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研究生： 陳泰和
Chen, Tai-Her
論文名稱： 廣間型磚造歷史建築物震害研究
Earthquake Damage of Brick Historic Buildings with Large Space
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： 2002
畢業學年度： 90
語文別： 中文
論文頁數： 135
中文關鍵詞： 磚牆 、耐震安全 、磚造歷史建築物 、廣間型建築
外文關鍵詞： brick wall, aseismic safety, masonry historic building, spacious building
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    • 近年來，古蹟、歷史建築保存以及閒置空間再利用已成為一個普受重視的課題，有鑑於此，本研究在921及1022兩次大地震後，針對廣間型的磚造歷史建築物，透過調查探討其主體構造、震害現象，以為修復保存及再利用之參考。
    本文探討過程先經由所調查的資料，整理此類型歷史建築構造上的特點，再將調查建築物分成集會堂類和倉庫類，以數個案例為代表仔細討論震害現象的各種原因，並針對27棟廣間型磚造歷史建築物的結構系統資料，統計各種系統上易產生弱點的因素，並探討背後成因。
    探討結果顯示廣間型的磚造歷史建築物，因興建年代不同，構法及耐震性有所差別，且因屬脆性結構，很難抵抗類似九二一之強烈地震。對於所探討的兩類廣間型建築物─集會堂類和倉庫類，因開口方式及開口量不同，因此在震害行為上也有其不同處，而針對27棟個案之震害與結構系統關係統計，顯示除了地表加速度對於震害程度有一定的影響外，結構系統因素對於震害也有顯著影響，尤其扶壁間距、長向牆壁邊緣高寬比等對於耐震性能之影響更不能忽略。
    另外，有鑑於廣間型磚造歷史建築物之結構系統較為特殊，因此本文利用震害模式之歸納結果，檢討目前評估磚造歷史建築物耐震性能的常用方法，經由本文之比較，顯示現有的兩種評估方式─耐震指標法和樓層極限剪力係數法均未能將長向面外破壞因素納入。針對此缺點，本文建議其初步評估改善方式。

    A series of damage survey for the spacious brick historic buildings were conducted by the department of architecture, Cheng-Kung University after the 1999 Chi-Chi and 1022 earthquakes. Using the survey data, a further and deeper investigation is proceeded in this thesis. The investigation provides information about seismic safety that should be considered during conservation or rehabilitation of spacious masonry historic buildings.
    The first part of this investigation concentrated at the study of constructural characteristics and earthquake damage. The investigation shows that (1)the construction and seismic safety consideration are different for the spacious masonry historic buildings constructed in different period (2)due to the brittle property of structure, a strong earthquake excitation like Chi-Chi earthquake can hardly be resisted by the masonry buildings (3)the opening way and opening rate are different between auditorium and warehouse, thus the damage mode caused by earthquake are also different (4)the statistics of 27 cases indicates that ground peak acceleration has certain amount of influence on the degree of earthquake damage, however the influence of structural system factors are more obvious, especially the interval of buttress and the height/width ratio in the edge of longitudinal walls should not be ignored.
    In addition, since the structural systems of spacious masonry historic buildings are so particular, this research examined the current common methods for seismic assessment of masonry historic buildings and compared with the actual earthquake damage patterns observed from the spacious buildings. It is found that the two current assessment methods─Seismic Index and Ultimate Story Shear Factors, which couldn’t contain the factors of out-plane failure in the central longitudinal wall. For solving this shortcoming, this research gives a procedure to improve it in preliminary evaluation.

    目 錄 表目錄……………………………………………………………………………Ⅲ 圖目錄……………………………………………………………………………Ⅳ 第一章 緒論…………………………………………………………1 1-1 研究動機與目的………………………………………………1 1-2 文獻回顧………………………………………………………3 1-3 研究範圍及研究方法…………………………………………5 第二章 廣間型磚造歷史建築主體構造探討………………………9 2-1 基礎……………………………………………………………10 2-2 牆體……………………………………………………………13 2-3 開口部…………………………………………………………16 2-4 屋架……………………………………………………………18 2-5 屋面……………………………………………………………20 2-6 小結…………………………………………………………….23 第三章 九二一地震集會堂類代表性震害個案探討………………25 3-1 草屯新庄國小禮堂……………………………………………26 3-2 草屯碧峰國小禮堂……………………………………………31 3-3 清水國小禮堂…………………………………………………35 3-4 彰南集會堂……………………………………………………40 3-5 小結……………………………………………………………44 第四章 九二一地震倉庫類代表性震害個案探討…………………49 4-1 太平買菸廠……………………………………………………50 4-2 霧峰買菸廠……………………………………………………56 4-3 二水鐵路倉庫…………………………………………………59 4-4 斗六鐵路倉庫…………………………………………………67 4-5 斗六國有財產局………………………………………………71 4-6 集會堂與鐵路倉庫之震害比較………………………………75 第五章 震害與結構系統關係探討………………………………...83 5-1 震害案例基本資料……………………………………………83 5-2 震害與最大地表加速度關係…………………………………85 5-3 震害與扶壁間牆體幾何比例關係……………………………93 5-4 震害與扶壁間距及屋架跨度關係……………………………95 5-5 震害與縱牆邊緣區牆體幾何關係……………………………96 5-6 震害與屋頂端部構造關係……………………………………97 5-7 震害與平面形狀關係…………………………………………99 5-8 震害與開口部關係……………………………………………101 5-9 小結……………………………………………………………104 第六章 廣間型磚造歷史建築耐震評估探討………………………105 6-1 樓層極限剪力係數法與耐震指標法…………………………105 6-2 廣間型磚造建築主要震害模式………………………………114 6-3 既有耐震能力評估方式檢討…………………………………117 6-4 縱牆面外耐震評估……………………………………………119 第七章 結論…………………………………………………………127 7-1 結論及建議……………………………………………………127 7-2 後續研究………………………………………………………128 參考文獻………………………………………………………………131 附錄一………………………..….……………………………….….133 表目錄 表2-1 27棟廣間型案例震害等級與屋頂構造…………………………22 表3-1 新庄國小禮堂基本資料…………………………………………26 表3-2 碧峰國小禮堂基本資料…………………………………………31 表3-3 清水國小禮堂基本資料…………………………………………35 表3-4 彰南集會堂基本資料……………………………………………40 表4-1 太平買菸廠基本資料……………………………………………50 表4-2 霧峰買菸廠基本資料……………………………………………56 表4-3 二水火車站C棟倉庫基本資料…………………………………59 表4-4 二水火車站D棟倉庫基本資料…………………………………63 表4-5 斗六鐵路倉庫基本資料…………………………………………67 表4-6 斗六國有財產局基本資料………………………………………71 表5-1 27棟廣間型案例基本尺寸的資料………………………………84 表5-2 與案例相關地震測站之各向加速度……………………………85 表5-3 轉換至建築物軸向之各向最大地表加速度……………………86 表5-4 約200gal以下之建物比較資料…………………………………91 表5-5 約200gal以上之建物比較資料…………………………………92 表5-6 27個個案震害等級與屋頂構法…………………………………98 表6-1 樓層極限剪力係數法不利因素…………………………………107 表6-2 與破壞狀況……………………………………………………108 表6-3 破壞狀況的具體震害描述………………………………………108 表6-4 經年係數（FT）…………………………………………………109 表6-5 形狀係數(FI)……………………………………………………110 表6-6 建築物縱牆彎曲應力和震害比較………………………………124 表A-1 磚牆之損傷度分類基準…………………………………………134 表A-2 詳細案例震害等級與災害度表…………………………………135 圖目錄 圖1-1 研究方法流程圖………………………………………………7 圖2-1 磚牆放腳基礎…………………………………………………11 圖2-2 清水國小禮堂開挖基礎剖面圖………………………………12 圖2-3 太平買菸廠基礎剖面圖………………………………………12 圖2-4 各種磚牆砌法示意圖…………………………………………13 圖2-5 社頭火車站B棟倉庫剖面及變形示意圖……………………15 圖2-6 清水國小禮堂RC扶壁柱配筋圖………………………………15 圖2-7 磚牆開口處上部構造……………………………………………16 圖2-8 南投市基督教會開口示意圖……………………………………17 圖2-9 RC楣樑開口部…………………………………………………17 圖2-10 台中縣太平買菸廠屋架圖……………………………………18 圖2-11 社頭火車站C棟倉庫屋架圖…………………………………19 圖2-12 清水國小禮堂屋架剖面圖……………………………………20 圖2-13 常見屋面材料型式……………………………………………21 圖3-1 新庄國小禮堂正面………………………………………………26 圖3-2 新庄國小禮堂平面圖(含牆體損傷度)…………………………27 圖3-3 新庄國小禮堂各向立面裂縫位置圖……………………………29 圖3-4 橫向地震力作用時磚牆之彎矩…………………………………30 圖3-5 碧峰國小禮堂正面………………………………………………31 圖3-6 碧峰國小禮堂平面圖(含牆體損傷度)…………………………32 圖3-7 碧峰國小禮堂各向立面裂縫位置圖……………………………34 圖3-8 清水國小禮堂正面………………………………………………35 圖3-9 清水國小大禮堂平面圖(含牆體損傷度)………………………36 圖3-10 清水國小大禮堂各向立面裂縫位置圖………………………38 圖3-11 彰南集會堂正面………………………………………………40 圖3-12 彰南集會堂平面圖(含牆體損傷度)…………………………41 圖3-13 彰南集會堂各向立面裂縫位置圖……………………………43 圖3-14 新庄國小禮堂新舊之間接縫裂開……………………………46 圖3-15 新庄國小禮堂南向立面………………………………………46 圖3-16 新庄國小禮堂窗台高度裂縫…………………………………46 圖3-17 新庄國小禮堂西向兩道水平裂縫……………………………46 圖3-18 碧峰國小禮堂北向立面………………………………………46 圖3-19 碧峰國小禮堂東向立面………………………………………46 圖3-20 碧峰國小禮堂南側緊臨RC教室……………………………47 圖3-21 碧峰國小禮堂屋脊斷裂………………………………………47 圖3-22 碧峰國小禮堂新舊之間裂縫…………………………………47 圖3-23 碧峰國小禮堂屋架……………………………………………47 圖3-24 清水國小禮堂天花型式及燈具掉落…………………………47 圖3-25 清水國小禮堂北向扶壁柱鋼筋生銹產生垂直裂縫…………47 圖3-26 清水國小禮堂西向立面板條灰泥損壞………………………48 圖3-27 清水國小禮堂北向立面………………………………………48 圖3-28 彰南集會堂西向山牆破壞……………………………………48 圖3-29 彰南集會堂東向山牆水平裂縫………………………………48 圖3-30 彰南集會堂北向立面破壞情形………………………………48 圖3-31 彰南集會堂北向立面中央牆體窗台水平裂縫………………48 圖4-1 太平買菸廠俯視圖……………………………………………50 圖4-2 太平買菸廠平面圖(含牆體損傷度)…………………………51 圖4-3 太平買菸廠各向立面裂縫位置圖……………………………55 圖4-4 霧峰買菸廠西向………………………………………………56 圖4-5 霧峰買菸廠平面圖(含牆體損傷度)…………………………57 圖4-6 霧峰買菸廠各向立面裂縫位置圖……………………………58 圖4-7 二水火車站C棟倉庫山牆面…………………………………59 圖4-8 二水鐵路倉庫相關位置圖……………………………………60 圖4-9 二水火車站C棟倉庫平面圖(含牆體損傷度)…………………60 圖4-10 二水火車站C棟倉庫各向立面裂縫位置圖…………………62 圖4-11 二水火車站D棟倉庫南面……………………………………63 圖4-12 二水火車站D棟倉庫平面圖…………………………………64 圖4-13 二水火車站D棟倉庫各向立面裂縫位置圖…………………66 圖4-14 斗六鐵路倉庫正側面…………………………………………67 圖4-15 斗六火車站鐵路倉庫平面圖…………………………………67 圖4-16 斗六火車站鐵路倉庫轉角RC柱……………………………68 圖4-17 斗六火車站鐵路倉庫各向立面裂縫位置圖…………………69 圖4-18 斗六國有財產局北向立面……………………………………71 圖4-19 斗六國有財產局平面圖(含牆體損傷度)……………………71 圖4-20 斗六國有財產局各向立面裂縫位置圖………………………73 圖4-21 太平買菸廠北向立面開窗……………………………………77 圖4-22 太平買菸廠屋頂屋瓦擾動……………………………………77 圖4-23 太平買菸廠南向山牆水平裂縫………………………………77 圖4-24 太平買菸廠北向窗邊垂直裂縫………………………………77 圖4-25 太平買菸廠屋架水平夾撐挫屈………………………………77 圖4-26 太平買菸廠圈樑破壞…………………………………………77 圖4-27 太平買菸廠屋架簷桁(水平大料和人字大料相接處)………78 圖4-28 太平買菸廠內部空間…………………………………………78 圖4-29 霧峰買菸廠窗戶上緣楣樑形裂縫……………………………78 圖4-30 霧峰買菸廠西向柱腳裂縫……………………………………78 圖4-31 霧峰買菸廠縱牆邊緣牆體裂縫………………………………78 圖4-32 霧峰買菸廠南向山牆角落犬走斷裂…………………………78 圖4-33 霧峰買菸廠水平大料搭接處拉開……………………………79 圖4-34 霧峰買菸廠西向柱頭裂縫……………………………………79 圖4-35 二水C倉庫南向立面………………………………………79 圖4-36 二水C倉庫東向左端部開口裂縫…………………………79 圖4-37 二水C倉庫東向右端部開口裂縫…………………………79 圖4-38 二水C倉庫西向右端部開口裂縫…………………………79 圖4-39 二水D倉庫磚柱和磚牆砌法………………………………80 圖4-40 二水D倉庫西向立面嚴重風化……………………………80 圖4-41 二水D倉庫南向右端裂縫…………………………………80 圖4-42 二水D倉庫東向右端裂縫…………………………………80 圖4-43 二水D倉庫屋架與磚柱搭接處……………………………80 圖4-44 二水D倉庫屋瓦和屋架關係………………………………80 圖4-45 斗六車站倉庫圈樑和牆體關係……………………………81 圖4-46 斗六車站倉庫東向…………………………………………81 圖4-47 斗六車站倉庫轉角RC柱……………………………………81 圖4-48 國有財產局北向左端開口裂縫……………………………81 圖4-49 國有財產局北向開口中央垂直裂縫………………………81 圖4-50 國有財產局北向裂縫由左至右上升………………………81 圖4-51 國有財產局北向牆體向外滑移……………………………82 圖4-52 國有財產局南向牆體向外滑移……………………………82 圖4-53 國有財產局南向牆體內部左端裂縫………………………82 圖4-54 國有財產局高窗和一般窗之間牆體斜向裂縫……………82 圖4-55 國有財產局內南向緊臨採光罩……………………………82 圖4-56 國有財產局北向右端裂縫情況……………………………82 圖5-1 廣間型建築調查分佈圖……………………………………83 圖5-2 強震儀資料轉換至建築物軸向圖…………………………88 圖5-3 t(牆厚)-H/b(扶壁間牆體比例)示意圖……………………93 圖5-4 t(牆厚)-H/b(扶壁間牆體比例)-震害等級 關係…………94 圖5-5 b(扶壁間牆體寬)-D(屋架跨度)示意圖……………………95 圖5-6 b(扶壁間牆體寬)-D(屋架跨度)-震害等級 關係…………96 圖5-7 縱牆邊緣牆體H(牆高)/b’(端部距開口寬度)示意圖………96 圖5-8 H(牆體高度)/b’(牆體端部寬度)-震害等級 關係…………97 圖5-9 常見屋頂型式與山牆震害示意圖……………………………98 圖5-10 D(跨度寬度)-B(縱牆全長)示意圖…………………………99 圖5-11 牆體面外破壞示意圖…………………………………………100 圖5-12 D(跨度寬度)-B(縱牆全長)-震害等級 關係………………101 圖5-13 w(開口寬度)-h(開口上緣牆體高度)示意圖………………101 圖5-14 相同比例的牆體，開口位置示意圖…………………………102 圖5-15 開口間牆體比例示意圖………………………………………103 圖6-1 磚造建築外力—變形關係示意圖……………………………109 圖6-2 面內壁有效長度及斷面積計算示意圖………………………111 圖6-3 面外壁傾倒強度指標之寬度及高度示意圖…………………112 圖6-4 面外壁飛出強度係數示意圖…………………………………112 圖6-5 面外壁有效寬度示意圖………………………………………113 圖6-6 縱牆開口部上端或窗台處垂直裂縫示意圖…………………114 圖6-7 縱牆牆體中段，窗台部位水平裂縫示意圖……………………115 圖6-8 縱牆兩端部斜向裂縫示意圖…………………………………115 圖6-9 縱牆牆體兩端，斜向交叉裂縫示意圖…………………………116 圖6-10 縱牆牆體中段整面面外翻落示意圖…………………………117 圖6-11 長形平面分成三部份評估……………………………………119 圖6-12 屋頂受地震力影響牆體面外變形示意圖……………………120 圖6-13 定義單元屋頂牆體平面範圍…………………………………120 圖6-14 單元牆體和扶壁柱受面外力示意圖…………………………121 圖6-15 田中火車站H棟倉庫單元屋頂平面圖………………………121 圖6-16 田中火車站H棟倉庫東向立面圖……………………………122 圖6-17 碧峰國小禮堂北向立面圖……………………………………123 圖6-18 南投市基督教長老教會教堂南向立面圖……………………123 圖6-19 社頭火車站C棟倉庫東向立面圖……………………………124

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    下載圖示 校內：2003-08-22公開
    校外：2003-08-22公開
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