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研究生：	陳文禎 Chen, Wen-Chen
論文名稱：	智慧製造輔助創新竹接頭設計及結構性能試驗 Design and Structural Performance Testing of an Innovative Bamboo Joint Aided by Smart Manufacturing
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：	2024
畢業學年度：	112
語文別：	中文
論文頁數：	181
中文關鍵詞：	竹材、接合、數位輔助製造、抗剪試驗、抗彎試驗
外文關鍵詞：	Bamboo, Joint, Computer-aided manufacturing, Shear test, Bending test
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在永續與減碳的目標下，綠建材與天然材料之使用已成為營建業之趨勢。竹材料具有生長週期短、能被自然分解等優點，且台灣即有豐富之原生竹材資源，若有效利用能促進建築產業之永續化。竹桿件之尺寸受到開採環境與運輸條件之限制，難以直接運用於長跨距空間，如何有效且方便地完成桿件續接是將竹材應用於建築設計上的重要課題。
本研究發展一套新型竹桿件軸向續接工法，藉由導入3D掃描、參數化設計以及機械手臂加工三種智慧工具之協助，使接頭的設計、製造與加工過程能準確快速而減少傳統竹材加工對手工技術之依賴。並透過試驗確認接頭設計的有效性與強度。
本研究首先對用於製造接頭的國產柳杉進行基本材料試驗以確認其力學性質，接著針對本研究所設計之牙榫續接構造進行抗剪試驗。結果顯示在牙榫續接段以足量且均勻配置的木工螺絲鎖固，能避免牙榫構造脫開失效，且其抗剪強度可透過木材之平行纖維抗剪強度估算。
接著擷取接頭插銷段與竹桿接合區段，分別進行竹桿內壁去膜與否之膠合介面強度試驗，結果顯示內壁竹膜會嚴重折損環氧樹脂及竹內壁間之膠合介面強度，刮除竹膜後膠合介面強度可大幅提升。同時也發現在去除竹膜後，加入木工螺絲鎖固反而會降低介面強度。
最後分別針對內壁去膜與否之續接竹桿試體進行四點抗彎試驗，以確認接頭傳遞彎矩之性能，並測試不同加固方式之有效性。結果顯示未去膜的續接竹桿試體無法有效地傳遞彎矩，無木工螺絲加固情況下僅能傳遞原竹18.5 %的抗彎性能，而內壁去膜後的續接竹桿試體能夠傳遞原竹50.57 %的抗彎性能。
本研究整合了試體設計、智慧製造、材料試驗以及力學試驗，可將多元設備與數位加工應用於竹材之經驗以及結構試驗結果，作為後人發展竹構件接頭之參考。

In line with sustainability and carbon reduction goals, the construction industry is increasingly adopting green and natural materials. Bamboo, with its short growth cycle and natural decomposability, is a key material in this trend. Taiwan's abundant native bamboo resources, if effectively utilized, can enhance the sustainability of the construction industry. However, the size of bamboo rods is constrained by harvesting and transportation, making their use in long-span spaces challenging. Efficiently connecting these rods is a crucial aspect of integrating bamboo into architectural design.
This study developed a new method for axial jointing of bamboo rods using 3D scanning, parametric design, and robotic processing. These intelligent tools enable precise and efficient joint design and manufacturing, reducing reliance on traditional manual techniques. The effectiveness and strength of the joints were validated through experiments.
This study initially conducted material tests on domestic Cryptomeria used for joint construction to confirm its mechanical properties. Shear tests on the tenon joint structure revealed that securing the joint with sufficient, evenly distributed woodworking screws prevents disengagement and failure. The joint's shear strength can be estimated based on the wood's parallel fiber shear strength.
Next, tests were conducted on the bonding interface strength of the joint pin and bamboo pole sections, with and without the inner wall membrane. Results showed that the bamboo membrane significantly weakened the bonding strength between the epoxy resin and the bamboo. Removing the membrane greatly improved the bonding strength. However, adding screws after removing the membrane was found to reduce the interface strength.
Finally, a four-point bending test was performed on bamboo pole specimens with and without the inner wall membrane to evaluate joint performance in transmitting bending torque and the effectiveness of various reinforcement methods. Results showed that specimens with the membrane intact could transmit only 18.5% of the original bamboo's bending resistance without screw reinforcement. In contrast, those with the membrane removed transmitted 50.57% of the original bending resistance.

第一章　緒論	1
　1.1　研究動機與目的	1
　　1.1.1　研究背景	1
　　1.1.2　研究目的	2
　1.2　文獻回顧	2
　　1.2.1　國內文獻	2
　　1.2.2　國外文獻	5
　1.3　研究方法與流程	8
　1.4　章節概述	9
第二章　創新竹接頭設計與製造	10
　2.1　刺竹材料性質簡介	10
　2.2　竹接頭設計原則與要求	11
　　2.2.1　設計目標	11
　　2.2.2　接頭設計	11
　2.3　智慧工具之導入	16
　　2.3.1　3D掃描建模	16
　　2.3.2　模型分析與參數化設計	20
　　2.3.3　機械手臂加工	23
第三章　柳杉國產材基本試驗	30
　3.1　平行纖維抗拉試驗	30
　　3.1.1　試體製作	30
　　3.1.2　試驗裝置及試驗方法	31
　　3.1.3　試驗結果及討論	32
　3.2　平行纖維抗壓試驗	36
　　3.2.1　試體製作	36
　　3.2.2　試驗裝置及試驗方法	36
　　3.2.3　試驗結果及討論	37
　3.3　平行纖維抗剪試驗	41
　　3.3.1　試體製作	41
　　3.3.2　試驗裝置及試驗方法	42
　　3.3.3　試驗結果及討論	43
　　3.3.4　試驗裝置修正後之平行纖維抗剪試驗	45
　3.4　平行纖維抗彎試驗	48
　　3.4.1　試體製作	49
　　3.4.2　試驗裝置及試驗方法	49
　　3.4.3　試驗結果及討論	50
　3.5　含水率試驗	53
　　3.5.1　試體製作	53
　　3.5.2　試驗方法	54
　　3.5.3　試驗結果及討論	56
　3.6　牙榫抗剪試驗	59
　　3.6.1　試體設計與製作	59
　　3.6.2　試驗方法	66
　　3.6.3　試驗結果與討論	67
　3.7　小結	79
　　3.7.1　柳杉基本試驗	79
　　3.7.2　牙榫抗剪試驗	79
第四章　創新竹接頭結構性能試驗	80
　4.1　膠合介面強度試驗	81
　　4.1.1　試體設計與製作	81
　　4.1.2　試驗方法	84
　　4.1.3　試驗結果與討論	85
　4.2　續接竹桿抗彎試驗	89
　　4.2.1　試體製作	92
　　4.2.2　試驗方法	96
　　4.2.3　試驗結果與討論	97
　　4.2.4　比較與討論	107
　4.3　竹段內壁去膜後之接頭膠合介面強度試驗	112
　　4.3.1　試體設計與製作	112
　　4.3.2　試驗方法	119
　　4.3.3　試驗結果與討論	121
　　4.3.4　比較與討論	132
　4.4　竹桿內壁去膜後之續接竹桿抗彎試驗	134
　　4.4.1　試體製作	137
　　4.4.2　試驗方法	138
　　4.4.3　試驗結果與討論	138
　　4.4.4　比較與討論	144
　4.5　續接竹桿抗彎強度與材料含水率關係	146
　　4.5.1　以金屬束帶圍束且無木工螺絲加固之抗彎強度與含水率之關係	146
　　4.5.2　以金屬束帶圍束搭配木工螺絲加固之抗彎強度與含水率之關係	147
　　4.5.3　纏繞尼龍繩圍束搭配木工螺絲加固之抗彎強度與含水率之關係	149
　　4.5.4　內壁去膜之續接竹桿抗彎強度與含水率之關係	150
　4.6　小結	153
第五章　結論與建議	154
　5.1　結論	154
　　5.1.1　柳杉國產材基本試驗	154
　　5.1.2　牙榫抗剪試驗	154
　　5.1.3　膠合介面強度試驗	155
　　5.1.4　續接竹桿抗彎試驗	155
　　5.1.5　竹段內壁去膜後之接頭膠合介面強度試驗	155
　　5.1.6　竹桿內壁去膜後之續接竹桿抗彎試驗	155
　5.2　建議	156
　　5.2.1　智慧工具使用面向	156
　　5.2.2　試驗與分析面向	156
參考文獻	157
                                    

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6. 杜怡萱、葉玉祥（2023），「竹構件基本受力行為分析」，內政部建築研究所補助研究計畫報告，2023
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12. ASTM, “Standard Test Methods for Small Clear Specimens of Timber.” D143-94, 2000.
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14. ANSI/AWC, “National Design Specification for Wood Construction.” NDS-2012, 2012.
15. ISO, ISO22157：Bamboo structures－Determination of physical and mechanical properties of bamboo culms－Test methods, 2019.

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