設計發展過程與施工方式規劃

因受此基地種種條件限制，在設計發展時除達成基本的使用機能及結構穩定要 求外，構造形式與施工之考量亦成為影響設計之一大主因。圖 3.30 為初始發展之基 本型體，設計時首先構想如何達到結構穩定之基本目標，從窗台向外延伸一平台空 間後，依基地一設計之經驗，增加下方坐於外側梁上之構件，利用外側下方梁及窗 台底部提供垂直向與水平反力，上方構件則同基地一設計維持在垂壁內部，並與下 方構架連結一體，最後為防止構架向走廊側傾倒，並且考量利於在走廊側施工等因 素，將上方垂直構件向下延伸至樓板。

圖 3.30 基地二之設計基本型

此基本型在受自重與外加水平力作用下之反力平衡方式如圖 3.31 所示，圖 3.31(a) 所示為受構架自重時，垂直向反力由樓板及外側梁承擔，自重產生之彎矩依靠上方垂 壁與窗台底部之側向反力平衡；圖 3.31(b)為受向外水平推力時，由垂壁及窗台底部產 生之側向反力即可平衡水平力與彎矩；圖 3.31(c)受向內水平力時，上方垂壁無法提供 向外反力，僅由窗台底部承擔，水平力造成之彎矩需與與自重平衡，因此構架無法承 受過大之向內水平力，可承受向內水平力之極限由構架自重決定之。

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(a) 構架自重 (b) 向外水平力 (c) 向內水平力 圖 3.31 構架受不同外力作用時基地結構體支承行為

為使此構架能順利在窄小窗口的限制下完成安裝，本研究發展可展開也可折疊 收納之可變結構，安裝時展開構架使各構件定位於設計位置。設計發展過程以厚度 4mm 之飛機木片製作 1/10 模型進行，以基地一之設計為基礎，但試圖以更精簡之方 式達成類似之型態。

最初設計發展如圖 3.32 所示，由多組 X 型構件相互連接成為可連動機關，將桿 件末端往內側延長並削切成固定角度，則構件轉動後可抵住鄰近之同層次構件，當 所有構件抵住且皆承受軸壓力時，此構架即可形成最終固定形態。若調整末端削切 角度，使前後層次之構件在旋轉後，於側面上呈現重疊關係，將可令整體型態看來 更為精簡，如圖 3.33(a)中黑色虛線與灰底構件所示。

此單元之優點為將構造層次簡化為兩層，無需如基地一在部分接點加墊第二層墊 塊，可簡化施工程序，並且因構件可相對轉動，在起始型態時可折疊成較小的體積，

利於搬運與收納，在施工時為可變動型態，達成最終固定型態後只要於邊界施予正確 方向之外力，使構件全受壓，即可成為一組穩定之平面結構。施力方向應如圖 3.33(a)

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所示之一組內推力，其構件內力簡化為圖 3.33(b)及圖 3.33(c)兩層次之鏡射單元，以 廣域(Global)座標軸來看，水平向的內推力使構件間接觸介面處產生一組反力，此組 反力最終由支承端承擔，並且各組 Global 座標軸水平內力轉換為構件內 Local 座標軸 後，可確認各構件皆為受壓狀態，將兩層次鏡射組合即為圖 3.33(a)所示之內推力與反 力狀態。如構架兩端轉換為外推力，將使各構件接觸介面處反力方向相反，造成各構 件皆受拉，但構件接觸介面並無外加固定用拉力構件，導致構件內力無法順利傳遞，

使整組構架成為不穩定結構，因此此結構只能承擔特定方向外力。

(a) 起始型態 (b) 過程一 (c) 過程二

(d) 過程三 (e) 最終固定形體 (f) 構造細部 圖 3.32 基地二之 X 型可變結構機制

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(a) X 型結構層次關係與支承反力

(b) 層次一

(c) 層次二

圖 3.33 X 型結構層次關係與結構行為

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將上述構造方式實際應用於本基地時，會發現在構件旋轉的過程中所需的空間 較完成之形體大上許多，為配合基地之窄小窗框，將令構架最終可使用之空間非常 窄小。因此本文保留部分可折疊展開之機制，同時將型態調整回最初的基本型，修 改成如圖 3.34 所示之單元，各構件尺寸長度如圖 3.35 所示，使用之最長構件為 1552mm，內部可使用空間淨高 870mm。為求輕便，盡量簡化構件數量，求最少支 構件達成設計目標，以共計 9 支構件與 11 處固定螺桿構成一組平面單元，構造上也 僅有兩層層次，每支螺桿固定對鎖兩支構件，不需要加墊塊輔助，方便施工不易出 錯。

圖 3.34 基地二平面結構單元

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圖 3.35 基地二之單元及構件尺寸(mm)

安裝過程如圖 3.36 所示，一開始先不安裝 A3 與 B4 構件接點處之螺桿，將單元 折疊，使其高度小於窗框高度 1200mm，施工人員可由走廊上將折疊之單元伸出窗 台外，在手仍可觸及的範圍內，以順時針方向旋轉外側下方 A5 構件至抵住相鄰構 件為止，如圖 3.36(c)所示，同時使水平構件 A1 與 B4 分別向上下展開，將已固定的 A5 構件安置於梁上方，如圖 3.36(d)所示，自重與梁給予的向上反力使得 A5 構件受 壓，並維持抵住之穩定型態。接著將單元內側垂直地面相互並排的 B1 與 A3 兩支構 件分別各以順、逆時針方向對轉，直至同時抵住相鄰構件，再將一開始未安裝之 A3 與 B4 構件接點處之螺桿安裝定位，如圖 3.36(f)所示，完成單元安裝。同樣藉由自 重及樓板給予的反力，使構件維持抵住之受壓型態。為使結構更加穩定與防止意外 方向之外力，另再加上如圖 3.34 中黑線示意之緊結器，拉住緊結器兩端接點處螺 桿，使最終幾何形狀可維持固定不變。

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(a) 單元外部伸出窗台外 (b) 展開單元外部

(c) 單元外部轉至定位 (d) A5 構件安置於窗台外側梁上

(e) 展開單元內部 (f) 固定螺桿安裝完成

圖 3.36 基地二設計之平面單元安裝施工順序

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以飛機木製作之模型如圖 3.37 所示，可在同為 1/10 比例之基地模型上操作，嘗 試平面單元展開之流程，並且在模型上施以各向外推力，驗證圖 3.31 分析之支承端 反力情形。在面外方向因尚未有任何構件固定，因此受面外方向水平力時，會使平 面單元發生擺動或是傾倒之情形。

(a) 窗台外側 (b) 走廊內側

圖 3.37 平面單元 1/10 模型

完整設計如圖 3.38 所示，不同於基地一為多組平面單元重複並排，本基地因載 重較小，僅使用兩組相互鏡射之平面單元，兩組單元間以多處側向構件連結，以維 持面外穩定性。側向連結構件安裝位置亦須考慮施工上的可及性，最後安裝具置物 功能之底板與側板，整體設計如圖 3.39 示意。兩平面單元構造間的最大距離與補強 構件之需求，經第四章結構分析檢討後決定。

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(a) 兩側鏡射平面單元 (b) 加入側向連結構件

(c) 側板安裝 (d) 底板安裝

圖 3.38 基地二之最終設計組成

圖 3.39 基地二之最終設計之 3D 模擬圖

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