風荷載計算器：結構風壓與風力
計算建築與結構的風壓與總風力，用於結構設計。
輸入風速、建築尺寸、暴露類別與阻力係數，即可計算動壓、風壓與總風力。
風荷載計算器：結構風壓與風力
計算建築與結構的風壓與總風力，用於結構設計。
郊區或林地，零散分布 1.5 至 10 公尺高的障礙物。
風荷載範例
展示不同尺度建築的風荷載計算範例。
| 建築與風參數 | 總風力 | 應用情境 |
|---|---|---|
| v=20 m/s, H=8 m, W=12 m, Exp=2, Cd=1.3 | ≈ 25,990 N (26 kN) | 郊區住宅。q=245 Pa，設計風壓=271 Pa；作用於 96 m² 迎風面上的總風力。 |
| v=30 m/s, H=50 m, W=25 m, Exp=3, Cd=1.4 | ≈ 675,000 N (675 kN) | 中層辦公樓。都市遮蔽（Ce=0.7）降低了風壓；迎風面積達 1250 m²。 |
| v=25 m/s, H=15 m, W=60 m, Exp=1, Cd=1.2 | ≈ 413,000 N (413 kN) | 開闊地形中的工業倉庫。完全暴露（Ce=1.0）且迎風面達 900 m²，因此風荷載很高。 |
| v=35 m/s, H=100 m, W=5 m, Exp=1, Cd=1.0 | ≈ 375,000 N (375 kN) | 通訊塔。風速很高且完全暴露；500 m² 的較小迎風面使總荷載仍可控制。 |
關於風荷載計算器
風荷載是移動空氣作用於結構上的力。它是結構工程師在設計建築、橋梁、塔架與其他結構時必須考量的最重要側向荷載之一。歷史上，對風荷載估算不準確曾導致許多結構失效，從 1879 年泰橋災難到近年設計不良的帷幕牆與屋頂結構失效，皆是如此。
風荷載計算中的基本量是動壓，也稱為速度壓或停滯壓。其公式為 q = 0.5 × ρ × v²，其中 ρ 是空氣密度（海平面與標準溫度下約為 1.225 kg/m³），v 是以公尺每秒表示的風速。這個關係直接來自伯努力原理，代表單位體積移動空氣所具有的動能。
表面的設計風壓為 p = q × Cd × Ce，其中 Cd 是阻力係數（也稱壓力係數），反映結構的空氣動力外形是鈍體還是流線型，Ce 是暴露係數，用來考量結構周邊地形粗糙度。位於開闊地形中的平直建築所受風壓，通常高於被密集都市發展包圍、受到遮蔽的同類建築。
常見結構的阻力係數大致範圍為：矩形建築約 0.8–1.3（取決於長寬比）、圓柱約 0.4–0.7、桁架與招牌約 1.0–2.0。阻力係數通常透過風洞試驗取得，或由結構設計規範給定。
暴露類別用於分類建築周邊地形，並影響風速隨高度的變化。在開闊地形（暴露 A 或類別 1）中，近地風速相對較高，因為幾乎沒有障礙物減緩氣流。在密集都市中心（暴露 D 或類別 3）中，大量高樓會產生紊流與遮蔽效應，從而降低低層的平均風速。
結構設計規範——包括美國 ASCE 7、歐洲 Eurocode 1（EN 1991-1-4）以及澳洲 AS/NZS 1170.2——都提供了計算設計風荷載的詳細方法，其中包括陣風係數、地形效應、內部壓力，以及構件與圍護結構荷載的修正。本計算器提供的是基於基本原理的簡化估算，適合初步設計與教學用途。
如何使用風荷載計算器
- 輸入設計風速，單位為公尺每秒。可使用當地氣象資料或建築規範中的風速圖。
- 輸入建築高度、寬度與長度，單位為公尺。寬度是指與風向垂直的尺寸。
- 選擇與建築周圍地形相符的暴露類別：開闊、郊區或都市。
- 輸入阻力係數（Cd）。典型矩形建築可使用 1.3，或依據具體幾何形狀查閱設計規範。
- 點擊計算，即可查看動壓、設計風壓、迎風面積與總風力。
風荷載常見問題
結構工程中的風荷載是什麼？
風荷載是風壓作用在結構上的力。它作為作用於建築上的側向（水平）荷載，必須由結構的抗側力系統承受，例如剪力牆、彎矩框架或斜撐框架。風荷載是一種會隨高度、地形、建築幾何與當地氣候變化的動態荷載。設計規範會規定結構必須承受的風壓，以避免倒塌或過大變形。
什麼是動壓，如何計算？
動壓（q）是移動空氣單位體積所具有的動能：q = 0.5 × ρ × v²，其中 ρ 是空氣密度（海平面約 1.225 kg/m³），v 是以 m/s 表示的風速。在 20 m/s 時，q = 0.5 × 1.225 × 400 = 245 Pa；在 30 m/s 時，q = 551 Pa。動壓會隨風速平方增加——風速加倍，風荷載會變成四倍。
阻力係數代表什麼？
阻力係數（Cd）用於量化結構在空氣動力上有多麼「鈍」，也就是它相對於理想流線型體對氣流的阻礙程度。垂直於風向的平板 Cd 約為 1.28，球體約為 0.5，流線型翼型則小於 0.05。對於建築而言，Cd（或壓力係數 Cp）取決於建築形狀與長寬比，通常透過風洞試驗或規範表格確定。
風荷載計算中的暴露類別是什麼？
暴露類別根據地表粗糙元的尺寸與間距，對建築周圍地形進行分類。開闊地形（類別 1）包括平原、海岸和機場，風基本不受阻擋。郊區地形（類別 2）包括有樹木和住宅的居住區。都市地形（類別 3）包括高樓林立的市中心。更受遮蔽的地形會降低平均風速，但會增加湍流強度。
建築高度如何影響風荷載？
風速以及由此產生的動壓會隨著離地高度增加而增大。更高的建築在上部樓層會受到更大的風速。設計規範會給出風速隨高度變化的剖面，通常採用冪律或對數剖面。本計算器採用假定風速均勻的簡化方法；對於高層建築，工程師會依照 ASCE 7、Eurocode 1 或類似規範使用與高度相關的風壓分布。
這個計算器適合專業結構設計嗎？
本計算器提供的是風荷載的簡化第一性原理估算，適合教學與初步可行性分析。專業結構設計必須採用適用建築規範的完整條文（如 ASCE 7、Eurocode 1、AS/NZS 1170.2 等），其中包括陣風係數、地形效應、方向係數、內部壓力，以及構件與圍護結構荷載。建築設計務必諮詢持照結構工程師。