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系統識別號 U0002-2808201416081600
中文論文名稱 半圓頂型屋蓋結構物表面擾動風壓之特性探討
英文論文名稱 Characteristics of Wind Pressure Fluctuations On Dome-Like Structures
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 102
學期 2
出版年 103
研究生中文姓名 蕭字廷
研究生英文姓名 Tzu-Ting Hsiao
學號 601380032
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2014-07-03
論文頁數 81頁
口試委員 指導教授-羅元隆
委員-鄭啟明
委員-陳若華
中文關鍵字 半圓頂型屋蓋  擾動風壓  屋蓋曲率  雷諾數 
英文關鍵字 Domed Roofs  Wind Pressure Fluctuations  Roof Curvature  Reynolds Number 
學科別分類 學科別應用科學土木工程及建築
中文摘要 當體育表演與娛樂活動的興起、大量儲存空間的需求出現,能夠解決此問題的大型結構就是大跨度建築,大跨度的想法應用於橋樑結構、建築屋頂結構等,其建築擁有能以最小表面積卻能產生出最大封閉室內空間,過去建築師使用磚石建造拱頂建築,跨度多達40多公尺,如羅馬的聖彼得大教堂,為了要求能夠容納更多人進行集會活動的空間,透過提升建築材料的強度,現今許多的大跨度建築其跨度都超過200公尺以上,如日本東京巨蛋、中國北京鳥巢體育館、台北小巨蛋等。
由於跨度大且材質輕的特性,屋蓋表面受風壓分布影響甚鉅,一般不建議以簡易計算方式給定設計風載重,而另行於規範中表列外風壓係數值進行設計。過去大跨徑屋蓋結構相關文獻中,對於表面風壓特性的討論不勝少數,但大部分為定性探討。本研究進行以不同屋蓋曲率及不同雷諾數為兩項控制參數,探討交相關頻譜特性的表面分布特性,並藉由半經驗公式針對兩鄰近擾動風壓之Root-coherence函數進行擬合。以擬合之結果討論其沿著表面上下游的趨勢變化,作為計算風力載重之依據。
由擬合結果得知,依據屋蓋曲率f/D的不同,可以明顯地觀察到交相關頻譜的變化甚鉅;當相鄰兩風壓的間隔增大時則更能凸顯變化。而底座側牆的變化h/D則對交相關頻譜幾乎沒有影響。而從不同雷諾數結果來看,其變化不如屋蓋曲率f/D來得明顯。由本研究的擬合結果中,某些位置的擬合還不夠準確,例如分離點發生位置前後,流場特性改變劇烈導致一般經驗公式尚不足以模擬之。
英文摘要 When the rise of sports performance and recreational activities, many requirements of storage space.we find that the Dome-like structures can able to solve this problem . The idea of Dome-like structures used in long-span bridge structure, building roof structure. Its building has a surface area with minimal able to produce the largest closed interior space.In the past time, the architects built Dome-like structures in bricks.The span could up to 40 km. Such as St. Peter's Basilica in Rome.Now,we can get more requirements space to accommodate people activities by improve strength building materials. It’s span can up to 200km. Such as Japan Tokyo Dome, China’s Bird's Nest Stadium in Beijing, , Taipei Arena and so on.
Due to large span and light material properties,the distribution of the roof surface by wind pressure is very huge. Generally not recommended with a simple calculations for a given design wind load. Over the relevant literature discusses of the characteristics of the surface pressure in Dome-like structures are victorious minority. However,most of the discussion are qualitative. In this research with many different roof curvature and reynolds number for two different control parameters. Discussion on surface of the spectral characteristics. Then,we can fit coefficient C and K of the two neighboring wind pressure spectral according to the empirical formula of the Root-coherence function . Discuss the results of the fitting coefficient during from the downstream along to the trend,As the basis for calculating the wind load.
By the fitting results, based on the roof different of curvature f/D , we can clearly observe the changes of the cross-spectral.However,the high h/D doesn’t influence on the fitting results. From the different of Reynolds number , the results are the same as the results of f/D=0.5. Based on these results, fitting certain location is not accurate enough.We need to improve the methods of the fitting Formula.
論文目次
中文摘要
英文摘要
目錄
圖目錄
表目錄

目錄 I
圖目錄 III
表目錄 VI
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究內容與動機 2
1-3 論文結構 3
第二章 文獻回顧與鈍體空氣動力學 5
2-1 氣體流經鈍體之特性說明 5
2-1-1 雷諾數 5
2-1-2 邊界層 6
2-1-3 分離 6
2-1-4 尾跡 7
2-2 大跨度相關研究文獻回顧 7
2-2-1 雷諾數對球體之影響 7
2-2-2 流體流經半球體之影響 7
第三章 理論背景與實驗架構 11
3-1 大氣邊界層理論背景 11
3-1-1 大氣邊界層及大氣邊界層的風洞模擬 11
3-1-1(a) 平均風速剖面 12
3-1-1(b) 紊流強度 13
3-1-1(c) 紊流長度尺度 13
3-1-1(d) 風速擾動頻譜 14
3-1-1(e) 風速擾動交頻譜 15
3-2 風洞實驗設置 16
3-2-1試驗模型 17
3-2-2 風壓量測儀器 18
3-2-3 管線率定 20
3-2-4數據處理 21
3-3氣動力基本參數 22
第四章 基本氣動力特性探討 30
4-1 風壓係數分布特性-雷諾數效應 30
4-2 風壓係數分布特性-大跨度外型效應 31
4-3 自相關頻譜分佈特性-雷諾數效應 32
4-4 自相關頻譜分佈特性-大跨度外型效應 33
第五章 交相關風壓頻譜特性探討 51
5-1 交相關風壓係數特性探討 51
5-2 分區概念 52
5-3 交相關風壓頻譜探討 53
5-4 半經驗擬合公式之應用與趨勢變化 53
第六章 結論 79
6-1 結論 79
6-2 建議與未來展望 80
參考文獻 81


圖目錄
圖2-1 鈍體表面邊界層的形成 10
圖2-2 圓柱體上邊界層之分離及渦漩形成過程(摘錄自Cheng and Fu[2]) 10
圖2-3由於雷諾數不同的影響所產生的氣流分離現象 10
圖3-1平滑流場於內政部建築研究所 23
圖3-2紊流邊界層流場於內政部建築研究所 23
圖3-3紊流邊界層流場於日本東京大學 24
圖3-4壓力量測系統 24
圖3-5壓力訊號處理系統 24
圖3-6頻道壓力感應器模組 25
圖3-7微壓力掃描器系統示意圖 25
圖3-8壓力感應器模組 26
圖3-9電源裝置(圖左)、壓力校正裝置(圖右) 26
圖3-10數據採集器與個人電腦 27
圖3-11壓克力製半圓球模型 27
圖3-12半圓球壓力測點座標系圖 28
圖3-13屋頂模型(左)、圓柱面模型(右) 28
圖3-14屋頂模型與圓柱面模型組合 29
圖3-15測試模型幾何符號定義 29
圖4-1-1不同雷諾數下平均風壓係數 35
圖4-1-2不同雷諾數下擾動風壓係數 35
圖4-2-1風速11.1 ms下f/D=0.0~0.5平均風壓係數 36
圖4-2-2風速11.1 ms下f/D=0.0~0.5擾動風壓係數 37
圖4-3-1 Re=6.74×104自相關頻譜 38
圖4-3-2 Re=1.11×105自相關頻譜 38
圖4-3-3 Re=1.58×105自相關頻譜 39
圖4-3-4 Re=2.73×105自相關頻譜 39
圖4-3-5 Re=4.33×105自相關頻譜 40
圖4-3-6 Re=6.06×105自相關頻譜 40
圖4-3-7 Re=1.02×106自相關頻譜 41
圖4-3-8 Re=1.41×106自相關頻譜 41
圖4-3-9 Re=1.8×106自相關頻譜 42
圖4-4-1 A1模型(f/D=0.0 and h/D=0.1)自相關頻譜 42
圖4-4-2 A2模型(f/D=0.0 and h/D=0.2)自相關頻譜 43
圖4-4-3 A5模型(f/D=0.0 and h/D=0.5)自相關頻譜 44
圖4-4-4 B0模型(f/D=0.1 and h/D=0.0)自相關頻譜 45
圖4-4-5 B1模型(f/D=0.1 and h/D=0.1)自相關頻譜 45
圖4-4-6 B2模型(f/D=0.1 and h/D=0.2)自相關頻譜 46
圖4-4-7 B5模型(f/D=0.1 and h/D=0.5)自相關頻譜 46
圖4-4-8 C0模型(f/D=0.2 and h/D=0.0)自相關頻譜 47
圖4-4-9 C1模型(f/D=0.2 and h/D=0.1)自相關頻譜 47
圖4-4-10 C5模型(f/D=0.2 and h/D=0.5)自相關頻譜 48
圖4-4-11 F0模型(f/D=0.5 and h/D=0.0)自相關頻譜 49
圖4-4-12 F1模型(f/D=0.5 and h/D=0.1)自相關頻譜 49
圖4-4-13 F5模型(f/D=0.5 and h/D=0.5)自相關頻譜 50
圖5-1-1不同雷諾數下相鄰兩壓力孔間交相關係數 56
圖5-1-2模型f/D=0.0相鄰兩壓力孔間交相關係數 57
圖5-1-3 模型f/D=0.1相鄰兩壓力孔間交相關係數 58
圖5-1-4 模型f/D=0.2相鄰兩壓力孔間交相關係數 59
圖5-1-5 模型f/D=0.3相鄰兩壓力孔間交相關係數 60
圖5-1-6 模型f/D=0.4相鄰兩壓力孔間交相關係數 61
圖5-1-7 模型f/D=0.5相鄰兩壓力孔間交相關係數 62
圖5-2-1 各模型分區概念 63
圖5-2-2 各模型分區概念 64
圖5-3-1 模型F0(f/D=0.5、h/D=0.0)相對應之Root-coherence 65
圖5-4-1 模型F5(f/D=0.5、h/D=0.5) Ch1與Ch2係數擬合結果 66
圖5-4-2 雷諾數Re=6.74×104 係數擬合結果 67
圖5-4-3 雷諾數Re=1.11×105 係數擬合結果 67
圖5-4-4 雷諾數Re=1.58×105 係數擬合結果 68
圖5-4-5 雷諾數Re=2.73×105 係數擬合結果 68
圖5-4-6 雷諾數Re=4.33×105 係數擬合結果 69
圖5-4-7 雷諾數Re=6.06×105 係數擬合結果 69
圖5-4-8 雷諾數Re=1.02×106 係數擬合結果 70
圖5-4-9 雷諾數Re=1.41×106 係數擬合結果 70
圖5-4-10 雷諾數Re=1.8×106 係數擬合結果 71
圖5-4-11 模型f/D=0.0 (h/D=0.0~0.5)係數擬合結果 72
圖5-4-12 模型f/D=0.1 (h/D=0.0~0.1)係數擬合結果 72
圖5-4-13 模型f/D=0.1 (h/D=0.2~0.5)係數擬合結果 73
圖5-4-14 模型f/D=0.2 (h/D=0.0~0.5)係數擬合結果 73
圖5-4-15 模型f/D=0.3 (h/D=0.0~0.5)係數擬合結果 74
圖5-4-16 模型f/D=0.4 (h/D=0.0~0.5)係數擬合結果 74
圖5-4-17 模型f/D=0.5(h/D=0.0~0.5)係數擬合結果 75
圖5-4-18 係數C實驗值與擬合值觀察 76
圖5-4-19 A1模型(f/D=0.0&h/D=0.1)係數K實驗值與擬合值比較 76
圖5-4-20 B0模型(f/D=0.1&h/D=0.0)係數K實驗值與擬合值比較 77
圖5-4-21 B2模型(f/D=0.1&h/D=0.2)係數K實驗值與擬合值比較 77
圖5-4-22 F0模型(f/D=0.5&h/D=0.0)係數K實驗值與擬合值比較 78


表目錄
表3-1幾何尺寸與測試模型術語…………………………………………………18



參考文獻 參考文獻

[1] Lo,Yuan-Lung and Jun Kanda, CHARACTERISTICS OF WIND PRESSURE FLUCTUATIONS ON DOME-LIKE STRUCTURES
[2] Cheng,C.M. and Fu,C.L, Characteristics of Wind Loads on a Hemispherical Dome in Smooth Flow and Turbulent Boundary Layer Flow
[3] Hui,M.C.H,Larsen,A. and Xiang,Xiang,H.F. Wind turbulence characteristics study at the Stonecutters Bridge site : Part Ⅱ:Wind power spectra, integral length scales and coherences
[4] H. Schlichting, K. Gersten. Boundary Layer Theory, 8th Revised and Enlarged Edition, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York.
[5] F.J. Maher, Wind loads on basic dome shapes, 1965. J. Struct. Div. ASCE ST3, 219-228.
[6] N. Toy, W.D. Moss, E. Savory, 1983. Wind tunnel studies on a dome in turbulent boundary layers, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 1, 201-212.
[7] T.J. Taylor. Wind pressures on a hemispherical dome, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 40, 199-213.
[8] T.Ogawa, M. Nakayama, S. Murayama, Y. Sasaki . 1991. Characteristics of wind pressures on basic structures with curved surfaces and their response in turbulent flow, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 38, 427-438..
[9] C.W. Letchford, P.P. Sarkar, 2000. Mean and fluctuating wind loads on rough and smooth parabolic domes, J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 88, 101–117.
[10] Tennekes H. & J.L. Lumley, A First Course in Turbulence”, The Massachusetts Institute of Technology
[11] Davenport,A. G, Gust Loading Factors
[12] Davenport, A. G. (1961), Spectrum of Horizontal Gustiness near the Ground in High Winds, Journal of Royal Meteorological Society, 87, 194–211
[13] Uematsu, Y. and Tsuruishi, R. (2008), Wind Load Evaluation System for the Design of Roof Cladding of Spherical Domes, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 96, 2054–2066
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2014-09-01公開。
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