在糯米漿木磚石結構設計規範方面,我是以材料力學(Gere&Timoshenko、1972)為依據,以為制定木材的最低要求彈性模數是E=10GPa(表H-2),並且訂定木材的最低要求降伏強度Fy=30MPa(表H-3),以及木材密度不高於ρ=0﹒72tf/m3(表H-1)。
材料力學(算盤 → 加減乘除)
(修改AISC360-10公式H3-6)
(修改ACI318-05M公式21-1)
在剪力降伏強度方面,採用剪力降伏強度理論值0﹒577Fy,亦即得換算為τy=17﹒31MPa。此外,考慮卡榫損耗部分的剪力斷面,採用0﹒75折減剪力斷面積。木結構的樑撓曲強度,採用斷面模數的計算公式M=SFy。
木結構的柱挫曲強度,為該材料力學的11-23式,為考慮柱偏心載重的挫曲強度。無論現代或古代,木柱欲削直並不困難,因而不考慮缺陷問題。木樑和木柱的卡榫位置,將是柱偏心載重的偏心距,並須找木匠以制定施工規範。木結構採用卡榫為接頭,應該比照鉸接做接頭定義,據該材料力學定義此偏心比,概算常取0﹒25為偏心比數值,然而考慮大偏心比採用0﹒55,以涵蓋地震力作用下的木柱端點側移。在木柱的側移問題方面,應該比照原鋼結構算B1和B2,或以二階P-△分析計算8次,並限制為4層樓或15公尺以下。
在建築結構方面,有效長度係數K=1﹒2,在某些條件採用K=2﹒1,其餘的條件視場合做訂定。在鋼結構設計規範裡,對於細長柱的折減係數是0﹒877,此乃人為簡化公式的修正係數,因而不另外考慮該係數的修正。
木柱考慮年輪必須採用圓柱為形式,其木柱公式的分母係數最大值不逾越2﹒0,亦即木柱結構設計得再簡化原公式。在木柱直徑d在非彈性挫曲條件以上時,木柱的挫曲強度為降伏應力軸力強度Py。
RC版在大跨度下,版厚不少於15cm或18cm;鋼結構以deck為免拆模,其本身提供的強度已足夠。然而,木結構的版撓曲強度,顯然不可能達到如此高的程度,因而木結構必須是有小樑的版。木結構採用的版撓曲強度,相同於樑撓曲強度的公式,因為木結構版為多條圓木。磚牆的高厚比不得逾越7﹒5,石牆的高厚比不得逾越6﹒0,例如:高度300cm的磚牆,其牆厚應該不少於40cm。木樑和木柱應該有突出物,以此為剪力釘崁入磚牆或石牆。石牆僅有一樓外側圍牆用途,磚牆可為主結構體外牆或普通圍牆,因為其工程材料較輕利於降低地震力。木和磚石的縫隙,以糯米漿為填充材,使結構體不具縫隙。
[工程材料單位重]
版構件
小樑構件
大樑構件
柱構件
[結構設計]
版撓度檢核(結構工程學會、2003)
版撓曲強度檢核(結構工程學會、2003)
小樑撓度檢核(結構工程學會、2003)
小樑撓曲強度檢核(結構工程學會、2003)
大樑撓度檢核(結構工程學會、2003)
大樑撓曲強度檢核(結構工程學會、2003)
柱層間位移角檢核/地震力/(結構工程學會、2003)
柱層間位移角檢核/風力/(結構工程學會、2003)
柱強度檢核(AISC、2010)
References
木材彈性模數E(tf/cm2) | 木材降伏強度Fy(tf/cm2) | 木材剪力降伏強度τy(tf/cm2) | 木材密度ρ(tf/m3) |
100 | 0﹒3 | 0﹒17 | 0﹒72 |
(修改AISC360-10公式H3-6)
(修改ACI318-05M公式21-1)
在剪力降伏強度方面,採用剪力降伏強度理論值0﹒577Fy,亦即得換算為τy=17﹒31MPa。此外,考慮卡榫損耗部分的剪力斷面,採用0﹒75折減剪力斷面積。木結構的樑撓曲強度,採用斷面模數的計算公式M=SFy。
木版和木樑撓曲強度(tf-cm) | 木版、木樑及木柱剪力強度(tf) | 木樑和木柱扭力強度(tf-cm) |
木結構的柱挫曲強度,為該材料力學的11-23式,為考慮柱偏心載重的挫曲強度。無論現代或古代,木柱欲削直並不困難,因而不考慮缺陷問題。木樑和木柱的卡榫位置,將是柱偏心載重的偏心距,並須找木匠以制定施工規範。木結構採用卡榫為接頭,應該比照鉸接做接頭定義,據該材料力學定義此偏心比,概算常取0﹒25為偏心比數值,然而考慮大偏心比採用0﹒55,以涵蓋地震力作用下的木柱端點側移。在木柱的側移問題方面,應該比照原鋼結構算B1和B2,或以二階P-△分析計算8次,並限制為4層樓或15公尺以下。
在建築結構方面,有效長度係數K=1﹒2,在某些條件採用K=2﹒1,其餘的條件視場合做訂定。在鋼結構設計規範裡,對於細長柱的折減係數是0﹒877,此乃人為簡化公式的修正係數,因而不另外考慮該係數的修正。
木柱考慮年輪必須採用圓柱為形式,其木柱公式的分母係數最大值不逾越2﹒0,亦即木柱結構設計得再簡化原公式。在木柱直徑d在非彈性挫曲條件以上時,木柱的挫曲強度為降伏應力軸力強度Py。
木柱非彈性挫曲強度(tf) | 木柱彈性挫曲強度(tf) |
樑柱版直徑d(cm) | 木版撓曲強度(tf-cm) | 木樑撓曲強度(tf-cm) | 木柱非彈性挫曲強度(tf) | |
K=1﹒2 | K=2﹒1 | |||
3 5 8 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 |
0﹒6 3﹒1 12 25 84 |
200 390 675 1071 1600 2278 3125 4159 5400 6865 |
80 (L≦168cm) 125 (L≦211cm) 180 (L≦253cm) 245 (L≦295cm) 320 (L≦337cm) 405 (L≦380cm) 500 (L≦422cm) 605 (L≦464cm) 720 (L≦506cm) 845 (L≦549cm) 980 (L≦591cm) 1125(L≦633cm) 1280(L≦675cm) |
80 (L≦ 96cm) 125 (L≦120cm) 180 (L≦144cm) 245 (L≦168cm) 320 (L≦193cm) 405 (L≦217cm) 500 (L≦241cm) 605 (L≦265cm) 720 (L≦289cm) 845 (L≦313cm) 980 (L≦337cm) 1125(L≦362cm) 1280(L≦386cm) |
木柱長度L(cm) | 木柱彈性挫曲強度(tf) K=1﹒2 | |||
木柱直徑d=65cm | 木柱直徑d=70cm | 木柱直徑d=75cm | 木柱直徑d=80cm | |
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 |
743 546 418 330 267 221 185 158 136 119 104 92 82 74 66 |
735 562 444 360 297 250 213 183 160 140 124 111 99 90 |
968 741 585 474 392 329 280 242 210 185 164 146 131 118 |
960 758 614 507 426 363 313 273 240 212 189 170 153 |
木柱長度L(cm) | 木柱彈性挫曲強度(tf) K=2﹒1 | |||
木柱直徑d=65cm | 木柱直徑d=70cm | 木柱直徑d=75cm | 木柱直徑d=80cm | |
600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 |
247 182 139 110 89 73 61 52 45 39 34 30 27 24 22 |
333 245 187 148 120 99 83 71 61 53 46 41 37 33 30 |
439 322 247 195 158 130 109 93 80 70 61 54 48 43 39 |
568 417 320 252 204 169 142 121 104 91 80 70 63 56 51 |
RC版在大跨度下,版厚不少於15cm或18cm;鋼結構以deck為免拆模,其本身提供的強度已足夠。然而,木結構的版撓曲強度,顯然不可能達到如此高的程度,因而木結構必須是有小樑的版。木結構採用的版撓曲強度,相同於樑撓曲強度的公式,因為木結構版為多條圓木。磚牆的高厚比不得逾越7﹒5,石牆的高厚比不得逾越6﹒0,例如:高度300cm的磚牆,其牆厚應該不少於40cm。木樑和木柱應該有突出物,以此為剪力釘崁入磚牆或石牆。石牆僅有一樓外側圍牆用途,磚牆可為主結構體外牆或普通圍牆,因為其工程材料較輕利於降低地震力。木和磚石的縫隙,以糯米漿為填充材,使結構體不具縫隙。
磚牆高厚比限制條件(cm) | 石牆高厚比限制條件(cm) |
牆高度h(cm) | 磚牆最小厚度t(cm) | 石牆最小厚度t(cm) |
120 240 300 |
16 32 40 |
20 40 50 |
[工程材料單位重]
版構件
小樑構件
大樑構件
柱構件
[結構設計]
版撓度檢核(結構工程學會、2003)
版撓曲強度檢核(結構工程學會、2003)
小樑撓度檢核(結構工程學會、2003)
小樑撓曲強度檢核(結構工程學會、2003)
大樑撓度檢核(結構工程學會、2003)
大樑撓曲強度檢核(結構工程學會、2003)
柱層間位移角檢核/地震力/(結構工程學會、2003)
柱層間位移角檢核/風力/(結構工程學會、2003)
柱強度檢核(AISC、2010)
References
- J. M. Gere & S. P. Timoshenko(1972)Mechanics of Materials, 2nd Edition, D. Van Nostrand Company
- AISC(2010)Specification for Structural Steel Buildings, AISC ANSI 360-10, AISC
- ACI(2005)Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary (ACI 318M-05), ACI-318-05M, ACI Committee 318
- 中華民國結構工程學會(2003)鋼結構設計手冊(極限設計法),科技圖書