台灣傳統疊斗式木構造柱梁接頭彎矩行為研究

Abstract

1999 年發生921 大地震，不少疊斗式大木構造建築嚴重受損或倒塌，根據震害調查，疊斗式木構架柱梁接點處之脫榫及剪力破壞為常見的震損形式。疊斗式木構架是以楹、通、斗、拱、束、瓜筒及其他構件彼此搭接，將屋頂重量傳遞至金柱上再傳遞至地面，金柱為承接如通、枋及其它水平構件，上部柱身在面闊及進深方向因此有諸多榫孔，為密集接合處。過去在探討柱梁單一接點之彎矩行為的研究中，因梁主要承壓方向為垂直纖維方向，其承壓強度小於柱之平行纖維方向，因此結果顯示破壞主要發生在梁，柱則只有些微承壓，但在過去的地震破壞案例中，亦有發現柱身因上下兩榫孔之距離較近，而在兩榫孔間之柱身發生剪力破壞。 柱身在面闊及進深兩個軸向皆有連接水平構件，此接合處有多處位置接近的榫孔，因此此處之柱斷面積急遽減小，而榫孔處之柱斷面積的大小可能影響柱梁接點之剛度，此外，地震力將對柱造成雙軸向的作用力，雙軸抗彎行為亦應一併納入考量，故欲藉此研究給予新的評估接點的方式。 本研究以足尺柱梁接頭抗彎試驗評估上下層通材具有近距離榫孔之柱梁接頭在側向力作用下之結構行為，試驗共五種型式的梁柱試體，每種型式有三座，總共十五座足尺試體，進行靜態側向力往復加載，試驗參數有以下四點，分別為是否具雙軸向榫孔、單或雙層梁、雙層梁上下榫孔的間距，以及雙層梁是否為雙軸向加載，最後將所推導的接頭抗彎理論公式及破壞模式判斷公式與試驗結果比對其適用性。 試驗結果顯示，單層通及柱身上下榫孔間距較遠之試體由通之承壓行為決定接頭強度，而近距離榫孔之試體於上下榫孔間之柱身皆有發生平行纖維方向的剪力破壞，因此若上下榫孔之間距過近，破壞將有機會由剪力強度主導。接頭強度受柱斷面減損的影響較小，而上下榫孔間距過近使柱身發生剪力破壞，以及雙軸向加載，皆會降低柱梁接頭之強度。 最後本研究推導了評估柱梁接頭行為之公式，以接頭抗彎理論公式求得梁端彎矩，其考量了初始間隙(initial gap)及柱緣外側處因部分承壓產生之木材纖維回彈效果(Spring back effect)，再以破壞模式判斷公式判別接頭之破壞模式以及極限強度，其所得之結果與試驗結果相符，故未來可以此評估近距離榫孔之柱梁接頭在側向力作用下之結構行為。

Date of Award	2017 Sept 1
Original language	Chinese
Supervisor	Yu-Lin Chung (Supervisor)