簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 簡子婕
Chien, Tzu-Chieh
論文名稱: 既有木構材再利用於自立式二次結構之研究
Self-Supported Secondary Structures Using Repurposed Lumber
指導教授: 杜怡萱
Tu, Yi-Hsuan
簡聖芬
Chien, Sheng-Fen
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: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 149
中文關鍵詞: 再利用自立式二次結構實構木構材
外文關鍵詞: repurpose, self-supported, wood structure, design build
相關次數: 點閱:135下載:7
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 人類之過度開發不僅消耗地球資源,同時也製造大量廢棄物對環境造成危害,如能做到資源回收再生與重複利用,將能有效減少廢棄物,降低環境汙染。本研究以一座即將被拆除廢棄的既有木構架構造物探討再利用之可行性,由於木構架所使用的木材為未達使用壽命之南方松,而南方松常灌注化學藥劑以達到防蟲防腐的功效,因此不論丟棄或是回收製成木屑再利用皆會對環境造成傷害。本研究將此批木構材直接作為構材使用,不經過二次加工再製,發揮其使用年限內的最大效益。
    本研究在拆除舊有木構架後,回收既有木構材,觀察構材損傷情形,再對舊有木構材與新購木材進行材料試驗,比對新舊材料含水率、密度與抗壓、抗剪強度等差異性,並確認舊有木構材材料強度仍滿足台灣與美國現行木構規範,可繼續作為結構材使用。本研究以成功大學建築系館內兩處走廊作為設計基地,將回收之既有木構材作為主要結構材料進行設計,在不破壞基地原有結構體的前提下,以基地建築結構體提供反力支承,達成基本之平衡條件,搭建一座可自立的二次結構,此結構可附掛於走廊以增加使用空間。將設計之結構體經由SAP2000結構分析軟體進行分析,了解整體結構力學行為,並以台灣木構規範進行檢討,使各構件所受應力小於規範之容許應力,確保結構安全。針對應力過大構件,採取相應對策更改設計,在不改變使用材料的情形下,以變更跨距或增加構建等方式降低各構件應力。
    本研究最終透過實際構築,驗證前述設計的可行性。實構過程依具備之工具發展設計細部接頭,評估重量及可取得之人力或工具條件,決定組構形式或結構體尺度,並且依據在施工過程中實際遭遇之困難,提出不同之應對方法解決。在考量多方影響因素,並且反覆修正設計後,完成自立式二次結構之構築,實踐形體設計、結構分析、構築施工多方面的設計決策整合。

    The development of human civilization causes over-exploitation of natural resources and produces a lot of waste. Recycling and reusing products are effective means to decrease the waste and environmental pollution. This thesis aims to discuss the feasibility of reusing aged southern pine lumber removed from an existing wooden construction. The discard or reproduction of used southern pine lumber causes environmental problems since it is usually treated with chemistry antiseptic. In order to extend the service life of the lumber and reduce the harm to environment, this thesis repurposes the lumber in its original shape in place of reprocessing it.
    The wooden construction was carefully dismantled. The members was classified according to size, shape, and damage condition. The mechanical properties of the lumber, including density, water content, compressive and shear strengths, were tested and compared with new bought lumber. The test results show that the aged lumber still satisfies the regulations in both Taiwan and U.S. codes for wood structures and can be reused as structural components. The recycled lumber was used to build a self-supported secondary structure that is attached to existing building corridor and provides additional space. Two different designs were developed for two possible sites in the department of architecture at National Cheng Kung University. During the design stage, structural analysis by using SAP2000 was performed to understand the structural behavior and check if the stress demand exceeds the allowable stress. Since given member sections are used, the design and structural system are modified according to the stress demand.
    One of the designs was actually constructed to verify its feasibility. The scale of prefabricated parts and construction details were developed according to the restriction of equipments, human power, and site condition. The final design was then determined based on the feedback from construction process. This study demonstrated the integration of
    conceptual design, structural analysis, and construction, and achieved the objective of repurposing the used lumber as a self-supported structure.

    第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.1.1 研究動機 1 1.1.2 研究目的 2 1.2 文獻回顧 2 1.2.1 構築研究與經驗 2 1.2.2 既有木構材材料性質 7 1.2.3 台灣現行規範 8 1.3 研究流程與方法 9 1.4 適用範圍 10 1.5 章節概述 10 第二章 材料試驗 11 2.1 材料來源 11 2.2 試體與試驗裝置 13 2.2.1 試體規劃 13 2.2.2 試驗裝置 15 2.3 試驗與量測過程 17 2.3.1 木材密度試驗 17 2.3.2 木材抗壓試驗 19 2.3.3 木材抗剪試驗 21 2.3.4 木材含水率試驗 22 2.4 試驗結果 24 2.4.1 抗壓試驗 24 2.4.2 抗剪試驗 33 2.4.3 密度與含水率試驗 42 2.5 結果討論 45 2.5.1 抗壓強度與密度及含水率之關係 45 2.5.2 抗剪強度與密度及含水率之關係 46 2.5.3 新木材與既有木構材性質比較 47 第三章 設計過程 50 3.1 設計目標 50 3.2 既有木構材利用 50 3.2.1 既有木構材回收過程 51 3.2.2 既有木構材尺寸及數量 53 3.2.3 既有木構材損壞狀況 55 3.3 設計過程 57 3.3.1 基地一:院圖書館二樓走廊 57 3.3.1.1 基地條件 57 3.3.1.2 設計發展過程 58 3.3.1.3 施工規劃 62 3.3.2 基地二:研究大樓窗台 65 3.3.2.1 基地條件 65 3.3.2.2 設計發展過程與施工方式規劃 67 3.4 小結 76 第四章 結構分析檢討 77 4.1 SAP2000簡介 77 4.2 軟體分析設定 78 4.2.1 模型匯入 78 4.2.2 材料設定 79 4.2.3 載重組合與設定 80 4.2.4 桿件端部束制條件設定 82 4.2.5 邊界支承條件設定 83 4.3 構件應力檢討 86 4.3.1 分析結果 86 4.3.2 法規容許應力檢討 88 4.3.2.1 容許軸拉力 89 4.3.2.2 容許軸壓力 90 4.3.2.3 軸拉複合容許彎矩 91 4.3.2.4 軸壓複合容許彎矩 92 4.3.2.5 木構材接合部容許剪力 92 4.3.3 容許強度與分析結果 93 4.4 設計修正 94 4.5 小結 97 第五章 實構過程 98 5.1 結構體接合處細部設計 98 5.1.1 木構件鉸接點 99 5.1.2 緊結器固定點 99 5.1.3 側向連結構件組合處 100 5.1.4 載物板材固定 102 5.2 單元生產製造過程 103 5.2.1 平面單元 103 5.2.2 側向連結構件 111 5.2.3 載物板材 117 5.3 實構安裝過程 120 5.3.1 平面單元安裝 120 5.3.2 側向連結構件安裝 123 5.3.3 板材安裝 125 5.4 實構過程檢討 127 5.5 小結 128 第六章 結論與建議 129 6.1 結論 129 6.2 建議 131 參考文獻 133 附 錄 134

    1. 陳思嘉,「結合數位製造的設計流程研究」,碩士論文,國立成功大學建築研究所,台南,2013。
    2. 翁穎諄,「曲面構造之參數化設計與構築-變斷面格子梁板設計實作」,碩士論文,國立臺灣科技大學,台北,2011。
    3. 陳易凡,「可拆解曲面構造之參數化設計與構築」,碩士論文,國立臺灣科技大學,台北,2011。
    4. 王嬿晴,「曲面空間桁架系統參數化設計與數位構築」,碩士論文,國立臺灣科技大學,台北,2011。
    5. ICD,ICD/ITKE Research Pavilion 2010, Retrieved 2013/05/10,
    from http://icd.uni-stuttgart.de/?p=4458
    6. R.H. Falk, D. Green, S.F. Lantz, "Evaluation of lumber recycled from an industrial military building," Forest Products Journal, vol. 49, no.5, pp 49-55, 1999.
    7. West Coast Lumber Inspection Bureau, Grading Rules for West Coast Lumber, Standard No.17, Portland, Oregon, 1996.
    8. R.H. Falk, D. Green, D. Rammer, S.F. Lantz, "Engineering evaluation of 55-year-old timber columns recycled from an industrial military building," Forest Products Journal, vol. 50, no.4, pp 71-76, 2000.
    9. American Forest and Paper Association, National Design Specification for Wood Construction, American Wood Council, Washington, DC, 1997.
    10. 內政部營建署,「木構造建築物設計及施工技術規範」,2011。
    11. Southern Forest Product Association, A Guide to Southern Pine Lumber Export Grades, Southern Pine Council, Kenner, LA, 2002.
    12. 經濟部標準檢驗局,「CNS453 木材抗壓試驗法」,中華民國國家標準,2005。
    13. 經濟部標準檢驗局,「CNS455 木材平行纖維方向剪力試驗法」,中華民國國家標準,2005。
    14. 經濟部標準檢驗局,「CNS451 木材密度試驗法」,中華民國國家標準,2005。
    15. 經濟部標準檢驗局,「CNS452 木材含水率試驗法」,中華民國國家標準,2005。
    16. J.E. Winandy, "Effective of Waterborne Preservative Treatment on Mechanical Properties: A Review. " Ninety-First Annual Meeting of the American Wood-Preservers’ Association, Vol. 91, New York, 1995.
    17. 李森枏,「SAP2000結構設計實務」,科技圖書,2005。

    下載圖示 校內:立即公開
    校外:立即公開
    QR CODE