| 研究生: |
羅立庭 Lo, Li-Ting |
|---|---|
| 論文名稱: |
臺灣傳統疊斗式木構造耐震行為研究 Seismic Behavior Evaluation of Taiwanese Traditional Dieh-Dou Timber 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: | 2023 |
| 畢業學年度: | 111 |
| 語文別: | 中文 |
| 論文頁數: | 120 |
| 中文關鍵詞: | 雀替 、疊斗式木構造 、靜態試驗 、數值分析 、木構造補強技術 |
| 外文關鍵詞: | Cha-Jiao, Dieh-Dou timber frame, Static test, Numerical analysis, Reinforcement technology of wooden structure |
| 相關次數: | 點閱:51 下載:0 |
| 分享至: |
| 查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報 |
臺灣傳統木構造於1999年集集地震當中受損情形嚴重,震後開始有許多穿鬬式以及疊斗式木構造的力學研究及試驗陸續進行,疊斗式木構造的研究至今已經累積多項局部或整體的足尺試驗成果以及相關計算模型,同時亦有研究以數值分析方式,根據過去研究的力學模型評估疊斗式木構造接點結構行為,以程式內的旋轉彈簧模擬各接點並建立數值模型,在達到與局部以及整體構造實驗結果吻合的前提下,透過歷時分析探討架棟於遠域以及近斷層地震中的耐震行為。然而「雀替」構件的力學行為以及對於整體結構的力學貢獻則尚未有研究深入探討,雀替位於梁、枋等水平構件與柱、瓜筒等垂直構件的交會處,其中包括對疊斗式架棟整體力學性能影響較大的柱通接頭,為了驗證並提升疊斗式木構造數值分析的準確性,本研究透過雀替接頭力學試驗及以含有雀替的數座架棟為目標的數值分析來探討疊斗式木構造的耐震性能。
試驗的部分,透過含雀替柱通接頭反覆加載試驗釐清不同形式雀替對柱通接頭力學性能之影響,由試驗數據分析結果可得以下結論:(1)雀替可提升柱通接頭強度,以本研究的試體尺寸(梁寬10cm、梁深24cm、入榫深16cm)而言可提升20%左右;(2)雀替所帶來的力學性能提升效果由雀替接榫的壓陷行為控制;(3)雀替長度造成的差異為位移較小時的剛度提升較為明顯,位移較大時的強度及剛度無明顯差異。
數值分析部分,本研究建立含雀替的祀典武廟正殿架棟數值模型進行反覆側推試驗模擬及耐震數值分析,由分析結果可得以下結論:(1)數值模擬結果與過去實驗結果比對後吻合,驗證本研究所使用之OpenSees數值模擬方式能準確模擬疊斗式木構造的結構行為與耐震性能;(2)近斷層地震的長周期脈衝易造成疊斗式木構造產生過大的層間變形,甚至造成架棟倒塌。
The 1999 Chi-Chi earthquake seriously damaged the traditional timber buildings. Since then, many mechanical studies and experimental of the Chuan-Dou frame and Dieh-Dou frame were carried out to study their seismic behaviors. The past experimental studies focus on local or component test, few have conducted full-scale tests on the Dieh-Dou frame. The associated mechanical models have been proposed basing on the results. Time-history analysis was conducted for the Dieh-Dou frame using the elastic beam element connecting with beam end rotational spring model. The rotational stiffness and yielding rotation angle of each rotational spring are calculated by mechanical formulas derived from previous researches. Compared with the dynamic and static test of Dieh-Dou corridor structure, Dieh-Dou roof frame shaking table test and internal main frame static test, the test results agree with the analysis results. Although the mechanical research of Dieh-Dou frame has gradually become complete, the mechanical behaviour of " Cha-Jiao " member has not been studied. Cha-Jiao is located at the intersection of beam and vertical members such as column and Gua-Tong, including the primary beam-column joints which has a great influence on the overall mechanical properties of Dieh-Dou frame. In order to verify and improve the accuracy of the numerical analysis of Dieh-Dou frame, This study conducted a series tests on evaluating the behavior of Cha-Jiao. In addition, time-history analysis was carried out to exam its influence on the Dieh-Dou frame.
For the experiments, this study takes the Cha-Jiao form as one of the parameters and studies the mechanical effects due to different forms of Cha-Jiao on the beam-column joint through cyclic loading test. The test results indicated that, when Cha-Jiao sustained compression force, the strength of the beam-column joint will increase by 20%~30%. When Cha-Jiao sustained tension, there is no notable change. The effect of strength improvement is mainly determined by the embedment behaviour of the dowels of Cha-Jiao.
For the numerical analysis, this study established the numerical model of the Si Dian Wu Temple timber frame. The cyclic loading analysis show good agreement with the test results. And the time-history analysis results show that near-fault ground motion is easy to cause a large amount of interlayer deformation of Dieh-Dou timber frame, and even cause the collapse.
[1] A. Kitamori, K. Jung, I. Hassel, W. S. Chang, K. Komatsu and Y. Suzuki, "Mechanical Analysis of Lateral Loading Behavior on Japanese Traditional Frame Structure Depending on the Vertical Load," in Proceedings of the World Conference on Timber Engineering (WCTE), 2010.
[2] Agency for Cultural Affairs, "Implementation Guidance for Basic Seismic Assessment of Important Cultural Properties (Buildings)," Agency for Cultural Affairs, 2012.
[3] H. Kyuke, T. Kusunoki, M. Yamamoto, S. Minewaki and M. Kibayashi, "Shaking Table Tests of ‘MASUGUMI’ Used in Traditional Wooden Architectures," Structural Building Components Association, June 2008.
[4] S. Y. Yeo, Y.C. Huang, Y. L. Chung, Y.H. Yeh and M. F. Hsu, "Out-of-Plane Behavior of the Taiwanese Traditional Complex Bracket Systems," in Proceedings of the World Conference on Timber Engineering (WCTE), 2018.
[5] Tsuwa, I., Kato, K., Koshihara, M., "The Shaking Table Test of a Traditional Timber Frame Including KUMIMONO", Bimonthly Journal of Institute of Industrial Science, the University of Tokyo, 60(2), pp.111-114,2008. (in Japanese)
[6] W. S. Chang & M. F. Hsu, "Rotational Performance of Traditional Nuki Joints with Gap II: the Behavior of Butted Nuki Joint and Its Comparison with Continuous Nuki Joint", Journal of Wood Science, 53(5), pp.401-407,2007.
[7] W. S. Chang, T. Wakita, A. Kitamori, K. Komatsu, Y. Kataoka and M. F. Hsu, "Dynamic properties of a traditional complex bracket sets in an oriental temple," in Proceedings of the World Conference on Timber Engineering (WCTE), 2012.
[8] Y. Suzuki and M. Maeno, "Structural mechanism of traditional wooden frames by dynamic and static tests," Structural Control and Health Monitoring, pp. 508-522, 2006.
[9] Yeo S. Y., Kitamori A., Tsuyoshi A., Chung Y.L., mori T., Hsu M. F., Komatsu K., Isoda H., “Lateral Shear Performance of Traditional Taiwanese Timber Column with Half and Full-Penentrating Beam”, In WCTE 2016 - World Conference on Timber Engineering, 2016.
[10] 中華民國國家標準,“CNS453木材抗壓試驗法”,中華民國經濟部表準檢驗局,2013。
[11] 中華民國國家標準,“CNS455木材平行纖維方向剪力強度試驗法”,中華民國經濟部標準檢驗局,2013。
[12] 日本建築学会,木質構造接合部設計マニュアル,日本建築学会, 2009。
[13] 日本建築学会,木質構造設計基準.同解説,日本建築学会,2006。
[14] 王仁佐、蕭輔沛,「古蹟震損分析模式與補強評估機制建構案期末報告書」,文化部文化資產局委託,財團法人國家實驗研究院國家地震工程研究中心執行,2017。
[15] 北守顕久、森拓郎、片岡靖夫、小松幸平,「木材の部分横圧縮における余長効果の影響」,日本建築学会構造系論文集,第74卷,第642號,pp.1477-1485,2009。
[16] 坂靜雄,“社寺骨組の力學的研究(第1部 柱の安定復原力)”,日本建築学会,pp. 252-258,1941。
[17] 李玉生、徐明福,臺灣傳統建築木構造結構安全評估-結構評估與安全監測篇,內政部建築研究所,2010。
[18] 姚佩歆,木結構古建築特殊構件雀替、生起和側腳的受力分析,西安建築科技大學工程研究所碩士論文,2011。
[19] 洪宣翼,「臺灣傳統疊斗式木構造之結構分析與補強技術研究」,國立成功大學建築研究所碩士論文,臺南,臺灣,2019。
[20] 胡孝誠,臺灣傳統寺廟建築雀替構件之研究 以《文化資產保存法》所指定之古蹟為例,國立臺灣藝術大學古蹟藝術修護學系碩士班碩士學位論文,2020。
[21] 徐明福,「台灣傳統疊斗式木構造屋架面外與面內方向受力行為研究成果報告」,國立成功大學規劃與設計學院建築學系,臺南,臺灣,2017。
[22] 徐明福,台灣傳統疊斗式木構架中座斗組結構行為研究研究成果報告(精簡版),行政院國家科學委員會,2012。
[23] 徐明福,高雄市市定古蹟旗山天后宮修復工程工作報告書,高雄市政府文化局,2011。
[24] 徐明福,臺灣傳統疊斗式木構造之柱節點結構行為研究報告,國立成功大學規劃與設計學院建築系(所),2015。
[25] 徐明福、蔡侑樺,「大木作:臺灣傳統漢式建築–類型·計畫·施作」,文化部文化資產局,臺中,臺灣,2020。
[26] 商博淵,台灣傳統木構造「減榫」力學行為與模擬生物劣化之研究,國立成功大學建築研究所碩士論文,2010。
[27] 張紋韶,台灣傳統穿鬪式木接點旋轉行為之研究,國立成功大學建築研究所博士論文,2006。
[28] 張紋韶與徐明福,「臺灣傳統鉤逗榫及踏步燕尾榫力學特性之研究」,台灣林業科學,20(1),pp.61-71,2005
[29] 張敏,木結構中斗栱及雀替力學性能研究—以太昊陵統天殿為例,鄭州大學土木工程學院工學研究所碩士論文,2016。
[30] 許桐郡,台灣地區古蹟建築大木構架節點構造系統的研究,國立成功大學建築研究所碩士論文,2000。
[31] 郭禎涵,台灣傳統疊斗式木構造柱梁接頭彎矩行為研究,國立成功大學建築研究所碩士論文,2017。
[32] 陳乙萱,台灣傳統疊斗式棟架實驗設計與模擬分析,國立臺北科技大學土木工程系土木與防災碩士班碩士學位論文,2017。
[33] 曾國恩建築師事務所,第一級古蹟「祀典武廟」緊急搶修工程工作報告書,臺南市文化資產管理處,2004。
[34] 黃昱智,「臺灣傳統疊斗式木構造屋架之結構行為研究」,國立成功大學建築研究所碩士論文,臺南,臺灣,2018。
[35] 黃斌、許茂雄,歷史建築震損及維護方式之研究(一)木竹構造,行政院文化建設委員會,2001。
[36] 楊淑燕,臺灣傳統疊斗式木構造之結構行為研究,國立成功大學建築研究所博士論文,2016。
[37] 楊舜州,傳統疊斗式大木構造榫卯尺寸系統探討,國立成功大學建築研究所碩士論文,2008。
[38] 稲山正弘,“木材のめりこみに関する研究 その4:等変位めりこみの弾性剛性の計算式の提案,” 日本建築学会大会掌術講演梗概集,pp. 907-908,9月,1993。
[39] 稲山正弘,木材のめりこみ理論とその応用,東京大学工学部建築学科博士論文,1991。
[40] 趙金城,傳統疊斗式大木構架結構行為探討 -以三級古蹟台南天壇三川殿為例,國立成功大學建築研究所碩士論文,2004。
[41] 蕭凱壬,應用高阻尼橡膠於傳統木結構接頭之補強性能研究,國立成功大學建築研究所碩士論文,2017。
[42] 鍾心怡建築師事務所,高雄市市定古蹟鳳儀書院修復工程工作報告書,高雄市政府文化局, 2013。
[43] 藤田香織、木村正彦、大橋好光、坂本功,“静的水平加力試験に基づく伝統的木造建築の組物の履歴モデルと剛性評価”,日本建築学会構造系論文集,第 543号,pp. 121-127,5月,2001。
[44] 國家災害防救科技中心、國家地震工程研究中心,0206 地震災情彙整與實地調查報告,高雄市政府,2016。
校內:2028-02-03公開