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研究生: 郭亭勻
Kuo, Ting-Yun
論文名稱: 開槽薄版曲面系統應用於空間結構之研究
A Spatial Structure Using Slit Curved Surface System
指導教授: 杜怡萱
Tu, Yi-Hsuan
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: 2017
畢業學年度: 105
語文別: 中文
論文頁數: 155
中文關鍵詞: 輕量結構開槽薄版曲面系統木薄板實構
外文關鍵詞: lightweight structure, slit curved surface system, plywood, practical construction
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  •   近年來對於環境議題的重視及永續意識提升,使綠色材料的使用、構造輕量化成為結構設計之趨勢。本研究以木薄板為主要構材,透過開槽薄版曲面系統製作曲面構件,利用形抗原理使斷面強度與剛度提升、材料用量更為經濟合理,達成構造輕量化之目標,並以可重複拆裝、不使用大型機具即能搭建為前提,設計構築一座成人可進入使用之輕量結構空間,探討此系統於建築尺度之適用性。

      本研究根據前人研究推導之槽寬比與曲率關係設計單元,再透過縮尺模型發展各種空間結構設計方案,探討合適之組構方式與結構型態,最終根據空間尺寸、材料及加工限制等因素,選定可行之設計方案進行實尺寸構築。為考量材料尺寸效應,進行實構前先製作大比例模型確認系統穩定度,實作階段則透過預組裝之經驗修正接合細部,同時進行多次組構及拆卸,驗證重複組裝之可行性,再置於戶外基地進行長期載重與耐候測試,觀察結構體變形狀況與破壞模式。

      本文嘗試以結構分析軟體考慮大變形之分析模式,模擬開槽單元之彎曲變形,同時與實際構件比對,確認分析準確性,並設定各種變因下之分析案例,探討影響構件曲率之因素,量化並修正曲率評估公式。由於此系統採用輕薄斷面,單元及整體結構容易因變形過大導致幾何非線性問題,一般結構分析方式不見得能完整反映其受力行為,因此本文再建置整體結構分析模型,比較分析結果、前人研究及本研究實構模型實際變形狀況,建議可適用於此系統之分析方式,以供後續研究及設計之參考。

    This study utilized plywood through slit curved surface to create a lightweight structure system that can be applied in architecture. The strength and stiffness of the material is enhanced through form resistant structure, thus creating a more efficient and economical use.

    The process starts by creating various small-scaled models, each candidate is evaluated by its spatial size, material properties and manufacturing restrictions. The selected models then goes through another serial of testing before full scale construction. Testing includes a large-scaled (1:5) model to determine the stability of the system, several cycles of dismantling and re-assembling for durability evaluation, weather resistance as well as long-term loads behavior observations through a 4 months of outdoor exposure test.

    Software analysis regarding large-displacement effects were made to simulate each unit’s deformation. The computed results are compared with physical testing for validation. Different control variables are set to test the factors regarding curvature, the gathered data are then used to adjust the curvature equation accordingly. Since the slit curved units are relatively thin, excessive deformation occurs even with only a small bending moment, thus resulting in geometric nonlinearity. Making rudimentary structural analysis methods un-applicable in these circumstances. In this thesis, a suitable method for this system is presented as a reference for future designers regarding this matter.

    圖目錄 IV 表目錄 XI 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.1.1 研究動機 1 1.1.2 研究目的 2 1.2 文獻回顧 2 1.3 研究方法與流程 10 1.4 章節概述 11 第二章 結構系統與設計發展 12 2.1 開槽薄版曲面系統簡介 12 2.1.1 系統定義 12 2.1.2 系統問題檢討 14 2.2 開槽薄版曲面系統設計提案 15 2.2.1 同軸向組合 16 2.2.2 交錯軸向組合 17 2.3 構築模型設定 22 2.3.1 單元規格設定 22 2.3.2 單元平面製作 25 2.3.3 基礎設計 28 2.3.4 開口部設計 29 第三章 細部設計與實構過程 30 3.1 尺寸設定與基地選擇 30 3.2 局部單元預組裝 33 3.2.1 組裝過程 33 3.2.2 檢討與修正 35 3.3 結構體細部設計 36 3.3.1 單元細部設計 36 3.3.2 開口部細部設計 39 3.3.3 基礎細部設計 40 3.3.4 組裝輔助工具 43 3.4 實構過程 45 3.4.1 構件製作過程 45 3.4.2 整體結構組立 50 3.4.3 實際使用情形 55 3.5 小結 58 第四章 構件曲率分析 59 4.1 原型案例設定與結構分析方法 59 4.1.1 二維剛架原型案例設定與分析假設 59 4.1.2 三維薄殼原型案例設定與分析假設 67 4.1.3 分析結果比較 72 4.2 實驗組案例及變因設定 77 4.2.1 二維剛架實驗組案例 77 4.2.2 三維薄殼實驗組案例 81 4.3 分析結果 84 4.3.1 各變因之影響 84 4.3.2 李嘉嘉轉角公式修正建議 106 4.4 分析曲率與實際構件對照 107 4.4.1 縮尺單元 107 4.4.2 足尺單元 116 4.5 小結 124 第五章 整體結構分析 125 5.1 分析方法檢核 125 5.1.1 分析模型設定 125 5.1.2 分析結果 129 5.2 本文整體結構分析模型設定 136 5.2.1 基本單元假設 136 5.2.2 整體模型建置與邊界支承設定 137 5.2.3 開口部設定 139 5.2.4 底部單元局部補強設定 140 5.3 分析結果與實際結構變形比較 140 5.4 小結 149 第六章 結論與建議 150 6.1 結論 150 6.2 建議 153 參考文獻 155

    1. 李嘉嘉,「輕量曲面木薄板結構之構築研究」,碩士論文,國立成功大學,台南,2014。
    2. Hui, W. M., and Wong, L. M., Wood Pavilion by Wing Yi Hui + Lap Ming Wong, Retrieved 2015/10/06, from http://karmatrendz.wordpress.com/2010/09/08/wood-pavilion-by-wing-yi-hui-lap-ming-wong
    3. Fleischmann, M., Knippers, J., Lienhard, J., Menges, A., and Schleicher, S., Material Behavior : Embedding Physical Properties in Computational Design Processes, Architectural Design, Volume 82, Issue 2, pp. 44–51, March/April 2012.
    4. 張峻福,「新構築:初探外骨骼構造之自由形體參數式設計與施作流程」,碩士論文,國立交通大學,新竹,2012。
    5. 陳思嘉,「結合數位製造的設計流程研究」,碩士論文,國立成功大學,台南,2013。
    6. Letkemann, J., New Prosthesis: Bent Wood Exoskeletons, Retrieved 2015/10/07, from http://joelletkemann.com/?works=new-prosthesis.
    7. Alvaro, S., Eduardo, M., and Cecil, B., Serpentine Gallery Pavilion 2005, Distributed Art Publishers, Inc., London, 2005.
    8. Kenner, H., Geodesic Math and How to Use It, University of California, U.S.A., 2003.
    9. Müller, R. K., Geodesic Dome Notes & Calculator, Retrieved 2015/11/27, from https://simplydifferently.org/Geodesic_Dome_Notes?page=0.
    10. 內政部營建署,「木構造建築物設計及施工技術規範」,2011。

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