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研究生： 蔡孟廷
Tsai, Meng-Ting
論文名稱： 日式木造編竹夾泥牆實驗研究及等值斜撐模型
Experimental Study and Equivalent Bracing Simulation for the Bamboo Mud-Wall of Japanese Wooden Buildings
指導教授： 張嘉祥
Chang, Ja-Shian
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： 2006
畢業學年度： 94
語文別： 中文
論文頁數： 106
中文關鍵詞： 日式編竹夾泥牆 、等值斜撐 、遲滯迴圈 、耐震能力
外文關鍵詞： bamboo-mud-wall, equivalent bracing, hysteresis loop
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    • 日治時期在台灣所建造之日式木造建築，已成為台灣歷史建築中不可或缺且重要的文化資產。有鑑於台灣現存之日式木造建築多半因年久失修而損毀，而近年來民間及政府大力修復及保存，但設計者目前在修復保存過程對於其耐震能力之評估及地震作用下可能形成之損壞行為，並無法精確掌握。因此本研究針對日式木造歷史建築耐震上最重要之元素—編竹夾泥牆進行實驗探討，以建立其評估應用上之模型及資料。
    本研究之第一部份為試體實驗，過程一共規劃了13個試體，包含了7個不同構法之木框架，以及3個不同壁寬(90cm、135cm、180 cm，壁高均為210cm) 、3個不同土壁成分(添加麻絨、石灰、水泥)之試體。藉由水平反覆施力模式，得到試體受力及變位關係，利用所記錄之遲滯圈包覆面積可進一步分析編竹夾泥牆壁體在受地震力時之消能行為及遲滯迴圈歷時分析。第二部分為利用實驗結果建立編竹夾泥牆在耐震分析評估時之等值斜撐模式，推算其等值斜撐AxEx值，及不同高寬比下，試體勁度之差異。
    本研究成果除了提供設計者在日式木造建築之耐震評估應用時，具體瞭解其耐震能力外，並可進一步探討土塗壁土漿拌合不同添加物時之強度與破壞行為差別。

    In Taiwan , the bamboo-mud-wall is the main structural element of most of the existing wooden historic buildings . For investigating the structural behavior of the bamboo-mud-wall , in this study , totally 13 specimens including different construction , different material , and different height-to-width ratio are tested under horizontally cyclic loading .

    From the test , followings are observed :

    1. Under the cyclic loading , the specimen gets compression failure at the corner first , then suffers shear failure of the wall panel .
    2. The ultimate load of the wall specimen is influenced by the arrangement of horizontal and vertical Nuki (complemenyary member) .
    3. In the wall specimens , in general , the wooden frame provides 1/3 strength , and mud provides 2/3 strength .
    4. The recorded hysteresis loop of the wall specimens can be simplyfied as several rules. Following these rules, the load-displacement relationship of the bamboo-mud-wall under cyclic loading or time history loading can be generated .

    In addition , for assessment application , an eguivalent bracing model of the bamboo-mud-wall is established based upon the test results . This study provides the conservation designer or architect the fundamental informations for seismic evaluation and retrofit design of wooden historic building.

    目 錄 第一章 緒論 1-1 研究動機 ……………………………………………………………1 1-2 研究目的 ……………………………………………………………2 1-3 研究範圍 ……………………………………………………………3 1-4 文獻回顧 ……………………………………………………………4 第二章 試體與實驗規劃 2-1 試體規劃 ……………………………………………………………9 2-2 試體製作 ……………………………………………………………11 2-2-1 木框架 ………………………………………………………11 2-2-2 編竹 …………………………………………………………13 2-2-3 塗抹 …………………………………………………………15 2-3 實驗規劃 ……………………………………………………………21 2-3-1 實驗儀器及裝置 ……………………………………………21 2-3-2 試體上架及實驗流程 ………………………………………25 第三章 土漿材料力學性質 3-1 土漿成分配比及抗壓試驗 …………………………………………29 3-2 不同成分土漿抗壓強度 ……………………………………………31 3-3 不同成分土漿σ-ε關係 ……………………………………………33 3-3-1 不同成分土漿之σ-ε關係及其E值 ………………………33 3-3-2 不同成分土漿之σ-ε比較 …………………………………35 第四章 試驗過程與結果討論 4-1 木框架水平加載實驗 ………………………………………………37 4-2 木框架結構行為討論 ………………………………………………45 4-2-1 單向與反覆加載比較 ……………………………………….45 4-2-2 不同高寬比的比較 …………………………………………46 4-2-3 加斜撐的比較 ………………………………………………47 4-2-4 加編竹比較 …………………………………………………48 4-3 編竹夾泥牆水平加載實驗 …………………………………………49 4-4 編竹夾泥牆結構行為討論 …………………………………………61 4-4-1編竹夾泥牆與框架比較 ……………………………………61 4-4-2土壁不同成份比較 …………………………………………63 4-4-3不同高寬比的比較 …………………………………………64 4-5 實驗相關問題討論 ………………………………………………66 第五章 能量吸收與反覆加載遲滯迴圈 5-1 試體能量吸收 ………………………………………………………67 5-1-1 木框架之能量吸收 …………………………………………68 5-1-2 塗抹土漿試體之能量吸收 …………………………………69 5-2 反覆加載遲滯迴圈路徑規則 ………………………………………70 5-2-1 遲滯迴圈路徑 ………………………………………………70 5-2-2 4/1000、8/1000、12/1000與模擬之遲滯迴圈路徑 ………72 5-3 遲滯迴圈路徑規則建立 ……………………………………………75 5-3-1路徑 …………………………………………………………77 5-3-2路徑 …………………………………………………………79 5-3-3路徑 …………………………………………………………81 5-3-4路徑 …………………………………………………………82 5-4 實驗與模擬遲滯圈比較 ……………………………………………84 5-4-1 實驗遲滯圈與模擬遲滯迴圈比較 …………………………84 5-4-2 試體CW1C實驗與模擬遲滯迴圈路徑比較 ………………88 5-5 小結 …………………………………………………………………92 第六章 日式木造編竹夾泥牆等值斜撐理論模擬 6-1 基本假設及理論推導 ………………………………………………93 6-2 等值斜撐之剛度 ……………………………………………………95 6-2-1 等值斜撐剛度之範圍及求取 …………………………………95 6-2-2等值斜撐剛度之簡化公式…………………………………97 6-3 壁體強度-變形關係預測與實驗比較 ………………………………98 6-3-1 壁體在不同高寬比下之強度預測 …………………………98 6-3-2 壁體加載-變形關係預測與實驗比較 ……………………100 6-4 小結 ………………………………………………………………103 第七章 結論 表目錄 表2-1 試體規劃 ……………………………………………………………………10 表2-2 不同構法及加大寬度框架試體規劃 ………………………………………12 表2-3 不同土漿成分及其配合比率 ……………………………………………….17 表2-4 不同高寬比試體規劃 ………………………………………………………19 表2-5 不同土漿成分試體規劃 ……………………………………………………20 表2-6 日式木造建築編竹夾泥牆實驗試體加載規劃表 …………………………27 表3-1 純土漿試塊抗壓強度 ………………………………………………………31 表3-2土漿加麻絨試塊抗壓強度 …………………………………………………31 表3-3土漿加石灰試塊抗壓強度 …………………………………………………32 表3-4土漿加水泥試塊抗壓強度 …………………………………………………32 表3-5 不同成分試塊σ-ε圖及其E值 ……………………………………………34 表4-1 木框架變位角與水平施力記錄 ……………………………………………42 表4-2 木框架遲滯圈記錄 …………………………………………………………43 表4-3 單向與反覆加載框架在不同變位角之對應施力比較 ……………………45 表4-4 不同高寬比框架在不同變位角之對應施力比較 …………………………46 表4-5 不同構造方式框架在不同變位角之對應施力比較 ………………………47 表4-6 加編竹及標準型框架在不同變位角之對應施力比較 ……………………48 表4-7 編竹夾泥牆變位角與水平施力記錄 ………………………………………53 表4-8 編竹夾泥牆遲滯圈記錄 ……………………………………………………54 表4-9 純土漿試體不同變位角時之破壞 …………………………………………55 表4-10 壁寬加大試體不同變位角時之破壞 …………………………………….56 表4-11 壁寬加大試體不同變位角時之破壞 ……………………………………57 表4-12 土漿加麻絨試體不同變位角時之破壞 …………………………………58 表4-13 土漿加石灰試體不同變位角時之破壞 …………………………………59 表4-14 土漿加水泥試體不同變位角時之破壞 …………………………………60 表4-15 編竹夾泥牆與木框架在不同變位角之對應施力比較 …………………62 表4-16 不同成分土漿試體在不同變位角之對應施力比較 ……………………63 表4-17 不同高寬比試體在不同變位角之對應施力比較 ………………………64 表5-1 木框架吸能表 ………………………………………………………………68 表5-2 木框加土壁吸能表 …………………………………………………………69 表5-3 試體CW1在各變位角下遲滯迴圈 …………………………………………71 表5-4 4/1000、8/1000、12/1000與模擬之遲滯迴圈路徑 ………………………72 表5-5 模擬路徑與實驗遲滯圈路徑之比較 ………………………………………75 表5-6 各變位角之轉折點A、路徑斜率及平均斜率 ……………………………77 表5-7 轉折點A之回歸方程式與實驗推測值之誤差比較 ………………………78 表5-8 衰減曲線所計算之勁度與實驗值比較誤差 ………………………………80 表5-9 各變位角路徑斜率及平均斜率 …………………………………………81 表5-10 各變位角之轉折點C ………………………………………………………83 表5-11 不同變位角實驗與模擬遲滯迴圈比較 …………………………………84 表5-12 試體CW1A實驗加載與模擬加載之比較…………………………………89 表5-13 試體CW1C部分實驗與模擬遲滯迴圈比較………………………………89 表6-1 不同土漿成分試體P、Δ計算K1、K2值 …………………………………96 表6-2 不同土漿成分試體在K1與K2階段之AxEx值 ……………………………96 表6-3 K1範圍下不同成分壁體(壁厚7cm)之等值斜撐Ax及斷面寬t ……………98 表6-4 K2範圍下不同成分壁體(壁厚7cm)之等值斜撐Ax及斷面寬t ……………98 表6-5 等值斜撐、木框架所提供變位及所佔比率 ………………………………99 表6-6 不同壁寬尺寸及高寬比 …………………………………………………100 表6-7 不同高寬比之理論勁度Kx值與實驗K值比較 ………………………103 表6-8 不同高寬比試體P、Δ計算K1、K2值 ………………………………103 表6-9 K1及K2範圍下理論勁度比及理論勁度比 ……………………………104 圖目錄 圖1-1 添加不同尺寸麻絨土塊之壓縮強度 ………………………………………4 圖1-2 編竹夾泥牆試體構造及破壞情形 …………………………………………6 圖2-1 標準木框架細部構造及尺寸 ………………………………………………11 圖2-2 土壁構造剖面 ……………………………………………………………….17 圖2-3 實驗架正立面 ……………………………………………………………….21 圖2-4 實驗架上視圖 ………………………………………………………………21 圖2-5 測微計之裝設及試體受到水平加載時之變形示意圖 ……………………23 圖2-6 水平反覆施力模式 …………………………………………………………26 圖2-7 試體施力-位移遲滯圈圖 …………………………………………………26 圖2-8水平反覆加載試驗圖 ………………………………………………………27 圖3-1 不同土漿成分σ-ε圖比較 ………………………………………………35 圖4-1 單向與反覆加載框架包絡線比較 …………………………………………45 圖4-2 不同高寬比框架包絡線比較 ………………………………………………46 圖4-3 不同構造方式框架包絡線比較 ……………………………………………47 圖4-4 加編竹及標準型框架包絡線比較 …………………………………………48 圖4-5 編竹夾泥牆強度來源假設 ………………………………………………61 圖4-6 編竹夾泥牆與木框架包絡線比較 …………………………………………62 圖4-7 不同成分土漿試體包絡線比較 ……………………………………………65 圖4-8 不同高寬比試體包絡線比較 ………………………………………………65 圖5-1 遲滯迴圈面積為能量吸收之能力 …………………………………………67 圖5-2 試體CW1遲滯圈圖 ……………………………………………………….70 圖5-3 模擬路徑與轉折點 …………………………………………………………76 圖5-4 勁度衰減曲線 ……………………………………………………………….79 圖5-5轉折點及其反對稱點 ………………………………………………………82 圖5-6 試體CW1A及CW1B遲滯迴圈 ……………………………………………91 圖6-1 等值斜撐理論模型 …………………………………………………………93 圖6-2 不同土漿成分試體P-Δ關係圖 ……………………………………………95 圖6-3 等值斜撐之斷面關係 ……………………………………………………….97 圖6-4等值斜撐推導與修正流程圖 ………………………………………………102 照片目錄 照片1-1 日式木造建築及編竹夾泥牆受損情況 ………………………………… 2 照片2-1 不同高寬比木框架編竹情形及編竹之網目 ……………………………14 照片2-2 土漿拌合及添加物處理過程 ……………………………………………16 照片2-3 土漿塗抹及養護 …………………………………………………………18 照片2-4實驗儀器及裝置 …………………………………………………………24 照片2-5 木框架及試體上架與安裝 ………………………………………………25 照片3-1 試塊製作及抗壓實驗 ……………………………………………………30 照片4-1 楔木受擠壓及木料榫卯點之脫離 ………………………………………38 照片4-2 加斜撐木框架試驗情形 …………………………………………………40 照片4-3 螺栓之固定及試體乾縮裂縫 ……………………………………………66

    參考文獻

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    校外：2006-06-26公開
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