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研究生: 王劭瑋
Wang, Shao-Wei
論文名稱: 國產福杉柱梁接點以商用鐵件補強的旋轉行為
Rotational behaviour of post-and-beam timber joint made of domestic wood and reinforced by commercial fastener
指導教授: 葉玉祥
Yeh, Yu-Hsiang
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: 2020
畢業學年度: 108
語文別: 中文
論文頁數: 184
中文關鍵詞: 柱梁接點商用鐵件自攻螺絲旋轉行為
外文關鍵詞: post-and-beam joints, commercial fastener, self-tapping screw, rotational behaviour
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  • 本研究以國產福衫為對象,主要探討使用商用鐵件在木構造柱梁接點的旋轉行為,並以自攻螺絲補強,比較補強前後在力學性能上之差異。預製商用鐵件的優點包括﹕高精準度、施工容易與快速及同時具備足夠的剪力強度,本次使用的商用鐵件規格為40 x 110 mm,厚度12 mm。本研究之柱試體使用實木,斷面尺寸為120 x 120 mm。集成梁試體斷面尺寸為120 x 180 mm。本研究選用直徑8 mm的全牙自攻螺絲作為補強材以提升柱梁接點的抗彎性能。旋轉實驗分成三組﹕[Ⅰ]未補強(None reinforcement,Nr),為單純測試商用鐵件之抗彎性能,作為對照組;[Ⅱ]後補強(Repair reinforcement,Rr45),將未補強之試體加載至失敗後,再以自攻螺絲呈45度鎖入進行修復和加固;[Ⅲ]預先補強(Pre-reinforcement,Pr30/Pr45),在實驗之前採用自攻螺絲分別以30與45度鎖入試體進行補強,藉以比較不同角度的補強效益。接著藉由足尺的彎矩旋轉角實驗獲得柱梁接點之旋轉勁度、降伏彎矩、極限彎矩與破壞模式,並評估鐵件的抗彎性能。

    實驗結果顯示自攻螺絲有效提升破壞後接點的抗彎能力。破壞後的後補強(Rr45)比未補強(Nr)的旋轉勁度方面下降70 %,極限彎矩提升46 %,同時降伏彎矩提升33 %,由此可知,除旋轉勁度因木料的破壞而難以修復之外,極限彎矩與降伏彎矩都可藉由自攻螺絲獲得提升;破壞後的後補強(Rr45)與預先補強(Pr45)皆以45度的自攻螺絲進行補強,預先補強(Pr45)比後補強(Rr45)的旋轉勁度提升224 %,極限彎矩值兩者接近,僅相差1%,說明自攻螺絲之補強效益在同角度的補強之下,均有相同之成果,降伏彎矩兩者接近,後補強(Rr45)比預先補強(Pr45)高11%;若比較不同角度的預補強工法,即30度與45度鎖入自攻螺絲的接點,旋轉勁度方面兩者接近相差0.1 %,極限彎矩為30度之值高約11 %,同樣降伏彎矩為30度之值高約 20 %;未補強(Nr)、預先補強30度(Pr30)以及預先補強45度(Pr45)之旋轉勁度三者接近僅相差0.1 %,可發現接點的旋轉勁度主要由木材與商用鐵件的構法形式決定,自攻螺絲的補強似乎不影響接點的旋轉勁度;在極限彎矩,破壞後的後補強(Rr45)、預先補強30度(Pr30)以及預先補強45度(Pr45)三者均比未補強(Nr)提升46 %至 64 %;就降伏彎矩而言,未補強(Nr)為0.38 kN-m,其他三組皆為0.43至0.52 kN-m 整體均比未補強(Nr)提升約18至43%。觀察試體的破壞模式,主要分成以下三種類型﹕[A]剛體旋轉﹕母釦件與梁分開占33.4%,其原因推測為母扣件的螺絲鎖入方向平行於梁的木纖維方向,而有此種破壞模式;[B]剛體旋轉:公釦件與柱分開占25%;[C]鐵件變形﹕公釦件與母釦件之間分開占41.6%。未補強(Nr)的破壞模式均為第[C]種模式,Pr45的破壞模式均為第[A]種模式,破壞後的後補強(Rr45)與預先補強30度(Pr30)則沒有特定的破壞模式。

    本研究所獲得的實驗結果可作為未來開發與優化柱梁接點之參考;[Ⅰ] Pr30在施以補強工法上較Pr45困難許多,且較會造成鎖入角度上的誤差;[Ⅱ] 如需開發柱梁接點鐵件,應設計為細長型,以利於後續自攻螺絲鎖入梁柱斷面進行補強。

    The paper is focused on the rotational behaviour of post-and-beam joints with the commercial connectors for the timber structures. The advantages of prefabricated commercial connectors are accurate, easy and fast in construction and equipped with the structural performance. The 6 solid timber posts and 12 laminated beams are made of domestic Chinese fir (Cunninghamia lanceolata). The cross-section of post is 120 mm x 120 mm and the dimension of the laminated beam is 120 mm x 180 mm which consisted of two solid timber studs with thickness of 90 mm. The commercial connector is produced by Sherpa company (Austria) and the model is S20 which dimensions is 40 mm x 110 mm and thickness is 12 mm.

    The experiment consists of three groups of specimens, i.e. [Ⅰ] None-reinforcement (Nr), as the control group, [Ⅱ] Repair-reinforcement (Rr45), with the STS drilled at 45 degrees into post-and-beam joint, which is exactly from (Nr) specimen, and [Ⅲ] Pre-reinforcement (Pr30/Pr45) with the STS inserted at different angles (30 or 45 degrees). Among 12 specimens, 9 post-and-beam joints are reinforced by means of fully threaded STS whose diameter is 8 mm. A full-scale rotational test is intended for appraising the rotational behaviour of post-and-beam joints with the commercial connectors. The data of the experiment included the rotation stiffness, maximum bending moment and the yielding bending moment.

    The testing results demonstrate that STS can significantly improve the moment capacity regarding the rotational behaviour. The maximum and yielding moments of Rr45 are 46 % and 33 % higher than the values of Nr, respectively. Compared to Nr, the Pr45 can enhance the maximum bending moment by about 49 %. Applying STS in prior to tests, both Pr45 and Pr30 can increase the rotational capacity in terms of yielding and maximum moments. Among these two angles, Pr30 exhibits relatively greater structural efficiency. The maximum moment of Pr30 is 10 % higher than the value of Pr45, while Pr30's yielding moment is greater than Pr45's performance by about 21 %. As far as rotational stiffness is concerned, however, pre-reinforcement does not alter the performance.

    The results of this study establish structural data for applying the commercial connectors in timber post-and-beam joints. The mechanical efficiency of conceived reinforcing techniques has been proved and the failure modes are depicted as well. Associated discussion contributes to further develop and optimise not only the usage of connectors but also the utilisation of STS as fasteners.

    摘要III 誌謝XI 目次XIII 表目錄XV 圖目錄XVII 第1章 緒論1 1.1 研究動機1 1.2 研究目的2 1.3 研究範圍2 1.4 研究方法與流程3 第2章 文獻回顧與現況分析5 2.1 木構造接點的旋轉行為5 2.1.1 傳統木構造5 2.1.2 當代的柱梁接點9 2.1.3 國產材與自攻螺絲14 2.2 木構造柱梁系統18 2.2.1 案例分析18 2.2.2 尺寸調查20 2.3 工業化製品21 2.3.1 商用鐵件21 2.3.2 應用與規劃23 第3章 實驗規劃25 3.1 旋轉實驗試體規劃25 3.1.1 試體設定與編碼25 3.1.2 試體編號27 3.1.3 相關材料28 3.2 試體整備34 3.2.1 製作34 3.2.2 打音35 3.2.3 配置與膠合37 3.2.4 組裝40 3.2.5 補強施作41 3.3 實驗架規劃43 3.4 旋轉角與彎矩計算公式46 3.4.1 旋轉角計算公式46 3.4.2 彎矩計算公式47 3.5 自攻螺絲抗拉拔實驗48 3.5.1 自攻螺絲抗拉拔試體規劃48 3.5.2 自攻螺絲抗拉拔實驗架50 第4章 實驗結果53 4.1 實驗結果53 4.1.1 未補強(Nr)實驗結果54 4.1.2 破壞後補強鎖入角度45度(Rr45)實驗結果57 4.1.3 預先補強鎖入角度30度(Pr30)實驗結果60 4.1.4 預先補強鎖入角度45度(Pr45)實驗結果62 4.2 補強工法對接點旋轉行為的影響64 4.2.1 破壞後補強(Rr45)與未補強(Nr)64 4.2.2 預先補強(Pr45)與破壞後補強(Rr45)67 4.2.3 不同角度預先補強工法(Pr30與Pr45)69 4.3 實驗過程與破壞模式71 4.3.1 變形破壞的歷程71 4.3.2 破壞模式85 4.4 實驗數據與文獻討論87 第5章 結論與建議91 5.1 結論91 5.2 建議93 參考文獻95 附錄99

    [1] Leijten, A.J.M. (2013). Advances in moment transfering dvw reinforced timber connections Analysis and experimental verification, Part 1. Construction and Building Materials, 43 (2013), p.614–p.622.
    [2] Lathuillière, D.(2015). Reinforcement of dowel type connections. Construction and Building Materials, 97 (2015), p.48–p.54.
    [3] Poletti, E. (2016). Performance evaluation of traditional timber joints under cyclic loading and their influence on the seismic response of timber frame structures. Construction and Building Materials, 127(2016), p.321-p.334.
    [4] Karagiannis, V. (2016) Behaviour of hybrid timber beam-to-tubular steel column moment connections. Engineering Structures, 131(2017), p.243-p.263
    [5] Zhanga, C. (2016) Using self-tapping screw to reinforce dowel-type connection in a timber portal frame. Engineering Structures, 178(2019), p.656-p.664
    [6] Masaeli, M.(2020). Scaling effect on the moment and shear responses of three types of beam-to-column connectors used in mass timber buildings. Engineering Structures, 208(2020), 110329.
    [7] 杉山英男(1976年) 。木質構造の設計。丸善出版社。
    [8] 日本建築センター出版部(1994)。大断面木造建築物設計施工マニュアル。新洋社。
    [9] 吉田桂二(1994)。木造住宅の設計手法―伝統架構と空間のかたち。彰国社。
    [10] 有馬孝禮(2003)。木材の住科学―木造建築を考える。東京大学出版会。
    [11] 菊池裕彦,野間宏(2003)。見方・かき方 木造建築図面。オーム社。
    [12] 里川長生(2007)。木造建築―住宅設計の実務。理工図書。
    [13] 松留慎一郎,片岡泰子(2008)。木造住宅構法。市ケ谷出版社。
    [14] 後藤武(2008)。木造の詳細。彰国社。
    [15] 綾部孝司(2009)10世界で一番やさしい建築図面 木造住宅 (エクスナレッジムック 世界で一番やさしい建築シリーズ 10)。エクスナレッジ出版社。
    [16] 木の研究会(2010)。世界で一番やさしい木材(エクスナレッジムック 世界で一番やさしい建築シリーズ25)。エクスナレッジ出版社。
    [17] 稲山正弘(2017)。中大規模木造建築物の構造設計の手引き。彰国社。
    [18] 吉田信之(2019)。木造住宅をSE構法でひらく。新建築住宅特集。
    [19] 王松永(2005)。柱梁工法木構造建築物(住宅)之施工技術手冊。行政院農業委員會林務局。
    [20] 廖偉發(2007)。台灣傳統建築直榫木接頭補強之力學行為。臺北科技大學土木與防災碩士論文。
    [21] 內政部營建署(2011)木構造建築物設計及施工技術規範。Taiwan:內政部營建署。
    [22] 葉民權(2016)。自攻螺絲應用於集成材柱梁接合之補強。林產工業35,第123~134頁。
    [23]葉民權(2016)。集成材以金屬連結件及自攻螺絲扣件接合之剪斷性能。台灣林業科學31(2):119-33。
    [24] 葉民權(2017)。柳杉集成材梁與梁之接合強化技術開發。林產工業36,第1~12頁。
    [25] 葉民權(2018)。結構用自攻螺絲在木材之垂直引拔抵抗性能評估。林產工業33(2)。
    [26] 王紫綺(2018)。台灣傳統疊斗式木構造點金柱柱頭斗的水平面旋轉行為與加固。國立成功大學建築學系碩士論文。
    [27] 許尹嘉(2019)。疊斗式木構造柱頭座斗可逆性加固工法的旋轉行為與剪切行為。國立成功大學建築學系碩士論文。
    [28] KNAPP生產型號RICON S VS系列的商用鐵件www.knapp-verbinder.com
    [29] ROTHOBLASS生產型號UV-T系列的商用鐵件www.rothoblaas.com
    [30] PITZL生產型號HVP系列的商用鐵件www.pitzl-connectors.com
    [31] SIMPSON生產型號STRONG-TIE系列的商用鐵件www.strongtie.com
    [32] SIHGA生產系列HobaFix系列的商用鐵件www.sihga.com
    [33] KNAPP生產型號MEGANT系列的商用鐵件www.knapp.com
    [34] SHERPA生產系列的商用鐵件www.en.sherpa-connector.com
    [35] FAKOPP打音測定儀https://www.fakopp.com/en/index.html

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