由於柱構件屬木結構中的主要承載構件，依整體木結構的受力來 源，可分為由結構本身的垂直靜載重(dead loads)，與來自外力如風力 或地震力的水平動載重(live loads)(張嘉祥與曾民諺，1994)。由於本研 究以柱構件的靜力分析為主要研究範疇，故動態的水平載重不列入探 討。在靜力範疇內又因木構架的形式不同分別說明靜力之傳遞路徑。
(一) 臺灣傳統木結構的形式
臺灣傳統木構架的形式除了依據黃頌恩(1987)分為疊斗式、
疊梁式6、穿斗式及疊梁與穿斗的混合式四種類型(圖 15)，亦有磚 木混合的擱檩式(李乾朗，2003)。若以純木構架中大木構梁柱間的 關係可簡化分為抬梁式與穿斗式。探究臺灣木架構的原型，源自 十八、十九世紀間來自閩粵的移民的原鄉建築，其建築形式大致 承襲中國南方木結構的梁柱系統。穿斗式於長江流域以及南方地 區使用最多，抬梁式則多存於長江以北(陳明達，1990)。於是進一 步追溯至宋代《法式》，此兩種南方木結構與廳堂式(圖 16)最為相 近。由於《法式》中廳堂式本身即為混合式構架，融合了柱梁作(圖 17)的構架體系並結合殿堂式(圖 18)的裝飾手法，其特徵為內柱高 於外柱，內外梁枋不用平齊，且柱與梁枋交接處皆以斗拱、替木 及駝峰加固與美化，屋頂亦可作單簷或重簷，型制十分靈活，規 模視面闊與進深需求可大可小，所以從廳堂式變化型中的大木構 梁柱關係，即可推論為台灣木構架抬梁式與穿斗式的母型。兩種 主要的木構架形式特徵分別論述如下：
6 疊梁式即指臺灣的抬梁式，因與中國北方抬梁式有些許差異，故區分之。
疊斗式(Dei-dou Timber Frames) 疊梁式(Post and Lintel Construction)
穿斗式(Column and tie construction) 疊梁式與穿斗式之混合(Timber Frames of Dei-dou and Post and Lintel mixed)
擱檩式(李乾朗，2003)( Timber frames of purlin roof put above the walls)
圖15 臺灣傳統木構架的形式(黃頌恩，1987)
Fig.15 The types of wooden framework of traditional buildings in Taiwan.
圖16 廳堂式(潘谷西與何建中，2005) Fig.16 Ting Tang construction.
圖17 柱梁作(潘谷西與何建中，2005) Fig.17 Beam and column wooden construction.
圖18 殿堂式(潘谷西與何建中，2005) Fig.18 Dian Tang construction in Palace-Halls.
1. 抬梁式
所謂抬梁式意指木結構深度方向棟架面承接脊檁的柱 子不落地，轉以瓜筒的短柱形式架於梁上，形成階梯狀，
力量由上向下傳達，大梁承受所有重量，有如抬物之勢。
臺灣匠師稱作趖瓜疊斗棟架(李乾朗，2003)。趙廣超(2000) 將抬梁式木結構定義為構件由上而下為屋瓦鋪設在椽上，
傳架於檩上，檩架於梁上，屋頂的整個質量巧妙經由檩梁 傳至主柱，再傳至地面。抬梁式木結構因採取短柱架於梁 的構件方式，室內空間寬闊大方，落地柱的柱徑壯碩，於 中國北方宮殿，在臺灣現存的古蹟及歷史建築中廟宇建築 及大戶宅第皆大量使用此種棟架形式。
2. 穿斗式
穿斗式棟架使用較多但斷面較小的木柱或竹材為支 架，載以扁平的水平橫枋穿過柱的榫孔，使屋架呈格子狀。
承接脊檩之將軍柱直接落地，柱數多且柱距短，故室內空 間較為局限，多用於民宅。由於中國南方盛產竹材，穿斗 式因取材方便而盛行。
(二) 木結構靜力傳遞分析
抬梁式與穿斗式屋架載重傳遞分別論述如下：
1. 抬梁式
抬梁式木結構靜力傳遞機制如圖 19，為垂直載重自屋 頂落下經由椽條7形成均勻分布載重傳遞至檩8，由承接檩的 瓜筒以集中載重的方式傳遞至通。通與瓜筒最常以「三通
7 台灣稱椽條為桷仔。
五瓜」的規模表現，上通承接的載重加上自重傳至下一層 通構件上，形成階梯狀傳遞，直到大通及步通，最後由金 柱與邊柱傳至地面基礎(陳滄文，2004)。以水平的通梁而 言，大通需承受二通、三通及瓜筒等上部構件的重量，故 通梁斷面大小由上而下逐漸增加；柱構件則以金柱受上部 軸向載重，故所需柱斷面直徑較穿斗式的柱大，直徑一般 為長度的 1/8~1/16(黃頌恩，1987)，其中步通柱所受之軸向 力又比中間之金柱9大(張嘉祥與曾民諺，1994)。
2. 穿斗式
由於穿斗式木構架柱子較多，幾乎所有的柱直接落 地，所以屋頂載重經檩直接分散由柱傳至地面(圖 20)；柱 間短再加上水平穿材使柱的有效長度及長細比較短，且梁 柱間之空隙會以壁板或夾泥板填封，故即使柱的斷面較小 也不容易發生撓曲。
圖19 抬梁式木結構靜力傳遞圖
Fig.19 Static force transmission of Post and Lintel Construction.
圖20 穿斗式木結構靜力傳遞
Fig.20 Static force transmission of column and tie construction.
(三) 柱構件強度之影響因子
傳統柱構件以木質材料為主，故構件之抗壓強度特性除了
9 亦稱點金柱。
受到幾何尺寸影響外，必須同時考慮木質材料本身之力學特 性，下列分別以尺寸特性與材料特性探討其對柱構件力學性質 之影響。
1. 尺寸特性
柱屬於桿型構件，當構件受壓力時之影響因子包括長 細比、斷面慣性矩與迴轉半徑:
(1) 長細比(slenderness ratio)
圓柱之長細比為柱長與其斷面最小迴轉半徑的比值，
可以Rsl =Lr來表示，其中L為柱長，r為迴轉半徑。台灣傳 統抬梁式建築中，由於廟宇形制較大，中脊高度較一般民 居高 20%~25%(黃頌恩，1987)，故廟宇金柱之長細比在 45~55 之間，民居則為 28~38 之間。柱構件之長細比愈大 表示構件受抗壓載重破壞以前即容易產生側彎而造成挫曲 (buckling)。王松永與丁昭義(2008)依木柱長細比將柱分成 短柱、中柱及長柱：
a. 短柱
矩形構件之長細比為 L/d，其中 L 為未支撐長度，d 為矩形 斷面之最小邊長。長細比≦11 屬於短柱，其破壞行為以壓 縮破壞為主；若換算為圓形構件則以 L/r 表示（r 為斷面最 小迴轉半徑，
12
r= d ），應在38 以下。
b. 中柱
中柱之 L/d 值在 11 與 K 之間，而中柱之破壞除與短柱同樣 受到壓縮作用之外，同時包含彎曲引起的彎矩作用(蔡如 藩，1985)。Κ 值為 FPL(Forest Products Laboratory)四次方
程式曲線(curve of Forest Products Laboratory fourth-power formula)與 Euler 方程式曲線(curve of Euler’s equation)相切 處之長細比，Κ 值可由材料之彈性模數與縱向抗壓強度依
至慣性軸(通過斷面重心之軸)的距離(蔡如藩，1985)。可由
A I
r= 求得，其中I 為最小斷面慣性矩，A為斷面積。若 相同長度條件之柱構件，當迴轉半徑愈大則長細比愈小，
載重下構件較不容易受到彎曲的影響。
3. 材料特性
整 體 而 言 ， 木 材 歸 屬 為 中 等 的 延 性 材 料( 黃 淳 權,2005)，在結構設計時會保守趨向彈性載重的安全範圍。
由於木材為異方性、非均質的生物性材料，所以其材質的 變異性均比鋼鐵或混凝土為大，而強度更因樹種不同而有 很大差異；即使同一樹種又受到載重方向、早晚材分布與 生長缺點等材料因素影響木構件的強度表現，因此依木理 方向、密度、比重、含水率、溫度、早材-晚材與節等物理 因子對強度之影響加以說明:
(1) 木理傾斜角
木理傾斜角為載重方向與木理走向形成之角度，由於 樹木生長時所產生之螺旋木理使木理與材軸不平行，對柱 構件抗壓強度的影響很大。以木材之縱向抗壓強度與抗壓 彈性模數而言，當載重方向與木理完全平行時，即木理傾 斜角成 0°時強度最大，90°最小(王松永與翁儷芯，1996、
卓志隆，2002)。且木理傾斜角在 0°到 45°之間對抗壓強度 的減低較明顯，45°到 90°之間木理傾斜角對抗壓強度的影 響較小。
(2) 比重
比重為木材含有細胞腔等空隙在內的外觀單位容積重 量(王松永，丁昭義)，與縱向抗壓強度有密切的正相關性(王
松永與翁儷芯，1996)。且比重大之樹種由於較接近等方性 材料，其縱向抗壓強度與橫向抗壓強度的差異較小，並在 抗彎強度試驗也得到相同的結果(葉政翰，1994)。
(3) 含水率
木材含水率在28~30%以下，即纖維飽和點以內對木材 抗壓強度的影響，相較於木材之拉伸強度與抗彎強度強度 更大。含水率每增減 1%時，對縱向抗壓強度減增之百分率 概約為 6%。卓志隆(2002)以國內木結構常用之樹種(花旗 松、美國側柏、阿拉斯加扁柏及雲杉)在不同含水率下對壓 縮強度之影響，結果顯示四種材種之壓縮強度在含水率 25%以下受水分的影響顯著，平均含水率每升高 1%時，強 度降低 6%，在 25%以上則幾乎無變化。且隨著木理傾斜角 增大，含水率影響會逐漸減低。
(4) 溫度
隨著溫度的升高會降低木材的結晶之間的凝集力，分 子震動等造成機械性質的減低。Kollmann(1940)以雲杉、西 印 度 白 塞 木 及 山 毛 櫸 之 實 木 ， 將 溫 度 分 別 控 制 在 -191℃~200℃之間得到的木材之縱向抗壓強度的結果，縱 向抗壓強度會隨溫度增加而降低。
(5) 早材-晚材
由於早晚材之比重與微觀組織均不同，故木材的晚材 率與年輪寬的分布同樣明顯影響抗壓強度，例如芬蘭松 (Finish pine wood)之晚材在含水率 8%~10%時的抗壓強度 約為早材的 5 倍(Ylinen，1942)；而光臘樹為闊葉樹環孔材，
其秋材率愈高表示空隙率低，比重愈高，縱向抗壓強度則
較高。即針葉樹晚材率愈高則比重愈大，抗壓強度也較大，
闊葉樹則反之。
(6) 節
節為樹木生長時的不定芽發展出的側枝的枝條痕跡，
因其密度與木理走向與周圍的木材性質不同，造成受力時 容易有因密度不均發生應力集中而開裂(crack)，對於強度 的影響很大。建築用材因所涵蓋的斷面較大，所以幾乎都 含有節，但相較於抗拉強度，節對於抗壓強度的影響較小，
且生節的影響也較死節小(王松永與丁昭義，2008)。