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研究生:胡復凱
研究生(外文):Fu-KaiHu
論文名稱:磚造歷史建築壁體面外行為及評估探討
論文名稱(外文):Out-of-plane Behavior and Evaluation of Masonry Historic Buildings
指導教授:張嘉祥張嘉祥引用關係
指導教授(外文):Ja-Shian Chang
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:建築學系碩博士班
學門:建築及都市規劃學門
學類:建築學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:170
中文關鍵詞:古蹟歷史建築磚造面外
外文關鍵詞:HeritageHistoric BuildingMasonryOut-of-plane
相關次數:
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台灣地區歷次地震均顯示磚造古蹟及歷史建築之倒塌破壞,多與牆體之面外破壞有關,本文的主要目的在透過實驗探討歷史建築磚牆之面外行為,包括扶壁、開口部、加載類型對磚牆面外強度及破壞模式之影響。並根據試驗結果,建立磚砌牆體面外水平耐力之評估方法。
本研究製作8個試體進行試驗,試體尺寸均為383cm×133cm×11cm,具開口牆體開口大小為49cm×78cm。過程分別針對扶壁柱間距,開口型式、位置以及不同加載型式作為參數,經由試驗記錄牆體之加載力-面外變形關係、極限載重以及破壞模式。
經由試驗顯示水平加載下:
1.無扶壁柱試體,其開裂自試體頂部向兩側束制邊緣延伸形成八字裂縫,並在試體底部產生水平裂縫。此現象與板之降伏線破壞理論相近。
2.單扶壁柱對於牆體水平耐力的提升,較為有限(5%),雙扶壁柱則可提昇26%,扶壁間距對牆體面外耐力之影響相當顯著。
3.具開口牆體不但大幅降低牆體水平耐力(49%~35%),其破壞行為亦與無開口有明顯差別。相鄰開口間之牆體寬度對水平耐力具關鍵性之影響。
4.試體在均佈加載力下,牆體整體之應力分佈較為均勻,較不易產生應力集中的現象,極限載重較雙集中加載提升約41%~43%。
利用平板降伏線理論及本文試驗結果,建立磚牆面外耐力之評估方法,在此對於評估對象(磚造歷史建築)方面有一定的範圍限制(扶壁間距與牆體總長之比值在0.33~1之間、開口總長與牆體總長之比值在0~1之間),另外本文以二水火車站D倉庫為例進行評估,評估結果顯示此倉庫兩向牆體水平耐力皆高於九二一地震該倉庫牆體所受面外作用力,此結果可用以說明九二一地震時本倉庫牆體無嚴重傾倒損壞現象。
Past earthquakes in Taiwan have shown the collapse of masonry historic buildings to be associated with out-of-plane damage of the masonry walls. The main purpose of this study is to study the out-of-plane behavior of masonry walls through experiments. The effect of pilasters, openings and different loading conditions on the strength and damage mode of masonry walls will be analyzed. Based on the experimental results, a method for assessing the horizontal load resistance of masonry walls will be developed.
Eight specimens are constructed for testing and analysis. The dimensions of the eight specimens are identical (383cm×133cm×11cm), each with an opening measuring 49cm×78cm. The experiments take the span, type and position of openings and loading modes as parameters. During each test, the load-deformation relationships, ultimate loads and damage modes will be recorded and analyzed.
According to the experiment:
1.The out-of-plane damage behaviors of walls without pilasters are as follows: minor cracking at the middle of the top part of the wall, after which the wall reaches ultimate loading, signaled by further cracking of the top part into an A-shape split. Horizontal cracks develop at the bottom of the wall.
2.For specimens with a single pilaster, the load capacity is increased by 5%, whereas in the case of specimens with double pilasters, the pilasters serve to help increase the load capacity by 26%.
3.Specimens with window openings show a reduction of wall strengths ranging from 49%~35%. The damage behavior is vastly different from that of walls without openings. The width of the masonry wall between adjacent openings is the main factor influencing the wall strength.
4.An uniformly distributed load is applied to walls with single and double pilasters. Results indicate an increase in the ultimate load capacity of specimens by 41-43% relative to specimens with double concentrated load.
Using the Yield Line Theory for Slabs and experimental results, a method for assessing the out-of-plane endurance of masonry walls is constructed. The subject of assessment, namely the masonry historic buildings, is restricted by the following constraints- the ratio of distance between the pilasters to the total wall length must lie within 0.33~1, and the ratio of the total length of the opening to the total wall length must be between 0 and 1. Furthermore, results from an assessment of the Er-Shui Railway Station Garage D reveal the lateral endurance of walls in both directions to be higher than the out-of-plane force imposed upon them in the event of the September 21 Chi-Chi earthquake. This finding explains the very little damage caused to the garage by the Chi-Chi earthquake.
目錄I
表目錄IV
圖目錄V
照片目錄X

第一章 緒論 1
1-1研究動機與目的 1
1-2研究方法與研究範圍 3
1-3論文架構 4

第二章 文獻回顧 6
2-1材料基本性質之試驗 6
2-2磚牆面外行為之震害研究與評估 12
2-3極限強度分析 19
2-4相關磚造規範之檢討 22
2-5小結 26

第三章 試體材料基本性質 27
3-1紅磚與水泥砂漿材料 27
3-2材料基本性質試驗 27
3-3紅磚與砂漿介面強度試驗 36
3-4磚牆塊體抗彎試驗 40
3-5小結 46

第四章 試體及試驗裝置規劃 47
4-1試體規劃 47
4-2試驗流程 53
4-3試體砌製過程 55
4-4試驗裝置 59
4-5加載與試驗資料擷取 62

第五章 不同扶壁間距面外行為實驗及討論 66
5-1W1無扶壁柱試體 66
5-2W2單扶壁柱試體 73
5-3W4雙扶壁柱試體 78
5-4不同扶壁柱間距試體之比較 82

第六章 不同開口型式面外行為實驗及討論 85
6-1W6窗開口試體 85
6-2W7門開口試體 91
6-3W8倒窗開口試體 94
6-4不同開口型式試體之比較 97

第七章 均佈加載面外行為實驗及討論 100
7-1W3單扶壁柱試體 100
7-2W5雙扶壁柱試體 105
7-3均佈加載與雙集中加載行為比較 110

第八章 磚造歷史建築牆體評估應用 115
8-1廣間型磚造歷史建築實際震害情況 115
8-2無開口無扶壁柱牆體極限載重估算及實驗比較 117
8-3扶壁柱對牆體強度之影響 129
8-4開口部對牆體強度之衰減 135
8-5初始局部破壞之條件 141
8-6面外水平耐力估算–以二水火車站D棟倉庫為例 143

第九章 結論 162
9-1實驗獲致主要結果 162
9-2建立之評估方法 163
9-3試驗機制討論 164
9-4後續研究 168

參考文獻 169
報告專書:
[1]內政部營建署編輯委員會,《建築物磚構造設計及施工規範》,營建雜誌社編印,2008。
[2]Arthur H. Nilson原著,曹瑞棋 編譯,《鋼筋混凝土設計》,2001。
[3]許茂雄、劉白梅,《磚構造建築技術規則之研修及磚牆配置之探討》,內政部建築研究所研究計畫成果報告,2001。
[4]張嘉祥、徐明福、陳嘉基等,《歷史建築災損及維護方式之研究(二)砌體構造》,文化建設委員會中部辦公室,2001。
[5]Gianmarco de FELICE and Renato Giannini,《ASSESSMENT OF SEISMIC VULNERABILITY TO OUT-OF-PLANE COLLAPSE OF MASONRY WALLS》,2000.
論文:
[6]林裕鈞,《歷史建築清水磚牆受面外力作用下之結構行為與補強研究》,國立成功大學建築研究所碩士論文,2007。
[7]孫維琦,《日治時期台灣地區西式磚造建築牆體開口作法之研究》,國立雲林科技大學空間設計系碩士班碩士論文,2007。
[8]林耀宗,《磚造歷史建築牆體結構行為研究》,國立成功大學建築研究所碩士論文,2005。
[9]陳奕信,《含磚牆RC建築結構之耐震診斷》,國立成功大學建築研究所博士論文,2003。
[10]陳拓男,《具開口部磚砌牆體修復補強研究》,國立成功大學建築研究所碩士論文,2003。
[11]葉俊宏,《磚造歷史建築物磚牆力學特性與耐震評估》,國立成功大學建築研究所碩士論文,2003。
[12]王貞富,《磚造歷史建築物震害及耐震評估研究》,國立成功大學建築研究所博士論文,2002。
[13]陳泰和,《廣間型磚造歷史建築物震害研究》,國立成功大學建築研究所碩士論文,2002。
[14]蘇彥豪,《建築物連牆出入口地震力破壞實驗探討》,國立成功大學建築研究所碩士論文,2002。
[15]曾凱瀚,《磚墩與磚牆基本力學性質試驗研究》,國立成功大學建築研究所碩士論文,1994。
材料試驗相關:
[16]ASTM,《ASTM C67-09 Standard Test Method for Sampling and Testing Brick and Structural Clay Tile》,2010.
[17]ASTM,《ASTM C952-02 Standard Test Method for Bond Strength of Mortar to Masonry Units》,2010.
[18]中華民國國家標準,《CNS1127(已廢除)-建築用普通磚檢驗法》、《CNS382-普通磚》、《CNS1010-水硬性水?墁?抗壓強?檢驗法》,2010。
[19]Hemant B. Kaushik;Durgesh C. Rai;and Sudhir K. Jain, M. ASCE,《Stress-Strain Characteristics of Clay Brick Masonry under Uniaxial Compression》,2007.
[20]陳清泉、高健章、蔡益超、陳國顯,《紅磚與磚牆力學特性之研究試驗》,國立台灣大學工學院地震工程研究中心,1984。


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