. The reasons are caused by the applicable range of the code and different wind loading calculation models. Wind loadings calculated from nonlinear regression are always closer to experimental results than using wind code.
論文目次 目 錄
目 錄 III
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究範圍 3
1.3 研究方法 4
1.3.1 資料取得與分析 5
1.3.2 風力係數與風力頻譜之架構探討 5
1.3.3 結果歸納 5
1.4 論文組織簡述 6
第二章 文獻回顧 7
2.1 風工程之相關理論 7
2.1.1 氣動力現象 7
2.1.2 結構物之風荷載計算模式 8
2.2 迴歸分析方法 15
2.2.1 簡單線性迴歸分析 15
2.2.2 多項式迴歸分析 15
2.2.3 非線性迴歸分析 16
第三章 風力係數之探討 17
3.1 風力係數介紹 17
3.1.1 風力係數定義 17
3.1.2 資料範圍 18
3.2 風力係數迴歸 19
3.3 橫風向基底彎矩擾動係數 之探討 20
3.3.1 數據分析 20
3.3.2 迴歸公式之結果 23
3.4 扭轉向基底扭力擾動係數 之探討 31
3.4.1 數據分析 31
3.4.2 迴歸公式之結果 34
第四章 風力頻譜之探討 43
4.1 風力頻譜介紹 43
4.1.1 風力頻譜定義 43
4.1.2 資料範圍 44
4.2 風力頻譜迴歸 45
4.3橫風向基底彎矩無因次化頻譜 48
4.3.1 數據分析 48
4.3.2 迴歸公式之結果 56
4.4扭轉向基底扭力無因次化頻譜 63
4.4.1 數據分析 63
4.4.2 迴歸公式之結果 71
第五章 結果分析與實例探討 76
5.1 風力係數之結果分析 76
5.1.1 橫風向基底彎矩擾動係數 迴歸結果 76
5.1.2 扭轉向基底扭力擾動係數 迴歸結果 80
5.2 風力頻譜之結果分析 84
5.2.1橫風向基底彎矩無因次化頻譜 迴歸結果 84
5.2.2扭轉向基底扭力無因次化頻譜 迴歸結果 87
5.3 設計風載重之案例分析 90
5.3.1 設計風載重之結構物幾何尺寸與動力特性及風場條件 90
5.3.2 橫風向基底載重 93
5.3.3 扭轉向基底載重 95
5.3.4 結果差異分析 98
第六章 結論與建議 99
6.1 結論 99
6.1.1 風力係數 99
6.1.2 風力頻譜 101
6.1.3 實際案例分析 103
6.2 建議 105
參考文獻 106
附錄A:風力係數應用總表 108
橫風向基底彎矩擾動係數 108
扭轉向基底扭力擾動係數 109
附錄B:風力頻譜應用總表 110
橫風向基底彎矩無因次化頻譜 110
扭轉向基底扭力無因次化頻譜 112



圖目錄
圖 1- 1 研究方法流程圖 4
圖 3- 1 深寬比對橫風向基底彎矩擾動係數 之影響 21
圖 3- 2 橫風向基底彎矩擾動係數 之奇異數值 21
圖 3- 3 實驗數據 與國內規範 之比較 22
圖 3- 4 深寬比對扭轉向基底扭力擾動係數 之影響 32
圖 3- 5 實驗數據 與國內規範 之比較 33
圖 3- 6 深寬比2至5高寬比之變化 38
圖 4- 1 不同深寬比與高寬比變化之橫風向基底彎矩無因次化頻譜(A地況) 50
圖 4- 2 不同深寬比與高寬比變化之橫風向基底彎矩無因次化頻譜(B地況) 51
圖 4- 3 深寬比1高寬比不同變化之實驗與規範橫風向無因次化風力頻譜比較(A地況) 52
圖 4- 4 深寬比1高寬比不同變化之實驗與規範橫風向無因次化風力頻譜比較(B地況) 53
圖 4- 5 高寬比6深寬比不同變化之實驗與規範橫風向無因次化風力頻譜比較(A地況) 54
圖 4- 6 高寬比6深寬比不同變化之實驗與規範橫風向無因次化風力頻譜比較(B地況) 55
圖 4- 7 不同深寬比與高寬比變化之扭轉向基底扭力無因次化頻譜(A地況) 65
圖 4- 8 不同深寬比與高寬比變化之扭轉向基底扭力無因次化頻譜(B地況) 66
圖 4- 9 高寬比不同變化之實驗與規範扭轉向無因次化扭力頻譜比較(A地況) 67
圖 4- 10 高寬比不同變化之實驗與規範扭轉向無因次化扭力頻譜比較(B地況) 68
圖 4- 11 深寬比不同變化之實驗與規範扭轉向無因次化扭力頻譜比較(A地況) 69
圖 4- 12 深寬比不同變化之實驗與規範扭轉向無因次化扭力頻譜比較(B地況) 70
圖 5- 1 A地況 之實驗值 77
圖 5- 2 B地況 之實驗值 77
圖 5- 3 C地況 之實驗值 78
圖 5- 4 深寬比0.2至0.67之 迴歸與實驗比較 78
圖 5- 5 深寬比0.67至2之 迴歸與實驗比較 79
圖 5- 6 深寬比2至5之 迴歸與實驗比較 79
圖 5- 7 A地況 之實驗值 80
圖 5- 8 B地況 之實驗值 81
圖 5- 9 C地況 之實驗值 81
圖 5- 10 深寬比0.2至0.67之 迴歸與實驗比較 82
圖 5- 11 深寬比0.67至2之 迴歸與實驗比較 82
圖 5- 12 深寬比2至5之 迴歸與實驗比較 83
圖 5- 13 迴歸、實驗及規範之頻譜比較(A地況) 84
圖 5- 14 迴歸、實驗及規範之頻譜比較(B地況) 85
圖 5- 15 迴歸、實驗及規範之頻譜比較(A地況) 87
圖 5- 16 迴歸、實驗及規範之頻譜比較(B地況) 88
圖 5- 17 迴歸及實驗與規範之橫風向基底風載重比值(A地況) 94
圖 5- 18 迴歸及實驗與規範之橫風向基底風載重比值(B地況) 95
圖 5- 19 迴歸及實驗與規範之扭轉向基底風載重比值(A地況) 97
圖 5- 20 迴歸及實驗與規範之扭轉向基底風載重比值(B地況) 97


表目錄
表 1- 1 數據資料範圍 3
表 2- 1 無因次化方式 14
表 2- 2 地況定義 14
表 3- 1 資料範圍 18
表 3- 2 迴歸分類 19
表 3- 3 地況系列公式擬合之係數 23
表 3- 4 地況系列擬合之誤差結果 24
表 3- 5 深寬比分兩段公式擬合之係數 25
表 3- 6 深寬比分兩段擬合之誤差結果 25
表 3- 7 深寬比分三段公式擬合之係數 26
表 3- 8 深寬比分三段擬合之誤差結果 27
表 3- 9 深寬比分三段高寬比擬合範圍3至6之誤差結果 27
表 3- 10 規範值與 實驗值比較之偏差結果 28
表 3- 11 規範值及 迴歸值與 實驗值比較之平均正負偏差結果 29
表 3- 12 規範值及 迴歸值與 實驗值比較之最大正負偏差結果 30
表 3- 13 地況系列公式擬合之係數 34
表 3- 14 地況系列擬合之誤差結果 35
表 3- 15 深寬比分兩段公式擬合之係數 36
表 3- 16 深寬比分兩段擬合之誤差結果 36
表 3- 17 深寬比分三段公式擬合之係數 37
表 3- 18 深寬比分三段擬合之誤差結果 39
表 3- 19 深寬比分三段高寬比擬合範圍3至6之誤差結果 39
表 3- 20 規範值與 實驗值比較之偏差結果 40
表 3- 21 規範值及 迴歸值與 實驗值比較之平均正負偏差結果 41
表 3- 22 規範值及 迴歸值與 實驗值比較之最大正負偏差結果 42
表 4- 1 資料範圍 44
表 4- 2 迴歸分類 47
表 4- 3 參數C1、C2、C3、C4及C5之值(A地況) 56
表 4- 4 參數C1、C2、C3、C4及C5之值(B地況) 56
表 4- 5 高寬比2.5至7之迴歸頻譜值與實驗頻譜值誤差(A地況) 59
表 4- 6 高寬比1至2.5之迴歸頻譜值與實驗頻譜值誤差(A地況) 60
表 4- 7 高寬比2.5至7之迴歸頻譜值與實驗頻譜值誤差(B地況) 61
表 4- 8 高寬比1至2.5之迴歸頻譜值與實驗頻譜值誤差(B地況) 62
表 4- 9 橫風向迴歸參數公式於地況、深寬比及高寬比之分類 62
表 4- 10 高寬比2.5至7之迴歸頻譜值與實驗頻譜值誤差(A地況) 72
表 4- 11 高寬比1至2.5之迴歸頻譜值與實驗頻譜值誤差(A地況) 73
表 4- 12 高寬比2.5至7之迴歸頻譜值與實驗頻譜值誤差(B地況) 74
表 4- 13 高寬比1至2.5之迴歸頻譜值與實驗頻譜值誤差(B地況) 75
表 4- 14 扭轉向迴歸參數公式於地況、深寬比及高寬比之分類 75
表 5- 1 結構物之幾何尺寸與動力特性 91
表 5- 2 橫風向基底風載重計算結果(A地況) 93
表 5- 3 橫風向基底風載重計算結果(B地況) 94
表 5- 4 扭轉向基底風載重計算結果(A地況) 96
表 5- 5 扭轉向基底風載重計算結果(B地況) 96
表A- 1 橫風向基底彎矩擾動係數迴歸公式應用總表 108
表A- 2 扭轉向基底扭力擾動係數迴歸公式應用總表 109
表B- 1 高寬比 1 ~ 2.5之橫風向基底彎矩無因次化頻譜應用總表 110
表B- 2 高寬比 2.5 ~ 7之橫風向基底彎矩無因次化頻譜應用總表 111
表B- 3 高寬比 1 ~ 2.5之扭轉向基點扭力無因次化頻譜應用總表 112
表B- 4 高寬比 2.5 ~ 7之扭轉向基點扭力無因次化頻譜應用總表 113

參考文獻 [1] 林軍威,2009,「應用類神經網路預測矩形高層建築之風力頻譜」,淡江大學土木工程學系碩士班論文。
[2] 陳佑禎,2011, 「以氣動力資料庫為基礎之建築設計風載重專家系統的架構探討與發展」,淡江大學土木工程學系碩士班論文。
[3] 鄧秉泰,2003, 「案例式推理在高層建築設計風載重專家系統之應用」, 江大學土木工程學系碩士班論文。
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[9] 鍾欣潔,2011, 「預測高層建築之風力係數與風力頻譜的模試探討」, 江大學土木工程學系碩士班論文。

[10]吳建緯,2013, 「以類神經網路建立在建築物風力係數與風力頻譜之估算模式」, 江大學土木工程學系碩士班論文。
[11] 賴子晴,2013, 「不同矩形斷面之高層建築設計風荷載研究」, 江大學土木工程學系碩士班論文。
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2013-08-27公開。
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