參考自「風工程理論與應用 第六章 低矮建築風力特性與耐風設計 陳若華教授主筆」

低層建築物的定義依國內「建築物耐風設計規範」中對於建築物分類的規定,將平均屋頂高度小於18公尺的建築物歸類為低層建築物,據此原則可簡單依高度與其他更高的建築物作區分。國內建築物分布上低層建築物的數量遠超過其他建築物而佔大宗,且台灣地區夏秋季節颱風甚多,低層建築如廠房類的構造物受風災損失極大,受強風作用而發生屋頂破壞或是開口部破壞狀況時有所聞,低層建築物所受風荷載特性與人民生命財產關係密切。通常低層建築物以鋼筋混凝土構造居多,此類建築物高度不高、剛度大,因此風荷載通常對於主結構系統的安全性威脅不大。但附設在建築物外部如水塔、太陽能熱水系統等設施,或建築物表面披覆物的局部風壓頗高且極易造成破壞,仍應加以特別注意。另一方面工廠廠房、大型棚場、體育館等高寬比一般不大於1且近似封閉的低層建築物,由於多採用鋼構造,且整體質量較低,其氣動力特性與高層建築物存在相當程度的差異性,受風振動反應亦不容忽視。

由於低層建築物浸沒於大氣邊界層底部,受到強烈的紊流擾動,且本身高度與寬度的比值接近1,三維流場的作用十分明顯。Tieleman(1997, 1998)指出對於低層建物的風洞模擬實驗,由於紊流場作用強烈,水平向的紊流強度及小尺度紊流成為十分重要的因素,流場之平均風速剖面的指數值(α)及地表的氣動力粗糙長度(z0)則影響不大,研究氣動力實驗流場的選擇由流場中的紊流強度與實場資料比對為主。低層建築物受風作用時,上游區前緣分離的剪力流發生再接觸現象(re-attachment)的位置在屋頂面及側風面上甚為明顯,表面風壓在分布上有明顯的區域性,且往往有較高的尖峰風壓出現。基本上就建築物周邊流場而言,常見的有由側面渦流與迎風面渦流組合而成的馬蹄形渦漩,以及由側面渦流與越過屋頂面三維渦流組合而成的拱門形渦漩兩種,兩種渦漩共同作用為影響表面風壓分布型態的主要原因。在結構系統的風載重分析方面,如果僅以平均風力進行結構受風反應之分析計算,因壓力分布的時變性甚高,有低估載重的可能。是以規範中須乘上陣風因子加以放大。若欲更近一步推估結構的最大可能風載重,則須將風力作用的空間相關性一併納入考慮,方能推估最大風載重及結構反應。因此低層建物的氣動力實驗為求分析的精確,較佳的選擇為模型表面風壓完整的同步量測,探討包括局部風壓作用特性及風力作用的空間相關性,並由此推估可能之載重條件。

國內「建築物耐風設計規範」關於低層建築物之披覆物設計風壓考慮,針對平行屋脊及垂直於屋脊等兩種風向作用下的側牆及屋頂面,提供查表方式以供迅速查得所需用的整體外風壓係數,同時對於單摺式屋頂具不同屋面坡度的變化亦提供相應的風壓係數。在其他屋頂構造形式方面,規範中亦針對拱形屋頂及雙斜視屋頂等外風壓提出建議值。另對於連棟式的鋸齒狀屋頂及開放式建築物的單斜視屋頂外風壓係數等均提出建議設計風壓係數。針對主抗風結構設計所需低層建築物(特別是指平均屋頂高度小於18公尺者)的屋頂及外牆局部風壓係數,規範中將屋頂斜度依7度、27度及45度等區分為數種不同的區間,並個別以圖表方式提供使用者查閱外風壓係數;對於平均屋頂高度大於18公尺之封閉或部分封閉式建築物,則另行提供圖表以供查用。國內新版本規範較諸建築技術規則原有的規定,已提供大部分低建築物設計風載重所需的資料。