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系統識別號 U0002-2508201611220300
中文論文名稱 行人環境風場舒適度標準評估與實場調查
英文論文名稱 Application of Field Measurements to Establish Comfort Criteria Assessment for Pedestrian Wind Environments
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 104
學期 2
出版年 105
研究生中文姓名 莊淨輝
研究生英文姓名 Ching-Hui Chuang
學號 603380394
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2016-07-13
論文頁數 73頁
口試委員 指導教授-張正興
委員-蔡元芳
委員-蔡懷寬
委員-張正興
中文關鍵字 問卷調查  舒適度  風場環境  計算流體力學  數值模擬 
英文關鍵字 questionnaire survey  comfort  wind environment  computational fluid dynamics  numerical simulation 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 近年來人們與風環境意識的高漲,舒適度成為一項重要的課題,各國學者探討與設計出適合當地行人活動的風場標準作為舒適度指標。且隨著人口不斷增加及高層建築技術的成熟,建築物在地面的高度不斷上升,而造成地面風場加速現象越來越嚴重,因為地面的風場加速現象會影響行人在區域活動的舒適性,甚至有可能會危害行人的安全,所以行人環境風場舒適性指標已成為興建大樓前的重要設計之一。相較於使用風洞試驗做行人環境風場評估,實場調查的優點在於與風洞建立的模擬環境大不相同,且風扇產生的噪音可能在第一時間就已經影響受測者的舒適感,所以希望藉由實場調查且配合問卷分析來求得行人風場舒適度的評估準則。
本研究係以實際風場環境案例來探討,首先,維持一段時間在淡江大學商管大樓旁的風速量測與問卷調查,得到行人在長時間停留狀態下對風速大小及變動程度之可接受程度,另一方面,利用計算流體力學模擬,配合中央氣象局得到的風速資料,進行三重群光大樓的區域風場環境的模擬,最後藉由整合兩者結果盼建立出快速又不失精確性與合理性之行人環境風場評估。
最後,得到一個行人活動的風速標準,即適合長時間停留的風速標準。為了瞭解與其他學者建議標準的差異,將評估所得到的結果與國外學者評估標準繪於同一張圖表並比較與討論。再利用CFD數值模擬得到的三重群光大樓區域風場的強風區模擬結果與風洞實驗作相互比較與討論。
英文摘要 For the past few years, owing to the rising awareness of pedestrian wind environment, comfort criteria has become an important issue. Scholars from various countries discuss and design the standard metrics for the pedestrian. Along with the increase of population and fully developed tecnology, the buildings in the city become higher than before. The acclerative situation of wind around the ground caused by high-rise buildings which will affect pedestrian activities and safety. Therefore, the pedestrian wind environments comfort has become an important design before constructing buildings. Compared to the use of wind tunnel tests for assessment, the advantages of field measurements is the difference of simulated environment of wind tunnel, even the noise generated by the fan may affected the comfort of subjects at the first time. We hope to use field measurements and analysis with the questionnaire to seek comfort criteria assessment for pedestrian wind environments.
This study was divided into two parts to explore the pedestrian wind field. First part, after a period of the wind speed measurement, and a questionnaire survey in Tamkang University, and get pedestrians long-term stay under the wind speed changes in size and degree of acceptability, and the other one, the use of computational fluid dynamics simulation coordinated with the Central Weather Bureau which will get the wind speed data. A regional wind field simulation of the environment, by integrating the results of the last two to establish a fast with accuracy and reasonableness of the pedestrian environment assessment of wind field.
Finally, while we get one pedestrian wind speed standard, which means that it is suitable for pedestrians long-term stay in the wind speed standard. To understand the different standards from other scholars suggested, we will assess the results obtained by the evaluation criteria with foreign scholars, drawn on the same chart and compare and discussion. Then, use CFD numerical simulation to comparison with wind tunnel tests.
論文目次 目錄

第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機 1
1-3 研究方法 2
1-4 研究內容 3
第二章 文獻回顧 4
2-1 舒適度之評估理論 4
2-2 各國舒適度研究與評估方式 5
2-2-1英國學者J.C.R. Hunt等人舒適度研究 5
2-2-2日本學者SHUZO MURAKAMI等舒適度研究 6
2-2-3 Isyumov&Davenport以平均風速作為評估標準 7
2-2-4淡江大學風工程研究中心的實場調查 8
2-3 計算流體力學應用於行人環境風場 9
第三章 理論背景 12
3-1 大氣邊界層 12
3-1-1平均風速剖面 12
3-1-2 紊流特性 15
3-2 計算流體力學 18
3-2-1 計算流體力學之數值模擬介紹 18
3-2-2 計算方程式之概述 19
3-3 建築物在環境風場造成之影響 23
第四章 實驗配置與儀器介紹 25
4-1 實場測點概述與配置 25
4-1-1 實場測點概述 25
4-1-2 實場儀器配置 27
4-2 實驗儀器介紹 29
第五章 實場量測與行人風場之探討 30
5-1 問卷資料處理 30
5-1-1 問卷說明 30
5-1-2 問卷分析流程 32
5-2 長時間停留區之資料分析 33
5-2-1 感受比例圖比較 33
5-2-2 累積機率分布圖 35
5-3 長時間停留區之風場評估 39
5-4 與國內學者建議標準比較 42
5-5 與國外學者建議標準比較 45
第六章 CFD行人風場模擬與比較 48
6-1 CFD模擬步驟概述 48
6-2 CFD風場模擬建立與分析 48
6-2-1 實場建築物幾何形狀建立 48
6-2-2 實場數值模擬 50
6-3 行人舒適度標準之評估 56
6-3-1 風洞試驗與數值模擬之比較 56
6-3-2 與Hunt提出之評估準則比較 62
6-3-3 與實場量測得到之評估準則比較 65
第七章 結論與建議 68
7-1 結論 68
7-1-1 行人風場舒適度標準與通用性 69
7-1-2 數值模擬之可行性 69
7-2 建議 70
參考文獻 72

表目錄
表2- 1 Hunt舒適度準則評估 6
表3- 1各別地況α值與邊界層高度之建議值 14
表3- 2各種粗糙度建議值 14
表5- 1各舒適度選項下累積機率之風速與出現比例-固定樣本 37
表5- 2各舒適度選項下累積機率之風速與出現比例-隨機樣本 38
表5- 3長時間停留區各舒適度選項下累積機率之風速與出現比例 41
表5- 4各舒適度標準比較 44

圖目錄
圖4- 1淡江大學商管大樓與週圍環境,紅圈處為測點位置 26
圖4- 2淡江大學商管大樓 26
圖4- 3淡江大學商管大樓旁風速量測示意圖 27
圖4- 4長時間停留區 28
圖4- 5提供學生休憩的區域 28
圖4- 6二維超音波風速計(GILL INSTRUMENT) 29
圖5- 1實場調查問卷 31
圖5- 2問卷分析流程 33
圖5- 3長時間停留區問卷感受比例圖-固定樣本 34
圖5- 4長時間停留區問卷感受比例圖-隨機樣本 35
圖5- 5長時間停留區有效風速與累積機率分佈圖-固定樣本與隨機樣本之比較 36
圖5- 6長時間停留區問卷感受比例圖 39
圖5- 7長時間停留區有效風速與累積機率分佈圖 40
圖5- 8長時間停留區有效風速與發生機率關係圖 42
圖5- 9快步行走區有效風速與累積機率分佈圖 43
圖5- 10Melbourne所提出各國學者評估比較圖(Melbourne,1987) 45
圖5- 11與其他學者評估比較圖 46
圖6- 1a.模擬群光大樓與週遭建築物(2D模型) 49
圖6- 2數值模擬群光大樓東風(單位m/s) 51
圖6- 3數值模擬群光大樓東北東風(單位m/s) 52
圖6- 4數值模擬群光大樓北風(單位m/s) 52
圖6- 5數值模擬群光大樓東北風(單位m/s) 53
圖6- 6數值模擬群光大樓東風之向量場(單位m/s) 54
圖6- 7數值模擬群光大樓東北東風之向量場(單位m/s) 54
圖6- 8數值模擬群光大樓北風之向量場(單位m/s) 55
圖6- 9數值模擬群光大樓東北風之向量場(單位m/s) 55
圖6- 10群光大樓周圍測點分佈圖 57
圖6- 11東風之模擬誤差比較 57
圖6- 12東北東風之模擬誤差比較 58
圖6- 13東風之誤差較大點位散佈圖 59
圖6- 14東北東風之誤差較大點位散佈圖 60
圖6- 15主建物周圍設置植栽 61
圖6- 16主建物周圍設置植栽 61
圖6- 17風洞試驗模擬之評估結果(使用Hunt準則) 63
圖6- 18 CFD模擬之評估結果(使用Hunt準則) 64
圖6- 19風洞試驗模擬之評估結果(使用實場量測準則) 66
圖6- 20 CFD模擬之評估結果(使用實場量測準則) 67

參考文獻 參考文獻
[1]. Melbourne, W. H.“Criteria for Environment Wind Conditions”, J. of Industrial dynamics. , 3, pp. 241-249. (1978)
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[4]. Study on Acceptable Criteria for Assessing Wind Environment at Ground Level Based on Residents’Diaries
[5]. Isyumov, N. &Davenport, A.G. , ,“The Ground Level Wind Environment in Built-up Areas”,Proceeding of the Fourth International Conference on Wind Effects on Buildings and Structures. Cambridge Univ. Press, U.K. pp403-422.(1976)
[6]. 林晟漢,” 行人環境風場舒適度標準性評估與數值模擬可行性研究,淡江大學土木工程研究所碩士論文(2009)
[7]. AIJ guidelines for practical applications of CFD to pedestrian wind environment around buildings(2008)
[8]. Mochida, A., Tominaga, Y., Murakami, S., Yoshie, R., Ishihara, T., Ooka, R., 2002. Comparison of various k–e models and DSM applied to flow around a high-rise building—Report on AIJ cooperative project for CFD prediction of wind environment. Wind Struct. 5 (2–4), 227–244.
[9]. Shirasawa, T., Tominaga, T., Yoshie, R., Mochida, A., Yoshino, H., Kataoka, H., Nozu, T., 2003. Development of CFD method for predicting wind environment around a high-rise building part 2: the cross comparison of CFD results using various k- models for the flowfield around a building model with 4:4:1 shape. AIJ J. Technol. Des. 18, 169–174 (in Japanese).
[10]. Yoshie, R., Mochida, A., Tominaga, Y., 2006. CFD prediction of wind environment around a high-rise building located in an urban area. In: The Fourth International Symposium on Computational Wind Engineering, July. 2006, Yokohama, Japan.
[11]. Architectural Institute of Japan, 2004. Recommendations for loads on buildings. Architectural Institute of Japan (in Japanese).
[12]. Shirasawa, T., Tominaga, T., Yoshie, R., Mochida, A., Yoshino, H., Kataoka, H., Nozu, T., 2003. Development of CFD method for predicting wind environment around a high-rise building part 2: the cross comparison of CFD results using various k- models for the flowfield around a building model with 4:4:1 shape. AIJ J. Technol. Des. 18, 169–174 (in Japanese).
[13]. Mochida, A., Tominaga, Y., Murakami, S., Yoshie, R., Ishihara, T., Ooka, R., 2002. Comparison of various k–e models and DSM applied to flow around a high-rise building—Report on AIJ cooperative project for CD prediction of wind environment. Wind Struct. 5 (2–4), 227–244.
[14]. 潘家銘,”建立較佳行人風場評估方法之初探”,淡江大學土木工程研究所碩士論文(2004)
[15]. 王志賢,” 建立行人環境風場舒適性標準之實場調查與評估,淡江大學土木工程研究所碩士論文(2008)

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