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系統識別號 U0002-2808200517393400
中文論文名稱 建築物設計風力專家系統之架構探討與發展
英文論文名稱 The Framework Study and Development of a Design Wind Load Expert System for 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 93
學期 2
出版年 94
研究生中文姓名 許祥榕
研究生英文姓名 Hsaing-Jung Hsu
學號 692310070
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2005-06-28
論文頁數 95頁
口試委員 指導教授-王人牧
委員-陳正忠
委員-陳振華
委員-鄭啟明
委員-林堉溢
中文關鍵字 專家系統  風力規範  設計風載重  風壓  JSP 
英文關鍵字 Expert System  Wind Code  Design Wind Load  Wind Pressure  JSP 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 翻閱規範是件繁瑣的事,建物耐風設計規範內含許多的參數需要考慮,其適用的範圍與選定的時機,往往困惑著設計者;再者計算過程中容易因為遺漏與疏忽而發生錯誤。倘若一風工程觀念薄弱之設計者,耐風設計規範的解讀及設計風載重的計算、組合有其困難度與耗時性。有鑑於此,本研究發展出一套專家系統,依據耐風設計規範、及其計算邏輯流程,將之編纂為法則(Rule),可以使使用者僅需輸入建物之所處(如地況、縣市)、建物之特性(如用途、材質)、斷面的資料(如高度、寬度),即可透過本系統得到所需的各類設計風壓、風力值。在計算過程中所使用之參數亦能加以詳列,好處是可減少人為計算的錯誤,設計者亦能透過本系統快速地獲取所需資料,減少查詢、計算的時間,增加設計的效率與正確性。
本系統之應用範圍包括了兩個部分,一個是主抗風系統設計風力之評估,另一個是披覆物設計風壓之評估,而其中主抗風系統之風力分析對象又分為高層建築物、中高層建築物、低矮建築物(包含屋頂)以及開放式結構物;而批覆物表面風壓值的計算、則包括有建築物的外牆和屋頂兩個部分。
系統核心的推理邏輯為後向鏈結(Backward Chaining)或稱目標導向(Goal-Driven),亦即使用者欲得到所需的結果,程式透過所編輯的法則,判斷及詢問所需的資料。系統架構是透過主從式網路環境執行。使用者介面主要是以JSP技術搭配IIS建立於瀏覽器上,輔以系統核心經由法則判斷、計算,得出依據耐風設計規範所限之最佳設計風壓與各個過程中參數的值,最後將結果以表格式輸出方便使用者查閱,且透過繪圖軟體產生風力曲線。
英文摘要 It is a tedious task to refer to wind code while performing structural building designs because lots of parameters need to be considered. The decision of their suitable ranges and application conditions can be very confusion sometimes. Moreover, the process of wind load calculation is prone to mistakes because of omitting or negligence. The comprehension of wind code and calculation of design wind loads are difficult and time-consuming for designers that have weak wind engineering concept. Therefore, Taiwan's new wind code and the logic flow of calculation were coded in rules, and a rule-based expert system was developed. Users only need to input the basic building information to get design wind pressures and wind loads as well as the parameters and coefficients used during calculation. The advantage is that mistakes can be reduced to a minimum and engineers can get the design information needed rapidly to reduce the time for wind load analysis and calculation, so as to increase the exactitude and efficiency.
The application areas of the system covers the evaluations of design wind loads for structural systems and design wind pressures for claddings. The subjects of building design wind load analysis include high-rise buildings, mid-rise buildings, low-rise buildings and open structures. The cladding wind pressure analysis takes account of exterior walls and roofs.
The expert system's inference strategy is backward chaining, also called goal-driven. Base on what the user wants, the system goes through the rules to uncover and inquire for the information needed. The user interface is built on Internet browsers using mostly JSP, and the knowledge base and inference engine are on a MS IIS server. The final results are listed in tables and various loading curves can be plotted using web-charting software.
論文目次 誌謝 i
目錄 i
圖目錄 iv
表目錄 vi
符號對照表 vii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景及動機 1
1.2 研究目的 3
1.3 研究方法 4
1.4 論文組織 5
第二章 文獻回顧 7
2.1 風工程相關理論 7
2.1.1 大氣邊界層流場之特性 7
2.1.2 平均風速剖面 7
2.1.3 紊流特性 8
2.1.3.1 紊流強度 9
2.1.3.2 紊流長度尺度 9
2.1.4 擾動風速頻譜 10
2.1.5 隨機資料處理 11
2.1.6 順風向風力 13
2.1.7 橫風向風力 13
2.1.8 扭轉向風力 14
2.2 網際網路相關理論與特性 14
2.2.1 CGI簡介 15
2.2.2 JavaScript 程式概述 17
2.2.3 Server Pages 概述 18
2.2.4 XML 簡介 20
2.3 專家系統簡介 22
2.3.1 專家系統理論 23
2.3.2 專家系統工具軟體 24
2.4 WebCharts 3D 24
2.5 Knowledge Wright 26
2.5.1 Knowledge Wright 簡介 26
2.5.2 Knowledge Wright Workshop 27
2.5.3 物件介紹 28
2.5.3.1 Knowledgebase 28
2.5.3.2 Fact 30
2.5.3.3 Question 30
2.5.3.4 Rule_set 31
2.5.3.5 Rules_table 31
2.5.3.6 Text 32
第三章 耐風設計規範 33
3.1 主要抗風系統風力之計算 33
3.1.1 適用範圍 33
3.1.2 設計風力計算式 34
3.1.3 風速壓 35
3.1.4 內風壓係數 36
3.2 局部建材及外部披覆物之設計風壓 37
3.2.1 適用範圍 37
3.2.2 設計風壓計算式 38
3.2.3 外風壓係數 39
第四章 系統架構設計之探討 40
4.1 系統流程設定 41
4.2 系統架構 41
4.2.1 使用者輸入資料階段 42
4.2.2 知識庫推理階段 46
4.2.3 資料輸出表示階段 46
4.3 專家系統核心 46
4.3.1 推理引擎—後向鏈結 47
4.3.2 知識表示 48
4.3.2.1 Fact 48
4.3.2.2 Rule_set 49
4.3.2.3 Rules_table 50
4.3.2.4 Text 51
4.4 繪圖套件 52
4.5 系統整合 54
4.5.1 計算邏輯比較 54
4.5.2 Web介面比較 55
4.5.3 核心比較 56
4.5.4 系統合併 57
第五章 系統展示與案例實作 58
5.1 系統環境 58
5.2 案例實作與審核 58
5.2.1 案例一:高層建築物主抗風系統 59
5.2.2 案例二:低矮建築物 61
5.2.3 案例三:開放式結構物 63
5.2.4 案例四:牆面披覆物(一) 65
5.2.5 案例五:牆面披覆物(二) 67
5.3 系統展示 68
第六章 結論與展望 82
6.1 結論 82
6.2 展望 83
參考文獻 85
附錄 87
圖 2- 1 共同閘道介面示意圖................................................................15
圖 2- 2 ASP 運作情形............................................................................19
圖 2- 3 JSP 運作情形.............................................................................20
圖 2- 4 WebCharts 3D 圖形化編輯介面...............................................25
圖 2- 5 Knowledgebase 中 main 介面..................................................29
圖 4- 1 系統計算流程............................................................................40
圖 4- 2 系統架構圖................................................................................41
圖 4- 3 基本輸入介面圖........................................................................43
圖 4- 4 建物特性輸入介面圖(1)............................................................43
圖 4- 5 建物特性輸入介面圖(2)............................................................43
圖 4- 6 建物特性輸入介面圖(3)............................................................43
圖 4- 7 建物特性輸入介面圖(4)............................................................44
圖 4- 8 建物斷面輸入介面圖................................................................44
圖 4- 9 檢視顯示圖................................................................................45
圖 4- 10 Fact 物件應用於規範(1)...........................................................48
圖 4- 11 Fact 物件應用於規範(2)...........................................................49
圖 4- 12 Rule_set 物件應用於規範.........................................................49
圖 4- 13 Rules_table 物件應用於規範....................................................51
圖 4- 14 Text 物件應用在規範................................................................52
圖 5- 1 高層建築物:基本資料輸入....................................................68
圖 5- 2 高層建築物:建物資料輸入....................................................68
圖 5- 3 高層建築物:建物特性輸入....................................................69
圖 5- 4 高層建築物:資料檢查............................................................69
圖 5- 5 高層建築物:結果(1)................................................................70
圖 5- 6 高層建築物:結果(2)................................................................70
圖 5- 7 高層建築物:計算參數............................................................70
圖 5- 8 低矮建築物:基本資料輸入....................................................71
圖 5- 9 低矮建築物:建物資料............................................................71
圖 5- 10 低矮建築物:建物特性及屋頂資料........................................72
圖 5- 11 低矮建築物:檢視輸入............................................................72
圖 5- 12 低矮建築物:輸出結果(1)........................................................73
圖 5- 13 低矮建築物:輸出結果(2)........................................................73
圖 5- 14 開放式結構物:基本資料輸入................................................74
圖 5- 15 開放式結構物:結構物資料....................................................74
圖 5- 16 開放式結構物:結構物特性....................................................75
圖 5- 17 開放式結構物:檢視資料........................................................75
圖 5- 18 開放式結構物:結果(1)............................................................76
圖 5- 19 開放式結構物:結果(2)............................................................76
圖 5- 20 披覆物風壓:基本資料輸入....................................................77
圖 5- 21 披覆物風壓:建物資料輸入....................................................77
圖 5- 22 披覆物風壓:建物特性及披覆物資料....................................78
圖 5- 23 披覆物風壓:檢視資料............................................................78
圖 5- 24 披覆物風壓:結果(1)................................................................79
圖 5- 25 披覆物風壓:結果(2)................................................................80
圖 5- 26 披覆物風壓:結果(3)................................................................80
圖 5- 27 披覆物風壓:結果(4)................................................................81
附圖 A Knowledge Wright Workshop 圖形化介面..............................87
附圖 B Knowledge Wright 結果顯示介面............................................87
附圖 C 外牆外風壓係數( h≦18 m 封閉式或部份封閉式建築物之局部
構件及外部被覆物)...................................................................88
附圖 D θ≦7°屋頂外風壓係數( h≦18 m 封閉式或部份封閉式建築物
之局部構件及外部被覆物).......................................................89
附圖 E 7°<θ≦27°屋頂外風壓係數( h≦18 m 封閉式或部份封閉式建
築物之局部構件及外部被覆物)...............................................90
附圖 F 27°<θ≦45°屋頂外風壓係數( h≦18 m 封閉式或部份封閉式
建築物之局部構件及外部被覆物)...........................................91
附圖 G 外牆與屋頂外風壓係數( h>18 m 封閉式或部份封閉式建築物
之局部構件及外部被覆物).......................................................92
附圖 H 系統流程圖................................................................................93
表 2- 1 α、δ 與地況之對應表.............................................................8
表 2- 2 β 值對應表.................................................................................9
表 2- 3 Main 屬性..................................................................................29
表 2- 4 Question 屬性............................................................................30
表 2- 5 Rule_set 屬性............................................................................31
表 2- 6 Rules_table 屬性.......................................................................32
表 2- 7 Text 屬性...................................................................................32
表 3- 1 內風壓係數................................................................................36
表 4- 1 Webcharts 3D 的XML 的格式(1) .............................................53
表 4- 2 Webcharts 3D 的XML 的格式(2) .............................................54
表 5- 1 高層建築物計算及驗證計算結果比較表................................60
表 5- 2 低矮建築物計算及驗證計算結果比較表................................62
表 5- 3 開放式結構物計算及驗證計算結果比較表............................64
表 5- 4 披覆物計算及驗證計算結果比較表........................................66
表 5- 5 披覆物計算及驗證計算結果比較表(二)..................................67
附表 A 普通建築物設計風壓p 及設計風力F.....................................94
附表 B 柔性建築物設計風壓p 及設計風力F.....................................95
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29. 曾兆玄,「高層建築設計風力規範專家系統之發展」,淡江大學(2004)。
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2005-08-29公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2006-08-29起公開。


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