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研究生: 林彥廷
Lin, Yen-Ting
論文名稱: 鋼木複合構造之樑柱接合部耐火及結構性能評估
Fire resistance and structural performance of the hybrid steel-timber beam-column connections
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: 2024
畢業學年度: 112
語文別: 中文
論文頁數: 143
中文關鍵詞: 集成材接合部防火性能鋼木複合結構炭化深度剩餘強度
外文關鍵詞: Hybrid timber structure, Connection, Fire resistane performance, Steel-wood composite structure, Charring depth, Residual Strength
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  • 實驗探討集成材梁柱接合部以及鋼柱木梁接合部的混構系統的耐火性能和結構穩定性。設計四組實尺寸的梁柱接頭試體,在加載狀態下透過標準一小時耐火試驗評估採用不同耐火防護措施的接合部試體耐火性能,試體包括日本柳杉、花旗松集成材梁與鋼柱所組成試體。結果顯示,接合部金屬採用遮蓋保護或鋼柱表面噴塗3小時防火漆塗層,能有效抑制試體炭化深度,使接合部側邊及底邊炭化深度與規範值相近,而未做遮蓋的柳杉集成材在接合部底部炭化深度雖然與規範值相近,但在有摩擦栓處的梁橫切面底部炭化深度可達規範值的2倍。火害試驗後將試體其中一側透過結構試驗評估接合部剩餘強度,採用遮蓋保護接合部的鐵件可避免接合部變成鉸接狀態,同時保有最高的勁度與強度,適當的防護措施對於維持結構性能的關鍵性作用。
    實尺寸集成材梁柱接合部以及鋼木混構接合部的標準1小時火害實驗及結構性能試驗的主要成果整理如下:
    1. 純木結構試體火害試驗中接合部剪力鋼板溫度超過400度,鋼木接合且採用1小時防火漆的試體,試驗中剪力板溫度亦接近400度,噴塗3小時防火漆的兩組鋼木接合試體的剪力鋼板溫度降至200度以下,有效抑制木梁內側接觸面炭化情形的發生。
    2. 接合部的金屬件外露且木材切縫未做遮蓋的試體,於接合部底部有較大的炭化深度,尤其以柳杉集成材梁在有摩擦栓處的梁橫切面最為顯著,炭化深度超過10公分,炭化範圍延伸至最底側摩擦栓周圍,可能使得此摩擦栓傳遞應力能力消失,接頭強度降低。花旗松集成材炭化速率較柳杉低,接合部或梁段於側邊及底部的炭化深度與規範值差異不大,其中採用遮蓋保護的試體不管是在梁段或接合部皆與規範值最為接近,且在鋼板接合面也未發生炭化情形。
    3. 接合部結構實驗結果顯示,由於摩擦栓周邊木材炭化,未做遮蓋保護的接合部試體在初期都出現滑移段,使得接合部呈現鉸接狀態,且接合部強度也因炭化情形而降低,有遮蓋保護金屬件的試體則未發生滑移情形,且保有最大初始剛度與最大強度,與健全試體比較,強度衰減顯著降低,約為51%。

    This study investigates the fire resistance and structural stability of a hybrid system with integrated timber beam-column joints and steel column-wood beam joints. Four sets of real-size beam-column joint specimens were designed to evaluate the fire resistance of the joint specimens with different fire protection measures by a standard one-hour fire test under a loaded condition. The specimens included Cryptomeria japonica and Douglas-fir laminated timber beams and steel columns. The results showed that using cover protection for the joint metal effectively inhibited the charring depth of the specimen. This resulted in the charring depth of the side and bottom edges of the joint being similar to these in beam section. The average charring depth at the bottom of the joints of the uncovered Cryptomeria japonica timber is about 4.65cm which is similar to the normative value, and the average charring depth at the bottom of the place with dowel is about 9.275cm which is about two times more than the normative value. The steel columns coated with 3-hour fire-resistant paint were able to reduce the temperature at shear plate and to control the range of charring. The residual strength of the joints subjected to fire was evaluated through structural tests. The monotonic load tests of the fired connections show some slips at beginning of the loading which means the connection perform as a hinge under small deformation range. This highlights the key role of appropriate protective measures in maintaining structural performance. When the 2cm thickness wood covers were applied at the outer ends of the dowels and the slit, the dowel hole was not charred and the charring depth at bottom of the beam was notably reduced.

    摘 要 I Extended Abstract III 致謝 XIII 表目錄 XVII 圖目錄 XIX 第一章 緒論 1 1.1 研究緣起與背景 1 1.2 研究目的 2 1.3 研究方法 2 第二章 文獻回顧 5 2.1 國內外木質構造防火相關規定 5 2.2 接合部火害試驗相關研究 11 第三章 接合部火害實驗 17 3.1 概述 17 3.2 實驗規劃 17 3.2.1 試體設計與試驗參數 17 3.2.2 試體組裝與試驗程序 21 3.2.3 量測系統分布及炭化深度評估方式 27 3.2.4有效殘餘面積及殘餘慣性矩值 29 3.3 柳杉柱梁試驗結果 30 3.3.1 實驗過程與試體觀察 30 3.3.2 炭化深度 32 3.3.3 殘餘面積 34 3.3.4 慣性矩值 36 3.4 鋼柱柳杉梁試驗結果 38 3.4.1 實驗過程與試體觀察 38 3.4.2 炭化深度 41 3.4.3 殘餘面積 43 3.4.4 慣性矩值 45 3.5 鋼柱花旗松梁試驗結果 47 3.5.1 實驗過程與試體觀察 47 3.5.2 炭化深度 50 3.5.3 殘餘面積 52 3.5.4 慣性矩值 54 3.6 鋼柱花旗松梁(2CM遮蓋)試驗結果 56 3.6.1 實驗過程與試體觀察 56 3.6.2 炭化深度 59 3.6.3 殘餘面積 61 3.3.4 慣性矩值 63 3.7 綜合比較 65 3.7.1平均炭化速率比較 65 3.7.2平均炭化深度比較 67 3.7.3 摩擦栓處炭化深度比較 68 3.7.4 梁中點撓度與慣性矩值比較 70 3.8 小結 72 第四章 接合部結構實驗 73 4.1 概述 73 4.2 試驗規劃 73 4.2.1 試體設計與試驗參數 73 4.2.2 試體安裝與加載系統 74 4.3 材料試驗 76 4.4 火害試體試驗結果 85 4.4.1 試驗觀察與破壞模式 85 4.4.2 強度與剛度 88 4.5健全試體試驗結果 94 4.5.1 試驗觀察與破壞模式 94 4.5.2 強度與剛度 97 4.6 綜合比較 101 4.7 小結 102 第五章 結論與建議 103 5.1 結論 103 5.2 建議 105 參考文獻 107 附錄A 接合部設計計算 109 附錄B 試體炭化斷面圖 115

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    無法下載圖示 校內:2027-08-31公開
    校外:2027-08-31公開
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