高層建築受到強風作用下的結構反應包括了平均位移與動態位移反應。其中動態位移反應除了結構的自然振動頻率特性之外，又含有大氣紊流造成的低頻特性。因此，以適用於較高頻範圍的加速度計配合適用於DC至極低頻的全球定位系統(GPS)才能取得完整的高樓受風反應行為。本文在一單軸振動平台裝設GPS與加速度計，分別以簡諧振動與白噪振動檢視GPS與加速度計之基本性能，藉以建構GPS訊號與加速度計訊號之合成方法，而後應用於一棟位於台北市之三十層樓高層建築的實場監測。由於目前商用GPS的解析度約為5mm，仍須在強風作用下方能量測到較明顯之高層建築結構變位。在近年並無強颱侵襲的情況下，本文暫以標的建築之風洞縮尺模擬試驗量測該建築物所受風力歷時，配合結構有限元素模式計算建築物頂樓反應歷時，並以此位移反應歷時作為振動平台之輸入，模擬實際高層建築之受風反應。研究結果顯示，以GPS與加速度計配合本文建構之數據處理方法，量測所得高層建築的受風反應行為，準確性明顯優於傳統上僅使用加速度計或單一採用GPS的量測結果。

The wind induced building vibration has both mean and dynamic parts. Therefore, besides employing accelerometer, an additional low-frequency sensitive instrument is necessary to acquire complete measurement of building behaviors under strong wind. A monitoring system consists of high resolution Global Positioning System (GPS) and accelerometers were built. A data processing scheme to merge the two signals was developed and calibrated. Then, a set of artificial building oscillation time history based on wind tunnel model test was applied on an uni-axial motion simulator to test this monitoring system. The results indicate that proper combination of GPS and accelerometer can achieve satisfactory measurement results of building’s behaviors under strong wind.

目錄
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本文目錄
圖、表目錄 III
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 3
1-3 本文研究簡述 4
第二章 GPS原理 6
2-1 GPS定位方法 7
2-1-1 單點定位 8
2-1-2 相對定位 9
2-2 GPS測量方法 10
2-2-1 即時動態測量RTK 11
2-3 NMEA標準格式 12
第三章 實驗設計與儀器介紹 15
3-1 GPS定位實驗 15
3-2 GPS與加速度感測計率定實驗 17
3-3 模擬真實位移歷時監測實驗 18
3-4 儀器介紹 19
3-4-1 GPS(Global Positioning System) 19
3-4-2 加速度感測計 21
3-4-3 雷射位移計 21
3-4-4 水平振動平台 22
3-4-5 資料擷取系統 23
第四章 加速度計與GPS之性能檢定 24
4-1 GPS動態追蹤之性能 24
4-2 加速度計動態追蹤之性能 31
4-3 寬頻訊號檢核 34
4-4 訊號濾波與結合 36
第五章 建築受風反應歷時 39
5-1 風洞試驗 39
5-1-1 逼近流場 40
5-1-2 表面風壓試驗 42
5-2 百世大樓有限元素數值模式 43
5-3 結構反應 45
第六章 監測系統之實証 46
6-1 時間歷時與量測結果 46
6-2 數據濾波與解讀 48
6-2-1 GPS數據濾波結果 49
6-2-2 加速度計數據濾波結果 49
6-3 數據整合與結果 50
第七章 結論與建議 55
7-1 結論 55
7-2 建議 56
參考文獻 57
表 目 錄
表 6-1 數據量化之結果 52
圖 目 錄
圖 2-1 衛星定位基本概念(摘自曾清涼 儲慶美,1999) 7
圖 2-2 GPS 衛星測距的空間後方交會(摘自曾清涼 儲慶美,1999) 7
圖 2-3 GPS 單點定為示意圖(重繪自曾清涼 儲慶美,1999) 9
圖 2-4 GPS 相對定為示意圖(重繪自曾清涼 儲慶美,1999) 9
圖 2-5 GPS 相對定位方法分類(重繪自曾清涼 儲慶美,1999) 10
圖 2-6 GPS-RTK 系統示意圖12
圖 2-7 GGA 真實數據示意圖13
圖 2-8 GGA 數據格式介紹圖14
圖 3-1 原始 GPS 架設示意圖16
圖 3-2 本研究設計 GPS 架設示意圖16
圖 3-3 單軸水平振動平台 18
圖 3-4 實驗架設示意圖18
圖 3-5 Leica GNSS GS10 接收器與Leica AS10 環形天線20
圖 3-6 Leica system1200 接收器與Leica AX1202GG 環形天線20
圖 3-7 GPS Spider 軟體運作圖20
圖 3-8 GNSS QC 軟體運作圖20
圖 3-9 Model EA-120 加速度計21
圖 3-10 Event Data Logger 21
圖 3-11 短式雷射位移計LB-70 22
圖 4-1 GPS 量測出現隨機平均位移值偏差與實際輸出訊號24
圖 4-2 短暫網路斷訊示意圖 25
圖 4-3 GPS 追蹤簡諧運動，振幅5mm、頻率0.01~0.09 Hz 25
圖 4-4 GPS 追蹤簡諧運動，振幅5mm、頻率0.1~0.18 Hz 26
圖 4-5 GPS 追蹤簡諧運動，振幅5mm、頻率0.2~0.28 Hz 27
圖 4-6 GPS 追蹤簡諧運動，振幅5mm、頻率0.5~0.58 Hz 28
圖 4-7 GPS(振幅5mm)最大值與標準差值之誤差曲線29
圖 4-8 GPS 追蹤簡諧運動，振幅15mm、頻率0.11、0.15 Hz 29
圖 4-9 GPS 追蹤簡諧運動，振幅15mm、頻率0.43～0.59 Hz 30
圖 4-10 GPS(振幅15mm)最大值與標準差值之誤差曲線30
圖 4-11 加速度計追蹤簡諧運動，振幅 5mm、頻率0.01~0.09 Hz 32
圖 4-12 加速度計追蹤簡諧運動，振幅 5mm、頻率0.1~0.18 Hz 32
圖 4-13 加速度計(振幅5mm)最大值與標準差值之誤差曲線33
圖 4-14 加速度計追蹤簡諧運動，振幅 15mm、頻率0.01~0.09Hz 33
圖 4-15 加速度計(振幅15mm)最大值與標準差值之誤差曲線34
圖 4-16 GPS、加速度計測量同一訊號反應圖35
圖 4-17 訊號濾波流程示意圖 36
圖 4-18 GPS 與加速度計訊號濾波後反應圖37
IV
圖 4-19 混合測監測訊號與原始輸出訊號 38
圖 5-1 試驗風洞平立面圖 40
圖 5-2 百世大樓實與際地況上游流場風洞實驗配置圖 41
圖 5-3 模擬實際地況之平均風速剖面與紊流強度剖面 41
圖 5-4 百世大樓風壓試驗模型 43
圖 5-5 風壓孔位置圖 43
圖 5-6 百世大樓有限元素模型示意圖(a)正面、(b)側面、(c)3D 立面44
圖 5-7 百世大樓有標準層結示意圖44
圖 5-8 百世大樓頂層風壓點 X 方向風力歷時45
圖 5-9 百世大樓位移歷時 45
圖 6-1 振動反應歷時與頻譜 47
圖 6-2 振動訊號(上)、GPS 追蹤訊號(中)與加速度計追蹤訊號(下)
之歷時圖
48
圖 6-3 GPS 原始量測訊號與濾波處理後之訊號49
圖 6-4 加速度計原始量測訊號與濾波處理後之訊號 50
圖 6-5 各數據之時間歷時與頻譜 51
圖 6-6 各數據之時間歷時 52
圖 6-7 機率函數比較圖 53
圖 6-8 數據 9~10 分鐘之時間歷時54
圖 6-9 數據 14~15 分鐘之時間歷時54

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