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國內歷史木建築尤其是廟宇等建築,多為大木構架與磚牆承重牆結合的系統,磚牆相對於木構架有較高強度以及剛度,在耐震分析中視為抵抗地震水平力的主要構件,對於木構架耐震行為則多因行為複雜且目前無可用之評估方式而選擇忽略不計,然而過去許多研究指出疊斗木構造的接合多屬半剛性接點,分析中若不考量這些特性將可能使分析結果與真實狀況有所差距,導致高估局部接點的變形或忽略局部的損壞而可能影響整體耐震性能等。此外目前亦尚未掌握架棟整體乃至架棟與磚牆間之耐震行為,使得現有耐震評估方式對於構件接點、構架強度以及整體極限狀態尚無法準確掌握,影響性能評估精準度以及後續的補強設計。

對架棟性能影響最大的柱通接合位置的受力行為中,因為通材逆紋方向受壓引起的承壓變形將使接點的強度剛度在反覆受力過程中會逐漸降低,另外,斗受到來自於束拱接合傳遞之剪力或接點受彎可能導致剪壞或垂直劈裂等,以上狀況在實際古蹟或歷史建築可能發現,但由於建築尚未到修復年限而未進行抽換或補強,整體構架強度可能因此受到影響,因此有必要發展合宜的補強加固方式。

本計畫將利用團隊過去基於實驗研究成果所提出結構接點受力行為數學模型,以台南孔廟明倫堂與大成殿兩棟實際的傳統疊斗式木構造建築為分析對象,透過電腦結構分析軟體建立可模擬其整體行為的數值模型,以此分析方法了解: (1)疊斗式木構造建築於不同強度與類型地震下之動態行為與動態特性; (2)各結構接點對結構整體的強度與剛度的貢獻以及整體的性能曲線; (3)木構架與牆體互制行為與結構極限狀態。 最後簡化數學模型以及數值分析程序,以利工程師未來做結構分析使用。同時發展高性能的竹釘,透過熱壓過程大幅提升其強度,並設計特殊形狀以應用於傳統大木構造的補強與緊急修復使用。

京都大學生存圈研究所構造機能分野過去對於高強度木釘以及竹釘有相當的研究經驗,發展了有效提升其強度的製程方法,其強度與鋼材接近,可將其應用於木結構的接合取代鐵釘,本團隊基於與其多年的合作研究關係,在加工及製作技術上將互相交流,由於日方也未將其應用於傳統木構的補強方面,因此對於後續研究成果也有興趣,未來雙方討論可加強研究深度及廣度,同時延續台日合作關係,並共同發表研究成果。

 

撰寫單位:國立成功大學建築學系

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