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系統識別號 U0026-3105201611102300
論文名稱(中文) 歷史性建築木柱構件修復後耐火性能之實尺寸研究
論文名稱(英文) Full Scale Fire Resistance Performance Study on The resistance of historical buildings in component repair of wooden construction
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 建築學系碩士在職專班
系所名稱(英) Department of Architecture (on the job class)
學年度 104
學期 2
出版年 105
研究生(中文) 念暉淇
研究生(英文) HUI-CHI NIEN
學號 n77021037
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 117頁
口試委員 指導教授-曾俊達
口試委員-彭雲宏
口試委員-賴啟銘
口試委員-蘇鴻奇
中文關鍵字 歷史建築  木柱  修復  補強  臨界挫屈負荷  炭化  殘餘抗壓強度 
英文關鍵字 Historical buildings  Full-scale Timber columns  Repair  Epoxy  Fire-resistance Performance 
學科別分類
中文摘要 歷史性建築是人類生活之痕跡、民眾集體記憶寶藏,臺灣每年新建之木構造建築數量遠低於既存該類建築,約有67%古蹟及歷史建築屬於木構造或混木構造,在長年使用下,常因為損壞而進行修復與補強,然其僅對結構性能予以修復,在防火性能上卻未有國內外文獻進行檢討。
由於木材是一種受熱會易分解及易燃材料,所以木構造常被質疑是否擁有防火的能力,但事實上木構造卻大大的展現出良好結構性能。相關防火規範也能準確地考慮到設計時的結構強度並解決了大部分的疑慮,在木結構防火性能試驗建立通常是依據CNS12514標準加熱溫度-時間曲線、ISO 834全規模測試或類似國家標準如ASTM 119因此在此規範下幾個木柱全尺寸規模的火災試驗皆得以順利完成。但問題是木材防火測試其包括研究金費,試體數量限制、難有可重複性、結果保密以及其他因素,因此尋求其他解析解的方法研究火災時木柱性能是很重要。
在最近幾年木構造對火的抵抗能力已能利用一些簡化分析數值及經驗實證法計算得到,並搭配木柱結構實驗來做比對。這些大多數方法都是基於木材料炭化率和室溫下材料特性,木柱結構安全設計,在火燒後強度損失和未燃盡(剩餘斷面)木材強度,炭化率是判定耐火性及結構性能既重要又可靠的課題。 因此木材炭化率是許多學者深入多年研究的課題,也有許多相關可靠文獻綜述。
受火害後木構造其有效橫斷面因”炭化率”至使”強度下降”、”剛度降低”及”熱分解”,其剩餘斷面強烈影響著結構穩定性。探討國內外文獻,利用數值模擬並不能充分確定木柱受火後再加載荷重時的臨界挫屈負荷。”
本研究彙整國內常見的修復與補強工法,並擇其中較為常用之工法檢討其炭化率影響程度,目的是比較在預測所計算的臨界挫屈負荷對木柱修復工法構件耐火性能做合理的加載假設。分別將240cm之實尺寸木柱以爐加熱方式並採CNS12514升溫曲線加熱30分鐘之試體與未受熱試體進行抗壓實驗,目的在比較受熱後修復工法或修復材料對木柱抗壓性能之影響,與預測所計算的臨界挫屈負荷相比是否相符。研究修補方式在標準耐火條件進行下能承受的承載能力,以求得數值參數用來提供修復後木柱受火害的承載能力。
本研究得知,在木柱垂直向與水平向進行修復,受火後之殘餘抗壓強度明顯不同,而經環氧樹脂修補之部分,因其修復材料耐火性較差,因此在受火後降低抗壓強度約50%,所以木柱構件進行修復時,除回復原有之乘載能力外,建議耐火性能及相關防火工法也應該加入相關規範中並可搭配防火塗料或其他防火措施進行修復設計,得以讓歷史性建築在延續其生命週期的同時,也能提供較佳之耐火性能。因此本研究主要目的是分析在逐漸升高溫度中經修復木柱加載負荷產生挫屈破壞的力學性能。
英文摘要 The main methods of repair and reinforcement for historical buildings in Taiwan include the followings, replacement of new elements, replacement the rotten part of element with new material, filling up the excavation with epoxy resin, and W-E-R method. For the seriously damaged structure, the method of replacing of new elements will be adopted while for slightly or moderately damaged cases, the traditional methods or the ones combining with the usage of modern materials are commonly applied, and epoxy is one of the most popular adhesive materials to be used for the repairing technique. For timber structure, fire disaster is the potential risk which will result in severe damage. In addition, according to the literature review, the performance of adhesive of epoxy will decrease with the rise of temperature and will end up with structural damage until the air temperature reach 224℃ which is earlier than expectation.
The poor performance of fire-resistance will not only result in structural collapse at early stage of fire but also effect people escaping and property saving. It was found that completion applicability and the convenience of the repair methods were the main issues rather than the performance of fire resistance while considering the selection of repair methods. In order to extend the study relating to fire-resistance performance of timber structure, this study will investigate the repair methods applying to historical buildings. The simulation and analysis will also be executed for the performance of fire-resistance of the repaired timber element after fire exposure.
In order to build the assessing model for the fire-resistance performance of repaired timber elements, this study focusing on the elements of Taiwan historical buildings will perform the survey of applying repair methods and arrange the experimental investigation of full-scale timber elements. This study revealed that the residual compressive strengths of the repaired vertical elements after fire are obviously different. The compressive strength of the element repaired with epoxy reduced by 15% due to the poor fire-resistance performance of the adhesive material. For the repair of timber elements, both the performances of load-bearing and fire-resistance shall be taken into consideration. It is also suggested that the fire proof painting or other techniques shall be adopted for the repair methods to extend the life circle of historical buildings.
論文目次  中文摘要
 英文摘要
 目錄
 表目錄
 圖目錄

第一章 緒論 1
1-1 研究動機 1
1-2研究目的 3
1-3研究範圍 4
1-4研究方法 4
1-5研究流程 5
第二章 文獻摘要及回顧 6
2-1歷史建築木柱構造與常見劣化因素初探 6
2-2木柱構件修護與補強方式 11
2-3木構造防火性能理論 21
2-4國內現行法令與規範 32
2-5結構模型分析 41
2-6小結 49
第三章 木柱構件修復與補強工法之耐火性實驗 50
3-1前言 50
3-2實驗計畫 50
3-3實驗設備與材料 56
3-4實驗整備 59
3-5小結 62

第四章 實驗結果與分析 67
4-1實驗執行 67
4-2實驗結果彙整 69
4-3實驗結果與分析比較 82
4-4小結 91
第五章 結論與建議 92
5-1結論 92
5-2後續研究建議 93
參考文獻 94
附錄 98
參考文獻  中文文獻
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  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2020-06-06起公開。
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