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研究生: 吳崇文
Wu, Chung-Wen
論文名稱: RC低層公共建築結構體建材用量與碳排放量影響因子研究
Factors Affecting the Material Usage and CO2 Emission for RC Low-rise Public Building Structures
指導教授: 杜怡萱
Tu, Yi-Hsuan
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 規劃與設計學院 - 建築學系
Department of Architecture
論文出版年: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 244
中文關鍵詞: 鋼筋混凝土二元系統結構設計建材用量二氧化碳排放
外文關鍵詞: Reinforced Concrete, Hybrid Shear Wall System, Structural Design, Material Usage, CO2 Emission
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  • 建築生命週期中,軀體工程之碳排放量佔總碳排放量約16%,為重要之減碳熱點。為協助建築設計者掌握設計決策與建材用量及碳排量之關係,並於設計初期採取有效減碳策略,本研究針對常見建築設計變因與結構系統探討其對結構設計結果之影響。
      本研究以RC低層公共建築為研究對象,設定原型與實驗組共23組案例,探討4種設計變因包括平面不規則、地上樓層數、樓層高度與跨距變化,以及2種二元系統變因包括剪力牆量與剪力牆配置方式。每組案例皆依據台灣現行法規,在專業人士指導下進行結構設計,從設計結果精算各案例之建材用量及碳排量,探討各種變因之影響,再以案例分析結果驗證綠建築評估手冊中碳排減量指標及既有碳排量簡易評估公式之適切性。
      分析結果顯示,平面不規則案例之建材用量及碳排量均高於矩形平面基準案例,其碳排量差異可透過周長面積比係數來合理反映;地上樓層數增加時,單位樓地版面積碳排量亦隨之上升,且L形平面案例之增加幅度較矩形平面案例大;樓層高度降低可有效減少建材用量及碳排量,但其減少幅度不等於樓層高度之減少比例;跨距變化越大者,建材用量及碳排量越高,其碳排量變化量亦可透過一跨距變化係數(asp')反映。二元系統案例之碳排量皆明顯低於剛構架系統,且降低幅度隨壁量比增加而提高,若再加計剪力牆取代原有非結構牆之額外碳排減量,可較剛構架系統碳排量降低達21.8%,減碳效益遠優於其他設計變因。
      既有碳排量簡易評估公式之驗證結果顯示公式明顯偏保守,當地上樓層數降低,或震區係數、平面規則性係數增加時,公式評估值傾向高估。目前公式中採用之平面規則性係數無法有效反映平面不規則之效應,亦未考慮各層樓高變化及二元系統之效應。針對綠建築評估手冊之形狀因子量化指標,本文建議可改以周長面積比係數取代現行之平面規則性係數及長寬比係數,但仍須再對中高層案例進行後續探討。

    Concept of carbon reduction and green building has attracted great attention in recent year in architecture field. Under the premise, this paper set on studying the factors that affect the material usage and CO2 emission for reinforced concrete low-rise public building structures.
    This paper focused on 4 design factors, which included plan irregularity, floor number, floor height, span variety, and 2 hybrid shear wall system factors, involved shear wall ratio and shear wall layout. The method to carry out this study was first building and analyzing 23 models with ETABS, then calculating the material usage and CO2 emission for each model, and finally discussing the degree of each factor’s influence on these models.
    The results show that the cases with plan irregularity, span variety or higher floor number increase their CO2 emission, however, in the case with lower floor height, the CO2 emission decreases. In hybrid shear wall system cases, CO2 emission decrease significantly as the shear wall ratio increases, and the degree of carbon reduction is superior than the design factors discussed in this paper.

    第一章 緒論 1.1 研究動機與目的 1-1 1.1.1 研究動機 1-1 1.1.2 研究目的 1-2 1.2 文獻回顧 1-2 1.2.1 建築物生命週期及碳排量相關研究 1-2 1.2.2 建築物材料用量及影響因子相關研究 1-6 1.3 研究方法與流程 1-9 1.3.1 研究方法 1-9 1.3.2 研究架構流程 1-10 1.4 章節概述 1-11 1.5 適用範圍 1-11 第二章 原型案例設定及結構分析方法 2.1 軟體簡介 2-1 2.1.1 ETABS簡介 2-1 2.1.2 DRAWRC簡介 2-1 2.1.3 ESTRC簡介 2-2 2.2 原型案例設定與分析方法 2-2 2.2.1 案例基本假設 2-2 2.2.2 ETABS設定與構件分析 2-4 2.2.3 斷面設計結果 2-18 2.3 建材用量及碳排放量計算 2-19 2.3.1 配筋圖繪製 2-19 2.3.2 建材用量與碳排放量計算方法 2-22 第三章 變因及實驗組案例設定 3.1 設計變因案例設定與說明 3-1 3.1.1 平面不規則 3-3 3.1.2 地上樓層數 3-9 3.1.3 樓層高度 3-10 3.1.4 跨距變化 3-10 3.2 二元系統變因案例設定與說明 3-13 3.2.1 剪力牆量變化 3-14 3.2.2 剪力牆配置變化 3-21 第四章 設計變因案例分析結果與討論 4.1 原型案例 4-1 4.2 設計變因案例 4-5 4.2.1 平面不規則 4-5 4.2.2 地上樓層數 4-14 4.2.3 樓層高度 4-21 4.2.4 跨距變化 4-27 4.3 小結 4-32 第五章 二元系統變因案例分析結果與討論 5.1 二元系統結構行為 5-1 5.2 二元系統變因案例應力分析結果與討論 5-13 5.2.1 剪力牆量變化 5-13 5.2.2 剪力牆配置變化 5-18 5.3 二元系統案例建材用量及碳排量計算結果 5-26 5.3.1 案例設定 5-26 5.3.2 建材用量及碳排量計算結果 5-29 5.4 小結 5-37 第六章 碳排量簡易評估公式驗證 6.1 碳排量簡易評估公式介紹 6-1 6.2 公式驗證 6-2 6.2.1 公式評估值與實際值比較 6-2 6.2.2 誤差來源檢討 6-5 6.3 小結 6-7 第七章 結論與建議 7.1 結論 7-1 7.2 建議 7-3 參考文獻 參-1 附錄A 設計地震力係數計算例(L05) A-1 附錄B 樓梯建材用量計算 B-1 附錄C 案例構件斷面設計結果 C-1 附錄D 案例建材用量及碳排量計算結果詳表 D-1

    1. 張又升,「建築物生命週期二氧化碳減量評估」,博士論文,國立成功大學建築系,台南,2002。
    2. 劉安瑀,「建築軀體工程碳足跡評估之研究」,碩士論文,國立成功大學建築系,台南,2014。
    3. 內政部建築研究所,「綠建築評估手冊–基本型」,林憲德、林子平、蔡耀賢主編,內政部建築研究所出版,台北,2015。
    4. 李雅琪,「RC建築結構體建材用量與碳排放量影響因子之探討」,碩士論文,國立成功大學建築系,台南,2014。
    5. 黃誠中,「RC中層集合住宅結構體建材用量與碳排放量影響因子研究」,碩士論文,國立成功大學建築系,台南,2016。
    6. 吳蓓倫,「建築設計變因對結構體建材用量與碳排放量影響之探討」,碩士論文,國立成功大學建築系,台南,2016。
    7. 翁以欣,「台灣建材碳足跡資料庫盤查方法之研究」,碩士論文,國立成功大學建築系,台南,2015。
    8. 王坦,「建築工程結構材料用量之統計與分析–以新竹地區R.C住宅為例」,碩士論文,中華大學土木與工程資訊學系,新竹,2008。
    9. 林士豪,「辦公室建築低碳構造單元之研究–以不同結構體為例」,碩士論文,國立成功大學建築系,台南,2011。
    10. 邱佳淳,「新建建築工程大宗材料用量分析之研究」,碩士論文,國立中央大學營建管理研究所,桃園,2012。
    11. 內政部營建署,「混凝土結構設計規範」,2011。
    12. 內政部營建署,「建築技術規則建築構造篇」,2011。
    13. 內政部營建署,「建築物耐震設計規範及解說」,2011。
    14. 內政部營建署,「建築物耐風設計規範及解說」,2014。
    15. 低碳建築聯盟,LCBA碳排資料庫公開-台灣建築資材碳排資料表(會員獨享專區資料庫),檢自http://www.lcba.org.tw/article/?article_item_id=114。
    16. 杜怡萱、李雅琪、黃誠中,「RC建築結構體建材用量及碳排放量之影響因子研究」,台灣建築學會建築學報,第95期,第59至26頁,2016年。

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