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研究生: 黃昱智
Huang, Yu-Chih
論文名稱: 臺灣傳統疊斗式木構造屋架之結構行為研究
Structural Behavior of Taiwanese Traditional Dieh-Dou Timber Roof Frame
指導教授: 鍾育霖
Chung, Yu-Lin
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: 129
中文關鍵詞: 疊斗式木構造屋架斗栱單元振動臺實驗靜態實驗力學數值模型
外文關鍵詞: Dieh-Dou timber roof frame, Dou-Gong unit, Shaking table test, Static test, Mechanical model
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  • 臺灣傳統疊斗式木構造主要為楹、斗、瓜筒、束、通及柱等構件透過各種榫接方式組合成大跨距架棟,並藉此承載大部分屋頂載重。1999年921地震中,許多古蹟及歷史建築震損破壞,其中包含不少疊斗式木構造,之後的相關耐震研究多集中於構件或接合行為,對於屋架耐震行為之探討較少。本研究以實驗方式評估上方屋架的面內及面外方向結構行為、破壞模式,並蒐集國內外針對木材承壓行為、木構件接點力學行為、整體木構架力學行為及數值模擬的相關研究,最後推導出結構數值模型以供耐震補強分析使用。
    面內試驗以二座足尺架棟屋架進行動態試驗,分別為無雞舌及有雞舌試體。試驗結果顯示,斗剪壞是影響自振頻率衰減率的最大因素,也是保持接點穩定的關鍵,而雞舌的有無影響斗與束的破壞模式及構件間相對變位的模式。若於屋頂質量塊兩側設置墊木,模擬屋頂磚瓦不發生滑動之情形,則發現傳入屋架地震力變大,進而造成較嚴重損傷,表示不同的屋頂鋪設方式影響屋架破壞程度。
    面外試驗以三組足尺非對稱斗栱單元進行靜態往復側推試驗,斗栱層數分別為:單層、雙層及三層。試驗結果顯示,當加載方向使栱不發揮斜撐作用時,整體行為接近剛體旋轉,而另一向加載使栱發揮斜撐作用時,栱與雞舌斗發生承壓變形甚至破壞,且強度隨斗栱層數增加而減少,主要的破壞有瓜筒的垂直剪裂及斗剪裂,其中斗剪壞是保持影響接點穩定的關鍵。
    最後本研究依觀察之試體受力行為及破壞模式,以理論推導之各式旋轉彈簧模擬接頭行為,以並聯或串聯方式組成木屋架面內及面外的結構數值模型,其所得結果與試驗結果相符,故未來可以此結構數值模型評估疊斗式木屋架受側向力作用時的結構行為。

    The 1999 Chi-Chi earthquake caused serious damages on tranditional timber frames. Dieh-Dou type timber frame which is one of the major types in Taiwan sustained severe damages. To exam the seismic behavior of the Dieh-Dou timber roof frame, a series of in-plane shaking table tests and out-of-plane static cyclic lateral loading tests were conducted in the study. Shaking table test was conducted on three roof frame specimens. The joints of column-primary beam were designed as pin joint to reduce the effects from the major joint. The test results indicated that the shear failure of Dou influenced stability of the roof frame structure the most. With the present of purlin supporters, deformation of the frame was decreased but damage of Dou and Shu became more serious. When the sliding of roof masses was prevented, deformation of the frame was significantly increased. For the out-of-plane cyclic loading test, constant vertical force was applied to three Dou-Gong unit specimens. The test results indicated that the horizontal Gong members acted more like a brace when they sustained to compression. While the specimen was deformed to the counter direction, the purlin supporter detouched with the purlin and the whole specimen rotated at the Shu-purlin joint which make the specimen tende to behave like a rigid body. A theoretical mechanical model was prposed to evaluate the structural performance of roof frame and Dou-Gong unit specimens. The estimated curve shows notable agreement with experimental results.

    摘要 I Extended Abstract III 誌謝 XIII 目錄 XV 表目錄 XIX 圖目錄 XXI 符號 XXIX 第一章 緒論 1 1.1 研究動機及目的 1 1.2 研究方法及內容 3 1.3 文獻回顧 4 1.3.1 震害調查 4 1.3.2 疊斗式木構造構法 4 1.3.3 木材力學行為 6 1.3.4 木構接點力學行為 8 1.3.5 整體木構架力學行為 13 第二章 疊斗式木構造結構系統與接頭力學行為 19 2.1 疊斗式木構造結構系統 19 2.1.1 疊斗式木構造建築空間及架棟組構 19 2.1.2 屋面鋪設施作 21 2.2 柱體回復力之力學行為 24 2.3 木材部分承壓之力學行為 26 2.3.1 彈性範圍公式推導 26 2.3.2 降伏點公式推導 29 2.4 纖維方向互相垂直木構件嵌入式接點之力學行為 31 2.5 樁腳插銷之力學行為 34 2.6 承壓塊(bearing block)之力學行為 35 第三章 疊斗式木屋架面內動態結構行為 37 3.1 概述 37 3.2 試驗規劃 37 3.2.1 試體規劃與尺寸 37 3.2.2 試驗裝置 41 3.2.3 加載震波與加載歷程 42 3.2.4 試驗量測系統 43 3.2.5 試體材料性質 44 3.3 試驗結果與討論 45 3.3.1 試體破壞模式與記錄 45 3.3.2 試體之遲滯迴圈 56 3.3.3 試體之自振頻率 58 3.3.4 試體之阻尼比 60 3.3.5 構件破壞機制 61 3.4 力學行為評估公式之使用與試驗結果之比對 64 3.4.1 力學模型假設 64 3.4.2 力學模型彈簧之分布 66 3.4.3 瓜筒回復力之貢獻 67 3.4.4 纖維方向互相垂直木構件嵌入式接點之貢獻 68 3.4.5 瓜筒樁腳插銷之貢獻 70 3.4.6 承壓塊(bearing block)之貢獻 71 3.4.7 各構件貢獻之總和 71 3.4.8 與試驗結果之比對 72 3.5 小結 78 第四章 疊斗式木屋架面外斗栱單元靜態結構行為 79 4.1 概述 79 4.2 試驗規劃 79 4.2.1 試體規劃與尺寸 79 4.2.2 試驗裝置 82 4.2.3 加載振幅與加載歷程 83 4.2.4 試驗量測系統 84 4.2.5 試體材料性質 84 4.3 試驗結果與討論 85 4.3.1 試體破壞模式與歷程記錄 85 4.3.2 試體之遲滯迴圈 100 4.3.3 構件破壞機制 102 4.4 力學行為評估公式之使用與試驗結果之比對 104 4.4.1 力學模型假設 104 4.4.2 力學模型彈簧之分布 104 4.4.3 垂直剛體回復力之貢獻 106 4.4.4 承壓塊(bearing block)與瓜筒樁腳插銷複合貢獻 107 4.4.5 纖維方向互相垂直木構件嵌入式接點之貢獻 109 4.4.6 雞舌斗承壓摩擦力之貢獻 110 4.4.7 各構件貢獻之總和 111 4.4.8 與試驗結果之比對 111 4.5 小結 113 第五章 結論與建議 115 5.1 結論 115 5.2 建議 116 參考文獻 117 附錄A 材料試驗 121 A.1 試體規劃與尺寸 121 A.2 試驗裝置 123 A.3 試驗結果 123 A.3.1 抗壓試驗(C) 124 A.3.2 部分抗壓試驗(CP) 127 A.3.3 橫向抗剪試驗(S) 129

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    下載圖示 校內:2023-09-01公開
    校外:2023-09-01公開
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