學術研究

以風力規範為藍本的建築耐風設計專家系統

本文關鍵字:風力規範專家系統設計風力風載重主抗風系統被覆物尖峰加速度

耐風設計規範及標準通常複雜且難懂,對風工程觀念薄弱的工程師而言,要理解風力規範及風載重的計算流程是費時費力的,因此,一個可以根據設計標準而產生設計風載重的專家系統對專業的工程師而言是很有價值的電腦輔助設計工具。內政部建築研究所於民國93年完成「建築耐風設計規範」草案之研擬後,由於規範內容複雜,與之前版本在設計概念與流程上有顯著差異,風力評估的過程中有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。有鑑於此,淡江大學風工程研究中心(WERC-TKU)即積極展開建築風力規範專家系統之發展,將繁雜的建築物耐風設計規範及其計算邏輯流程編纂為法則,發展出一套可以在網際網路上使用的專家系統。

最新版的『建築物耐風設計規範及解說』於民國95年9月22日頒布 [1] ,並於民國96年1月l日正式施行,為使工程界能夠確實掌握新版「建築物耐風設計規範」之精神與實務應用,民國95年5月風工程學會與建研所聯合舉辦建築耐風設計規範講習會,96年5月並應高雄結構技師公會之邀說明建築物耐風設計規範和上述專家系統的使用。


圖一:專家系統風力評估輸入介面

圖二:專家系統設計風力與加速度評估結果輸出

圖三:專家系統設計風力計算流程輸出

圖四:專家系統設計風力EXCEL報表

「以風力規範為藍本的建築耐風設計專家系統」自民國96年6月於網際網路平台上開放供註冊帳號免費使用( http://windexpert.ce.tku.edu.tw/code.jsp ),目前已有700個以上,遍及產、官、學界的註冊使用者,利用該平台的案例更高達三千多件。經過陸陸續續的系統修訂,目前專家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,另一個是被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、低層建築物、屋頂、女兒牆以及開放式結構物;而被覆物表面風壓值的評估、則包括有建築物的外牆和屋頂兩個部分。設計者可以透過指引一步步地輸入建物幾何形狀、週遭環境及建物特性等,如圖一所示。此專家系統即可找到規範中適當的章節與條文後再計算出必要的係數及參數。最後,即可求得結構物的設計風載重分佈和與舒適度相關的尖峰加速度評估結果,相關輸出畫面請考圖二。另外整個風力計算流程、適用公式、相關數皆可完整輸出,報表如圖三所示。為便於將設計風載重資料應用於後續結構分析,系統亦提供EXCEL格式輸出檔(如圖四)。

目前規範在橫風向及扭轉向風力計算上排除高寬比3以下建物,鑒於工程界的實務需求,並經近期風洞實驗及數值計算的分析研究 [2] ,未來規範修訂時可能放寬其適用性的限制,因此系統目前已提供高寬比3以下之橫風向及扭轉向風力評估數值,唯規範尚未修訂前,其計算結果僅供使用者參酌使用。

為了配合後續規範之修訂,目前WERC-TKU正在積極開發建築耐風設計規範專家系統 V 2.0版本,整個系統核心與介面將全面更新,新的版本除了原有的功能外,將會提升計算的速度,提供更為友善、直接的使用者介面(如圖五和圖六),幫助工程師檢視輸入的正確性及判讀輸出的結果。另外在系統整合與資料交換方面,舊系統僅支援結構分析軟體MIDAS的資料匯入與匯出,未來也將嘗試與ETABS或其它工程應用軟體結合,讓使用上更有彈性,而輸出的部分除了與各應用程式資料交換所需的輸出,及原有的EXCEL輸出外,未來也考慮直接以PDF輸出結果報表及計算流程。

    參考文獻
  1. 「建築物耐風設計規範及解說」,營建雜誌社,民國九十五年十月(2006)。
  2. 鄭啟明、陳瑞華,「建築物耐風設計風載重條文之修訂研究」,內政部建築研究所委託研究報告,PG9702-0424,民國九十七年十二月(2008)。

圖五:建構中新版專家系統設計風力輸入介面

圖六:建構中新版專家系統設計風力輸出畫面

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    王人牧、許祥榕、鄭啟明(2011 年 11 月 18 日),〈以風力規範為藍本的建築耐風設計專家系統〉。《中華民國風工程學會電子報》,2024 年 5 月 5 日取自:http://www.wind.org.tw/epaper/index.php?id=2
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    王人牧、許祥榕、鄭啟明,〈以風力規範為藍本的建築耐風設計專家系統〉。《中華民國風工程學會電子報》第 1 期(2011),取自:http://www.wind.org.tw/epaper/index.php?id=2
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