結構修復技術整合型研究計畫-台灣傳統古蹟及歷史建築耐震能力之基礎研究（三）子計畫1：傳統穿鬬式木構架木樘板的力學試驗及整體結構分析

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(1)結構修復技術整合型研究計畫台灣傳統古蹟及歷史建築耐震能力之基礎研究（三）子計畫 1：傳統穿鬬式木構架木樘板的力學試驗及整體結構分析. 內政部建築研究所委託研究報告中華民國九十四年十二月. I.

(2) PG 9 4 0 2 － 0 4 6 7 ０9 4 3 0 1 0 7 0 0 0 0 G 1 0 1 5. 結構修復技術整合型研究計畫台灣傳統古蹟及歷史建築耐震能力之基礎研究（三）子計畫 1：傳統穿鬬式木構架木樘板的力學試驗及整體結構分析. 受委託者：中華民國建築學會研究主持人：徐明福研. 究. 員：張紋韶. 研究助理：陳偉傑. 內政部建築研究所委託研究報告. II.

(3) 目次. 中華民國九十四年十二月. 目次. 表次. ……………………………………………. Ⅲ. 圖次. ……………………………………………. Ⅴ. 照片次 ……………………………………………. Ⅸ. 摘要. ⅩⅢ. ……………………………………………. 第一章緒論………………………………………. 1. 第一節研究緣起與背景………………. 1. 第二節文獻回顧………………………. 2. 第三節研究方法………………………. 5. 第二章木堵板牆名詞釋義及構造形式分析……. 7. 第一節木堵板牆類型、牆體部位及框架. 第二節. 之名詞釋義……………………. 7. 木堵板牆構造特徵之解析……. 10. 第三節木堵板牆體與其它壁體材料之. III.

(4) 目次. 構成關係………………………. 13. 第三章木堵板牆之施作程序及尺寸分析………. 19. 第一節木堵板牆施作方法及組立程序. 19. 第二節. 木堵板牆各項尺寸分析………. 29. 第四章木堵板牆力學性能試驗之規劃與結果…. 37. 第一節. 木堵板試體規劃………………. 37. 第二節木堵板牆體力學試驗…………. 44. 第三節. 實驗結果………………………. 45. 第四節實驗結果討論…………………. 56. 第五章結論與建議………………………………. 61. 第一節結論……………………………. 61. 第二節. 建議……………………………. 62. 附錄一雲嘉南地區木堵板壁各項尺寸一覽表…. 63. 附錄二期末簡報會議記錄………………………. 73. 參考書目……………………………………………. 77. IV.

(5) 表次. 表次表 1-1. 板縫接合類型……………………………… 3. 表 2-1. 木堵板牆名稱及類型對照表……………… 8. 表 2-2. 雲嘉南地區穿鬬式架扇各段壁體材料一覽表…………………………………………… 15. 表 2-3. 架扇壁體材料組合之數量統計表………… 16. 表 3-1. 雲嘉南地區木堵板牆各項尺寸分析表…… 34. 表 3-2. 釘孔間距尺寸表…………………………… 35. 表 4-1. 影響木堵板牆體剛度因子表……………… 38. 表 4-2. 木堵板牆試體控制因子水準安排表……… 39. 表 4-3. 各組試體力學試驗結果分析表…………… 55. 表 4-4. 各因子的影響程度表……………………… 58. V.

(6) 表次. VI.

(7) 圖次. 圖次. 圖 1-1. 壁體受力後破壞情況……………………… 5. 圖 1-2. 壁體表面經受力後產生垂直裂縫………… 5. 圖 2-1. 穿鬬式架扇壁體分佈示意圖……………… 7. 圖 2-2. 木板裁切示意圖…………………………… 12. 圖 2-3. 雲嘉南地區穿鬬式架扇各段壁體材料組合之類型示意圖……………………………… 14. 圖 3-1. 邊鉋構造示意圖…………………………… 20. 圖 3-2. 平鉋構造示意圖…………………………… 20. 圖 3-3. 製作公母啣過程示意圖…………………… 21. 圖 3-4. 槽鉋構造示意圖…………………………… 22. 圖 3-5. 邊框溝槽施作示意圖……………………… 22. 圖 3-6. 木堵板牆組立示意圖……………………… 27. 圖 3-7. 下腰堵高寬值散佈圖……………………… 30. 圖 3-8. 下腰堵單板寬度及壁體總寬值散佈圖…… 30. VII.

(8) 圖次. 圖 3-9. 上腰堵高寬值散佈圖……………………… 31. 圖 3-10 上腰堵單板寬度及壁體總寬值散佈圖…… 32 圖 4-1. 木堵板試體構造示意圖…………………… 40. 圖 4-2. 竹釘構造示意圖…………………………… 41. 圖 4-3. 實驗架及試驗設備示意圖………………… 44. 圖 4-4. 壁體未試驗前竹釘之狀況………………… 50. 圖 4-5. 釘孔對角處已產生應力集中，並逐漸擠壓頂孔………………………………………… 50. 圖 4-6. 竹釘扭曲並有引拔出釘孔的現象………… 51. 圖 4-7. 竹釘中段產生局部纖維組織破壞………… 51. 圖 4-8. 竹釘纖維破壞區域逐漸增大……………… 51. 圖 4-9. 對角處造成直接剪斷現象………………… 51. 圖 4-10 試體 A2 旋轉行為…………………………. 52. 圖 4-11 板材位移示意圖…………………………… 53 圖 4-12 板材與橫框溝槽關係圖…………………… 53 圖 4-13 牆體破壞示意圖…………………………… 53 圖 4-14 木堵板牆邊框溝槽破壞示意圖…………… 54. VIII.

(9) 圖 4-15 A3 試體載重層間變位曲線圖……………. 圖次 55. 圖 4-16 A 類及 E 類試體載重層間變位曲線圖…… 56 圖 4-17 各個因子的影響反應圖…………………… 58 圖 4-18 木構架整體評估示意圖…………………… 60. IX.

(10) 圖次. X.

(11) 照片次. 照片次照片 2-1. 平直型堵板……………………………… 9. 照片 2-2. 平直型的堵板，也有施作於民宅的前簷牆………………………………………… 9. 照片 2-3. 凸肚型堵板之斷面……………………… 10. 照片 2-4. 凸肚型堵板四邊角落刻有弧形花邊…… 10. 照片 2-5. 萬字堵板………………………………… 10. 照片 2-6. 神龕壁之麻縫堵………………………… 10. 照片 2-7. 堵板乃由數塊不同寬度之單板構成…… 11. 照片 2-8. 堵板之橫切面型態……………………… 11. 照片 2-9. 壁體尾端板材小於其它板材之寬度…… 13. 照片 2-10 寬度尺寸不符時，匠師往往於現場進行裁切……………………………. 13. 照片 2-11 架扇第一穿以上的堵板………………… 17 照片 2-12 板材需依照彎插形體進行加工………… 17. XI.

(12) 照片次. 照片 2-13 編泥牆具有較高的可塑性……………… 17 照片 2-14 架扇第一穿以上壁體採用堵板，為調查樣本數量最少者………………………… 17 照片 3-1. 邊鉋……………………………………… 20. 照片 3-2. 平槽鉋…………………………………… 20. 照片 3-3. 槽鉋……………………………………… 22. 照片 3-4. 木堵板壁的加工，必須一併處理……… 24. 照片 3-5. 編泥牆之骨架材直接搭接於木構件…… 24. 照片 3-6. 安裝壁體時，，匠師隨時作適當的調整… 25. 照片 3-7. 上腰堵壁體壁體總寬遠大於平均值…… 33. 照片 3-8. 由門框與線框間填充板材……………… 33. 照片 4-1. 試驗所選用的竹釘……………………… 41. 照片 4-2. 以圓盤鋸裁切板材接合口……………… 42. 照片 4-3. 長向面之裁切口………………………… 42. 照片 4-4. 公母銜接口……………………………… 42. 照片 4-5. 以電鑽鑿出竹釘孔之深度……………… 42. 照片 4-6. 將竹釘敲入板材的釘孔………………… 42. XII.

(13) 照片 4-7. 置入竹釘後，將各片板材依序組裝…… 照片次 42. 照片 4-8. 以衝孔機鑿出螺栓孔…………………… 43. 照片 4-9. 邊框的自由變形………………………… 43. 照片 4-10 裁切壁體使其能邊框的實際尺寸……… 43 照片 4-11 以鐵鎚敲擊壁體………………………… 43 照片 4-12 竹釘扭曲並破壞纖維組織……………… 45 照片 4-13 竹釘造成竹釘剪斷現象………………… 46 照片 4-14 橫框溝槽造成溝槽纖維的壓陷………… 46 照片 4-15 板材下側末端產生垂直裂縫…………… 48 照片 4-16 壁體末端之垂直裂縫…………………… 48 照片 4-17 壁體中段變位量較大…………………… 48 照片 4-18 溝槽破壞多集中於壁體中央處………… 49 照片 4-19 E 類壁體中段之竹釘在受力後，多呈現纖維組織之破壞…………………………… 49 照片 4-20 竹釘輕微的扭曲………………………… 50. XIII.

(14) 照片次. XIV.

(15) 摘要關鍵詞：穿鬬式木構架、木堵板、足尺實驗木堵板牆為台灣傳統穿鬬式木構架最常見之填充材，過去對於木堵板牆構造僅有少部分調查紀錄，對於其力學特性則沒有相關研究，本文透過田野調查及實體實驗針對雲嘉南地區傳統木堵板牆之構造特徵與力學特徵進行研究，以作為日後文化資產保存實務之參考。. 田野調查主要調查雲嘉南地區傳統木堵板牆在建築物之位置、構成材料、構造方式及尺寸等特徵，並透過匠師訪談與木堵板牆實際製作記錄學習木堵板牆相關製作程序與細部構造特徵；實體實驗則根據田野調查結果規劃試體，藉由足尺壁體水平力實驗了解各試體之力學特徵。本研究以田野調查結果作為試體規劃之依據，藉由 15 組試體實驗以了解木堵板牆壁體結構行為，實驗變因則包括木堵板壁體尺寸、單板尺寸與數量等項目。. 在實驗結果方面可以歸納兩點結論。首先，單版的寬度對於壁體整體的水平側向勁度並沒有顯著的影響，也就是說不論單版的寬度為多少，對於同一幾何尺寸的壁體來說影響並不大。另外，影響壁體的水平側向勁度的因素主要為壁體的寬度、高度與寬度及高度的乘積（亦即高度與寬度的交互作用）。在這三個主要因素中，以壁體的寬度影響最大，高度與寬度的交互作用次之，而壁體的高度影響最小。在分析這些資料以後，本文亦利用實驗設計法提出如何評估木堵板壁體的水平側向勁度，該資料可做為未來進行構造安全評估時的參考。. XV.

(16) XVI.

(17) ABSTRACT Key words：Chuan-Dou timber structures, wooden shear wall, Full-scale experiments. Wattle and daub wall is the main filling component in Taiwan’s traditional Chuan-Dou timber frames. Since the materials of the wattle and daub walls are naturally available and recyclable, it may be more and more important to all human beings. However, limit researches have been carried out so far to explore the seismic performance, the construction process, as well as the building characteristics. To understand the building and structural characteristics of this kind of walls, field investigations and experiments were conducted. Construction process and building characteristics of the walls, such as building materials, geometry were recorded in field investigations, and the data collected were used as a reference for experiments of these walls. A total of eight specimens were tested to study the main factors that affect the structural characteristics of the walls. The initial stiffness, maximum strength and strength descending rate of the specimens were studied after the experiments. The final results show that, daub works are the main factor that affects the initial stiffness and the maximum strength of the walls. The walls with more studs, rods also have a higher initial stiffness and the maximum strength. Walls with sheets that can grasp clay firmly also have higher strength descending rate. However, walls with long rods inside occurred out-of-plane bulk, and the strength descent rapidly.. XVI I.

(18) 第一章緒論第一節. 研究緣起與背景. 本研究案係內政部建築研究所『台灣傳統古蹟與歷史建築耐震能力之基礎研究』第三年計畫，主要延續上一年度針對穿鬬式木構架中牆體之力學性能研究。在上一年度中，主要針對傳統邊泥牆進行田野調查及力學性能之研究，而本年度則主要著重於傳統木堵板牆之田野調查與力學性能研究。傳統穿鬬式木構架做為住宅用途時，常常需要隔牆來區別空間，這些隔牆往往是由扇架與內填充材（如編泥牆或木堵板牆1）所組合而成，且這樣的構法在許多地方（如中國與日本）亦相當容易發現。一般認為此類構造的垂直自重是由木構架本身來承受，而牆體則負責抵抗水平力（如風力或地震力）。因此從結構評估的角度來說，針對個別結構構件（諸如牆體、梁柱構架與接點等）進行個別力學研究，瞭解其在側向力作用下的反應可作為建立結構安全評估的基礎資料。而本整合型研究計畫最終的目的在於建立一套適用於台灣傳統穿鬬式木構造的結構安全評估方法，而去年已經針對傳統邊泥牆進行研究，因此本年度乃針對傳統木堵板牆進行力學性能之研究。本年度主要利用田野調查的方式整理國內木堵板牆之尺寸、材料及構法等基礎資料，並透過實體實驗方式來探討傳統木堵板牆之勁度與其強度影響因子，其研究之成果可作為下一年度建立傳統穿鬬式木構架整體安全評估時之基礎資料。. 1. 木堵板牆：經匠師訪談後，以實木板作為隔間之構造並非稱「木樘板」，而稱之為「堵板」，因此本文為符合調查結果，將此構造統稱為「木堵板牆」。. XVI II.

(19) 第二節. 文獻回顧. 國內過去以木堵板牆為研究對象的文獻不多，大多僅是針對牆體構造分類簡略的說明。在板壁構造方面，板壁因往往需要較寬的板材接合，為使板材能接合牢固需要「拼接機構」，板材的接合分為平縫（平邊接合）、龍鳳榫（榫舌與縱槽邊接）、裁口（嵌槽邊接）、銀錠扣、穿帶、抄手帶、栓槽邊接及合釘邊接。本研究首先整理相關文獻中有關板材接合方式，結果如表1-1 所示。近來現代木構造對於木板牆的試驗研究相當豐碩，但多集中於合板、定向粒片板（OSB）、中密度合板（MDO）、高密度合板（HDO）等，其多為經過人工處理加工後的產品，雖與本文研究對象性質有所差異，但其試驗裝置及力學特性仍可為本文參考。許妙戎在（2001）探討利用非破壞檢測預測破壞性試驗粒片板特性與材料強度的可行性。該文利用萬能試驗機及超音波檢測靜曲破壞強度（MOR）、靜曲彈性係數（MOE）、內聚強度（IB）及縱向波速。試驗後利用所測的波速換算的動彈性係數（MOEd），也可用於預估試材的靜曲破壞強度及靜曲彈性係數。洪國榮（1998）針對被淘汰的木構件進行強度試驗，主要為討論汰換的構件其機械強度，並了解構件更換的因子。以萬能試驗機檢測其縱向壓縮強度、剪力強度及靜曲破壞強度。實驗後，發現以樟木製的板材壓縮強度、剪力強度及靜曲強度最低。合板單板試驗，唐讓雷（2002）有鑑於台灣合板的原料均以進口放射松造林木為原料，但考量合板工業在概念及資源需積極改良與更新故針對省產射松造林木作板材膠合剪力強度試驗。試體材料採用放射松、柳杉及台灣杉製成面積為50mm×100mm，厚度為2mm及6mm合板，依照國家標準（CNS 880322）所訂之膠合性能試驗，進行力測定。試驗後發現高佈膠量的合板試體，不論. XIX.

(20) 何樹種其木破率維持80％以上，並無低於60％情況發生，證實出合板的膠層剪力強度隨佈膠量多寡呈正相關係。. 在木造牆體的剪力實驗方面，葉民權等（2003）利用框組壁工法的實大尺寸剪力牆施予水平往覆載重來探討具有不同類型開口（如門與窗）牆體的水平剪斷性能，並提出改善的方法。結果顯示在相同的開口寬度下，牆體具有門開口之剪斷強度與剛度均較窗開口的試體低約23%，而韌性亦降低約 25%，顯示開口的形式與大小影響牆體力學行為相當大。吳康正等（2004）則利用鐵件針對日式編竹灰泥牆體進行補強，以瞭解不同補強措施的有效性。實驗結果發現，利用角鐵-魚尾螺栓補強的編竹灰泥牆體在剪斷強度上有最佳的表現，整體提高約147%。本整合型計畫之上年度研究計畫針對雲嘉南地區傳統民宅進行田野調查共88處案例，並現場量測傳統民宅簷牆上段、簷牆中段、架扇上段、架扇中段壁體各項尺寸。經過分析，決定共八組編泥牆試體，其尺寸皆設定為90cm ×90cm×6cm，並將壁體四周邊框接點作為鉸接，以利探討純粹編泥牆之水平力抵抗強度。實驗結果得知，壁體破壞模式為縫、壁土脫落骨架材與壁土與內部骨材脫離現象。分析後發現暗梗數量、籬梗數量為影響壁體初始勁度與強度的因子。壁土有無及剝落情況對壁體強度影響甚巨；暗梗部分由實驗的結果得知，暗梗數量最多者為強度最大之試體；籬梗數量多寡會越影響籬梗與籬仔間的鬆緊程度籬梗數量越多試驗的初始勁度與最大強度較佳，反之則較弱；籬仔編法分為豎竹與倒竹兩種，會影響壁土握裹力，試驗後發現豎竹試體壁土脫落的面積小於倒竹試體的剝落面積。上一年度由於僅探討暗梗數量、籬梗數量、籬仔編法與材料（竹或五節芒）對於整體力學行為的影響，並沒有將牆體的幾何尺寸納入考慮，因此其應用性較小，本年度的研究計畫將參考上一年度的實驗裝置，並將牆體的幾何尺寸納入討論（徐明福等， 2004）。. XX.

(21) 第三節. 研究方法. 本研究首先利用前兩年度田野調查資料作為基礎，針對雲林、嘉義、台南等縣市進行木堵板牆的田野調查。調查重點在於壁體的尺寸、板單元數量與尺寸、單元板的接合方式與竹釘數量。另外同時針對現在或曾經有實作經驗的傳統匠師進行訪談，藉以瞭解匠師對於各種相關部位的稱呼與施作過程，及其對構法的思考流程進而整理出組構流程。. 在分析及參考田野調查資料結果後，共規劃15組試體進行力學試驗，變數設定在牆體的幾何尺寸差異與單板寬度，以討論木堵板牆體的力學特性，並進一步探討影響其勁度與強度的影響因素。. 第二章木堵板牆名詞釋義及構造形式分析雲嘉南地區對於木板的隔間構造則稱之為「堵（Tó）板」，其中「堵」也為壁體的基本單位。由雲嘉南地區穿.式民宅的現況調查發現，施作在穿鬬式架扇間的木板隔間是由堵板及框架構成，因此首先將訪談匠師的口述資料作整理，統合出堵板類型、壁體部位、框架及板材接合的通用名稱；構造方面以現況調查作為基礎資料，並配合兩件解體調查案例（雲林縣頂寮許厝與台南縣佳里杜厝）解析堵板的構造特性及接點模式。. 第一節. 木堵板牆類型、牆體部位及框架之名詞釋義. 穿鬬式架扇木堵板牆的類型，依照堵板斷面可分為平直型、凸肚型及表. XXI.

(22) 面施有花草及雕刻者三種；依穿鬬式架扇壁體施作的部位可分為一穿以上及一穿以下兩大區域，且後者壁體又可分為中段橫向邊框上、下區域及架扇開口上方部位，如圖2-1所示。各類型及部位的壁體名稱本章則依照匠師訪談的資料整理如表2-1，並詳細說明其名稱及定義。. 一、平直型堵板受訪的匠師皆稱之為「堵板」，其特徵為板面裡外平直，表面無作雕刻者（照片2-1）。此種類型的施作範圍極廣，根據調查樣本發現，除作為穿. 式架扇主要隔間外，也有應用於民宅的前簷牆及神龕壁。裝飾方面，壁體在安裝後，於板正面施以彩繪、油飾或直接呈現板材的原貌（照片2-2）。. 二、凸肚型堵板此類堵板匠師稱之為「膨堵」、「鲇（Liam）肚」、「花堵」及「桃花彎堵板」。膨堵及.肚的名稱，主要是形容壁體之型態，特徵為底端平直而中央處向外凸出，且厚度大於平直型，故稱之（照片2-3）；花堵及桃花彎堵板，則是描述堵板面的四邊角落刻有弧形花邊而稱之（照片2-4）。至於施作位置及裝飾大致上與平直型堵板相同。. 三、表面刻有花草或線條的堵板此種類型的堵板，台南縣將軍鄉吳權坤匠師（萬能師）認為此類的堵板統稱為「雕刻堵」。依照堵板的雕刻形式分為「萬字堵」及「麻縫堵」，前者為堵板表面刻有萬字形圖案稱之（吳全坤匠師）（照片2-5）；後者則為堵板面刻有通花圖案的透雕堵板（陳永寶匠師）（照片2-6）。關於此種堵板的施作，先由大木匠師將其形體製作完成後，再交由小木作雕刻師傅進行雕刻（鄭楠騰匠師）。根據現況調查其施作位置主要運用於民宅的神龕壁、架扇. XXI I.

(23) 開口上方及前簷牆的門扇。. 第二節. 木堵板牆構造特徵之解析. 由雲嘉南地區木堵板牆的現況調查發現，穿鬬式架扇上各單元壁體是由不同寬度的數片單板拼板而成（照片2-7），由堵板的橫切面得知（照片2-8），堵板之長向皆為順紋方向。訪談的匠師認為造成壁體各板材寬度不同的原因主要是受樹幹型態、壁體總寬及壁體施作過程的影響。在此將形成堵板構造特徵之因素分析如下。. 一、板材之寬度受樹幹徑距限制. 由原木鋸成板材基本上有「弦鋸法」 Plain-Sawed 及「徑鋸法」 Quarter-Sawed（龔肇鑄1978）。如圖2-2所示，圓木所裁切下的板材，其最大寬度約在心材的區域，其餘則依照圓木的形體，板材寬度則逐漸遞減，故每單元板材的寬度受到樹幹徑距所限制。在組裝寬度較大壁體時，大木匠師為減少板材的耗損，大多採用拼板方式。. XXI II.

(24) 二、壁體總寬及施作過程影響. 施作於穿鬬式架扇的堵板在備料過程中，取得符合壁體高度的原木較為容易，但若需符合壁體總寬的原木較為困難。因此大木匠師按照設計的壁體寬度，依裁切後的單板寬度計算出所需拼板的數量來進行壁體安裝。因板接合之材邊需要配合公母銜（板材接口模式）、溝槽深度及壁體寬度設計的尺寸，所以在拼板時，尾端所放置的板材往往會有尺寸的誤差，此時匠師會另外再選擇一片尺寸適當的板材組裝或將原有板材裁鋸成所需之寬度（照片2-9 及2-10）。. 第三節木堵板牆體與其它牆體材料之構成關係從雲嘉南地區現況調查發現，穿鬬式架扇以木堵板牆作為隔間壁體的案例中，並非架扇各段壁體皆採用堵板，而是呈現多元的壁體材料組合，包括木堵板牆、編泥牆及磚，因此首先將所調查的43個案例，依照架扇壁體劃分區域（架扇第一穿以上區域、上腰堵及中腰堵），並配合壁體材料可區為A、 B、C、D、E、F六種組合，並將各組壁體分佈及材料種類整理如表2-2及圖2-3。. 經過統計後，A、B、C三類出現的頻率最高，共38個案例；D類有2案例； E、F類各1案例如表2-3。各組類型出現於穿鬬式架扇頻率之差異，依照匠師之說法大致上可分為屋主層面、壁體材料特性、施作的難易程度。在壁體特性方面，架扇底部的磚層主要目的在隔絕濕氣，對於磚層隔間壁體材料的運用較靈活；將磚作為下腰堵的壁體材料，其防潮效果最佳。在施作的難易程. XXI V.

(25) 度方面，匠師均認為架扇第一穿以上的壁體採用木堵板牆，在施工上非常耗時，有時屋頂的雨水會由隙縫滲入板材，因此木堵板牆較不適用於上堵部位（吳全坤師傅）。除此外，依照實際壁體材料的分佈，可能與其結構性能有關，因此將壁體施作難易程度及壁體材料結構性能，進一步討論影響堵板與其他壁體材料的構成關係。. 一、壁體施作的難易程度 1. 受到壁體的幾何型態限制，上腰堵及中腰堵所構成的壁體矩形空間，因此三種材料並不受限。而第一穿以上的壁體區域採用木堵板牆共4案例，且D 類及E類為混合造，即採用木堵板牆與編泥牆作為壁體材料，此兩類的堵板多施作於穿材及穿材間（照片2-11），因其壁體型態與上、下腰堵同為矩形空間，故木堵板牆施作難易程度較低。穿材與彎插間的壁體，採用木堵板牆者僅2案例，其數量較少主因為此區域的壁體非完整的矩形（照片 2-12），堵板上緣必須依照彎插的形體裁切板材，施作不易。故因此推斷第一穿以上的壁體較少採用堵板作為隔間材料。 2. 受限於壁體的施作程序。從訪談得知架扇壁體的施作乃由下至上，因此當架扇的主結構（落柱及穿材）組立完成後，便可進行壁體的安裝。在各案例中發現，編泥牆運用於下腰堵以上的壁體區域較頻繁，主要是編泥牆的施作，當架扇各構件及堵板組立完成後，再進行編壁及抹土，且編泥牆的可塑性較大（照片2-13），適用於架扇任一部位之壁體，故編泥牆為六種組合中，最常使用的壁體材料。綜合上述所討論之結果，可了解F類型的材料組合（全部為木堵板牆）使用的頻率較少（照片2-14）。. 第三章木堵板牆之施作程序及尺寸分析本章將雲嘉南地區現況調查所量測的木堵板牆尺寸統計方式分析，其項. XX V.

(26) 目包括壁體寬度、高度、單板寬度及壁體厚度及釘孔間距等，藉此了解各段壁體的幾何關係，並解析各尺寸值之差異。本章所討論木堵板牆的施作方式及尺寸分析數據會作為下一章木堵板壁試體製作及設計的參考。. 第一節. 木堵板牆施作方法及組立程序. 一、木堵板牆板材邊接及邊框溝槽之施作方法對於板材邊接及溝槽的製作，受訪的匠師皆認為台灣在未引進現代機械時，皆都採用手動工具，且多以鉋刀及平鑿為主，關於各工具之名稱匠師多通稱為「鉋刀」，但依照匠師所提供的工具在形式上有所差異，因此在名稱方面參考《台灣傳統建築術語辭典》（李重耀、李學忠1999）中的說法，以便區分各工具在使用及形體上的差異。以下則將板材邊接及邊框溝槽的製作方式作詳細介紹與說明。. (一) 板材邊接壁體板材的邊接稱之「公母啣」，由於此接法的特色必須將板材接合處於橫向及垂直向裁切（約為板材厚度的一半），所使用的工具稱「邊鉋」（製作公母啣）及「平鉋」（修飾木材表面）。邊鉋的特色為底端的木塊呈「L 形」，共有兩向度之刀片，垂直向的刀片主要是切斷垂直木理方向的纖維；斜向則為切斷平行於木理方向之纖維（照片3-1及圖3-1）。平鉋，其底端的木塊平整，僅設置斜向刀片（照片3-2及圖3-2），主要只為修飾平行於木理之表面用。在施作方面，首先將邊鉋置於板材邊，依照匠師的習慣，刀口以正向或反向水平移動邊鉋，逐漸削去材邊厚度，直到板材接口深度符合厚度的一半為止，最後再以平鉋將板材接口不平整處作修飾，便可完成板材的公母啣。其施作方式如圖3-3所示。. XX VI.

(27) （二）邊框溝槽製作線框或堵框與壁體接合部位的溝槽主要採用「槽刨」（照片3-3及圖3-4），由於溝槽本身的型態（槽鉋之斷面為凸字形），故切斷木材垂直木理方向之纖維，需一對垂直刀片；而斜向刀片之構造則與邊鉋相同。在製作溝槽時，先選擇適合壁體厚度的槽鉋，再將槽鉋置於線框或堵框的一端，操作方向則與邊鉋相同。當鉋製完成後，若溝槽低端仍未平整，再以平鑿最後的修飾，其過程如圖3-5所示。. 二、木堵板牆之組立基本原則. 穿鬬式架扇壁體的組裝依照次序為設計、備料、基礎放樣、各構件加工及最後組立。由匠師訪談得知，木堵板牆的施作基本上是與架扇的主要構件交錯進行，並沒有一定的程序，且組立的過程往往受到場地、構件尺寸誤差等作適當的調整，也就是「因地制宜」。雖然匠師多認為壁體的組裝無標準程序，但其中仍有的基本原則存在，因此本文將訪談結果及木堵板牆的現場施作紀錄解析穿鬬式架扇壁體組立的原則。. （一）匠師在將架扇各構件及壁體尺寸決定後，便進行放樣及備料的工作，準備的材料包括所有的木構件及木堵板牆所需的板材，接著依照設計尺寸將所有構件（包括大木結構、堵板、線框或各段堵框）裁切及製作各構件之接點，換句話說所有木構件的加工必須一併處理（照片3-4），最後再進行架扇及壁體組立。（二）架扇的大木構件（落柱及穿材）若基地面積較大時，此情況可將落柱及穿材先行在地面組裝在立起。一般的情況先組裝中柱、前後架柱（落柱以架扇橫跨的架數決定）及彼此間的穿材，再將架扇之雛形立起。中柱的部分必須要先固定（因架扇之坡度乃由中柱上之中脊為起始點），其餘的落柱在立起後暫不固定，如此才能進行堵板、. XX VII.

(28) 線框或堵框的安裝。（三）地坪若設有隔絕濕氣用之磚層，必須在落柱固定前先疊砌完成。因磚層主要是介於落柱的間距，依照放樣的位置疊砌，以確立各落柱之位置。（四）基本上穿鬬式架扇壁體的組裝，以由下至上施作為原則。當穿材或彎插等構件組立於落柱時，由於第一穿以上的結構尚未穩定，此時將壁體與框架依次組立後，便可將另一端為固定之落柱接合固定，使架扇基本單元穩固。（五）壁體材料的不同，組立的程序會有所差異。根據雲嘉南地區穿鬬式架扇調查得知，磚、堵板及編泥牆三種材料的施作，依照次序為木堵板牆、磚及編泥牆。木堵板必須安裝於線框或堵框的溝槽內，若將框架與大木構件組立後再安裝堵板基本上為不可行，因木堵板的總高度及寬度值之計算皆留有嵌入溝鑿深度，故每單元堵板皆超出壁體範圍。磚造壁體，根據現況調查多施作在架扇的下腰堵，主要是磚造壁體自重大，不宜施作於上腰堵及第一穿以上的壁體，且在施作時必須在各木構件及木堵板安裝完成後再進行疊砌，若在組立過程前已將磚層疊砌好，其灰漿尚未凝固前則組立的過程可能會影響下腰堵磚層的穩定性。編泥牆的施作程序，訪談的匠師多認為是所壁體中最後施作項目，由於編泥牆所需籬梗、籬梗及暗梗等骨架材，乃搭接於線框、堵框或穿材（照片3-5），其過程可能會影響整體架扇的穩定性，不宜先行施作。（六）無論是架扇主體結構或壁體構件及材料，在組立的過程中其各構件之接點往往會有尺寸不合的問題，此時匠師會依照實際狀況作調整，使施作過程能順利進行（照片3-6）。. 三、壁體組立之一般程序. XX VIII.

(29) 了解上述有關壁體組立的原則後，壁體組立大致可分為主體構件組立、安裝線框及堵框、拼板、組件固定、修飾等程序，但在各程序中往往受到壁體材料及構件尺寸差異，施作時匠師則依現況會進行調整，因此以下將架扇壁體的一般施作過程依照上述之程序說明其內容，整個流程可參考圖3-6。. （一）體構件的組立：主體構件主要為落柱及穿材。無論架扇間各段壁體之材料採用任一種組合，首先以架扇中柱做為基準將穿材插入已鑿製好的榫孔中，之後再組合前三架或後三架落柱，此時便可將架扇的基本雛形立起。中柱部分必須要先行固定，其餘的落柱則暫搭接於穿材，以便進行壁體之安裝。（二）安裝線框及堵框：首先施作一穿以下壁體之框架，下腰堵壁體為木堵板牆者，必須先將下堵框已裁製好的榫頭插入中柱最下側之榫孔。接著安裝中柱旁的線框，首先將竹釘敲入線框上已鑿設的釘孔後，然後線框下端的榫頭銜接下堵框之溝槽而線框上的竹釘插入中柱之釘孔完成線框組立。最後再將上堵框安裝於第一穿下側。此時銜接前三架或後三架落柱的線框，先不組裝，主要是為壁體留有足夠的彈性空間，方便壁體的施作。（三）拼板（下腰堵、中腰堵及穿材以上部位）：裁製好的板材（包括公母啣、竹釘孔），以單片組裝的方式逐一置入線框或堵框之溝槽內。首先將單元壁體的第一片單板放入溝槽內，此時連接下片單板的竹釘以放入頂孔內，接著依次安裝各片單板完成單元壁體，便完成下腰堵部分。無論中腰堵是否採用堵板，皆必須施作腰堵框（為固定中腰堵之壁體）。若上腰堵為堵板者，在下腰堵完成後，便將腰堵框一端的榫頭插入線框溝槽，此時腰堵框下側的溝槽便可與下腰堵壁體搭接。至於上腰堵壁體的施作順序則與下腰堵相同。第一穿以上若採堵板者，施作程序與上、下腰堵相同接由下至上施作，一般依照安裝線框、拼板、組立彎插等程序進行。. XXI X.

(30) （四）組件固定：當下腰堵、上腰堵與第一穿以上壁體完成後，便將銜接前後柱之線框與壁體、穿材、彎插及各向之邊框組立，接著前後三架的落柱便可固定。基本上至此階段，已完成穿.式架扇之雛形，至於前後三架落柱之後的構件或壁體的組立，接依照前述的程序施作，當架扇整體完成後，壁體採用編泥牆的區域，就可進行編壁及抹土的程序。（五）修飾：其項目包括木堵板牆之線邊、壁體及大木構件之彩繪。施作時必須等架扇所有的構件及壁體組立穩定後才能進行，此項目多為裝飾用，至於架扇是否需要經過修飾，需依照當時屋主決定。. 由上述的程序可了解，架扇是由裡至外；壁體為由下至上施作為原則。在壁體方面，一般都需以單板安裝的方式，再將各單板拼成壁體單元，其中較為特殊為開天堵的部分，根據羅輝煌匠師的說法，開天堵有分成「先裝」及「後裝」兩種施作方式，前者乃依照壁體施作程序進行，主要是壁體本身的表面無作複雜的雕刻，便可一併組立；後者為壁體表面施有複雜的雕刻，由於雕刻耗費的時間較多，因此大木匠師會將此部分的工作交由小木作匠師處理之。開天堵採用後裝者，其固定壁體的溝槽僅施作於門框兩側，且打槽時以「一淺一深」方式，主要是先將壁體一邊推入較深的槽內，再調整壁體另一端置入較淺的槽位，便完成開天堵的安裝。此外若各壁體有分堵的情況，其施作程序大致與一般的程序相同，故不影響整體的施作程序。. 第二節. 木堵板牆各項尺寸分析. 一、各段壁體尺寸分析由於穿鬬式架扇三段壁體中（第一穿以上壁體區域、上腰堵及下腰堵），第一穿以上的壁體，在實地測量時受到高度限制，並無實測其壁體尺寸，且調查後發現此區域採用木堵板牆作為隔間者，僅4案例；另外開天堵部分，由. XX X.

(31) 於此段的壁體裝飾性較濃厚，且多為填充門楣至第一穿空間用，故在壁體尺寸分析方面不將上述兩區域列入統計的範圍。因此壁體尺寸分析之對象主要為上腰堵及下腰堵的壁體區域，項目包括壁體高寬比、單板寬度、拼板數量及壁體厚度，內容如下列所示。. （一）下腰堵壁體尺寸分析：下腰堵之壁體高寬值，本文共分析189個樣本（包括解體調查），統計之結果發現壁體寬度變異性較大（圖3-7），最大寬度為227cm，最小為3.5cm，而樣本寬度基本上集中在35cm-65cm區間內，若排除變異性較大者（平均值加減三個標準差），其寬度平均值為48.75cm，標準差為7.7cm。下腰堵的高度變異性較小，最大值為103cm，最小值為60.5cm，且高度主要分佈於70-90cm 間，平均高度為80.44cm，標準差為9.89cm。而下堵壁的高寬比，主要分佈於 1.0-2.5區間，若扣除變異較大樣本後，其平均值為1.7，標準差為0.59。下腰堵之單板寬度集中在10cm-20cm（最大值31.5cm，最小值2.5cm），而平均值14.04為，標準差4.88為。至於下腰堵壁體的拼板數量（圖3-8），依照下腰堵壁體總寬的平均分佈（35cm-65cm）之來計算，壁體總寬為35cm-50cm，拼板數量為2-4片；壁體總寬50cm-65cm，其拼板數量為3-6片，基本上壁體總寬越大，拼板數量越多。. （二）上腰堵壁體尺寸分析：. 上腰堵壁體共分析104個樣本，其結果發現上腰堵壁體寬度的變異性也較大（其中最大寬度277cm，最小為3.2cm），寬度值主要分佈在40cm-80cm 間（圖3-9），扣除變異性較大者，其平均寬度為60.87，標準差則為11.5。上腰堵壁體高度與下腰堵相同，變異性較小（最大高度177.5cm，最小值 85.5cm），高度分佈在90-120cm，平均高度122.65cm，標準差24.51cm。上堵壁高寬比主要分佈在1-2區間，扣除變異性較大者，其平均值為2.08，標準差. XX XI.

(32) 為0.84。至於中堵壁單板寬度其最大寬度37.7cm，最小3.2cm，而寬度多集中於10cm-20cm，單板平均寬度16.26cm，標準差則為5.5cm。而上腰堵之拼板數量（圖3-10），依照壁體總寬平均分佈值（40cm-80cm）分析，壁體總寬為 40cm-60cm者，拼板數量為2-5片；壁體總寬為60cm-80cm者，拼板數量為5-7 片，上腰堵與下腰堵的拼板模式相同，壁體總寬與其拼板數量成正相關。. （三）壁體之厚度分析：. 由於壁體厚度量測不易，且同一部位壁體其厚度皆類似，因此木堵板牆厚度所測得的數量僅54個樣本。分析的結果，木堵板牆平均厚度為1.91cm，標準差為0.43cm（最大值3.0cm，最小值為1.1cm）。上腰堵及下腰堵各項尺寸分析中，以壁體總寬的尺寸的差異最大，其主要是受壁體是否有分堵所影響（單元壁體以線框將壁體劃分為二堵或三堵）（照片3-7），從現況調查得知，壁體在橫跨三架或四架的距離時，上腰堵及下腰堵至少會設置一支線框，其中以下腰堵壁體作分堵的情況較頻繁（橫跨三架的壁體至少會劃分為二堵），因此下腰堵壁體的平均寬度較小於上腰堵的平均寬度，且線框設置的量越多壁體寬度越小，反之越大；另外上腰堵及下腰堵壁體的最小值僅3.2cm及3.5cm（照片3-8），位於線框與門框之間的壁體，造成壁體寬度遠小於平均值的主因，可能為匠師在壁體安裝時，依照所設定開口的尺寸將門框先行組裝，但由於開口尺寸與落柱間的尺寸不符，再另以板材填充之。雖然壁體高度的變異性較小，但雲林地區的上腰堵壁體平均高度有較高的趨勢，平均為155.33cm（台南地區為114.24cm、嘉義地區為104.16cm），其原因可能是受到穿.式架扇整體高度的影響，才造成壁體高度的差異。單板寬度上腰堵及下腰堵由表3-1得知，兩者平均值標準差的差異性較小，而其中最大與最小值的落差在25cm以上，此數值落差可能是受壁體在拼板過程，為配合壁體寬度設計，對單板寬度所做的調整。壁體厚度，在分析過程並無區. XX XII.

(33) 分堵板的類型，但.肚的厚度略大於堵板，關於此點是因鲇肚的型態所致，但兩者厚度差異甚小。至於拼板數量與壁體總寬成正相關的關係，基本上此為合理的安排方式。. 二、木堵板壁竹釘孔之間距. 本研究共分析23個樣本（拆解調查19個；現況調查4個），且樣本多取自於拆解調查之案例（雲林縣土庫許厝及台南縣佳里杜厝），以及部分由現況調查所量測之尺寸，且皆為下腰堵之壁體。由於拆解調查中受到現場及屋主意願的限制，故只能取得下腰堵壁體進行分析；現況調查樣本方面，大多為下腰堵壁體受到濕氣或生物破壞，使部分竹釘裸露於壁體表面，才能進行量測，另外上腰堵壁體在調查的43案例中，皆無破損的情況。因此僅能以所測得下腰堵的釘孔間距進行分析，其各樣本間距尺寸整理如表3-2。由表3-2得知，下腰堵壁體各單板間多施作2-3支竹釘，其中施作3支竹釘者，中段至頂端及尾端釘孔間距，有等分的現象，且依匠師的說法，釘孔的設定多是先取頂端及尾端尺寸，若壁體高度尺寸較大時，在於中央處再加設1 支竹釘。施作3支竹釘者，其板材頂端及尾端至釘孔間距平均值約為10cm；施作2支竹釘者，板材頂端及尾端至釘孔間距平均值約為18cm。受訪的匠師認為有時竹釘數量亦會依照板材厚度決定，壁體厚度越大者，其竹釘數量較少，反之越多。. 第四章木堵板牆力學性能試驗之規劃與結果第一節. 木堵板試體規劃. 可能影響木堵板牆體剛度的因子相當多，如壁體高度及寬度、單板寬度. XX XIII.

(34) 及拼板數量、木板厚度、木板材種及材料性質、竹釘數量、板槽及板材接合方式等因子（表4-1）。由於場地及技術的限制，最後決定以木堵板牆體高度及寬度、單板寬度、竹釘數量等四項作為實驗的控制因子。依其參數規劃，共計五種試體，且各種試體皆設計三堵壁體，主要是木材本身的變異性較大，若每組試體只施作一堵，其試驗結果的可信度較低。至於木堵板牆試體設計分為壁體尺寸及試體單板及框架接合，其內容如下所示：. 一、木堵板牆試體尺寸：. （一）將木堵板試體內部的高度及寬度設計為90cm×60cm、90cm×40cm、70cm ×60cm、70cm×40cm四種組合，其中試體高度主要採取下腰堵及上腰堵壁體高度尺寸分佈較多者（下腰堵壁體高度尺寸分佈於70-90cm；下段壁體則為90-120cm），因此選擇高度為70cm及90cm兩種高度組合；寬度部分，下段壁體與中段壁體樣本尺寸主要分佈在35cm-80cm的區域，經過考慮將試體的寬度設定為40cm及60cm兩種寬度的組合，這樣的範圍大約可以含括70%的案例。（二）單板寬度由調查樣本分析出單板寬度主要分佈在10cm-20cm之區間，並決定單板寬度為10cm、15cm及20cm三種尺寸，由三種單板寬度配合試體總寬設計拼板數量。單板厚度則選擇為2cm，因調查樣本的厚度平均值為1.91cm。二、試體單板及框架接合：. （一）板材的接合以拆解調查樣本及匠師訪談的結果，採用「公母啣」方式搭接板材；竹釘部分，則以長度7.5cm的莿竹接合板材（調查樣本竹釘長度平均值為7.29cm，故採用7.5cm長度；竹釘材料則依照匠師的說法，以莿竹為佳。（二）竹釘數量主要是從現況調查及拆解案例取得的資料，分析後以試體高. XX XIV.

(35) 度70cm施作兩根竹釘，以頭尾取10cm，設為釘孔的位置（頭尾尺寸由分析的樣本平均值為9.71cm，因此選擇10cm作為釘孔距離）；試體高度在80cm以上，施作三根竹釘接合板材，頭尾端以19cm設為釘孔間距，在於中段處再設一釘孔（頭尾間距平均值為18.17，選擇以19cm作為竹釘頭尾端釘孔間距）。（三）固定木堵板牆試體之框架，以木框架作為木堵板試體邊框，並於邊框四接點以鉸接處理，使壁體可自由變形。邊框與木堵板接合處再施作溝槽，以固定壁體。. 試體的材料，在現況調查中難以判別木堵板牆使用材料之樹種，因此本試驗則依照訪談匠師的說法（羅輝煌、邱添祥及曹仁生匠師認為板材以杉木居多），以杉木作為壁體材料。至於各組試體的詳細內容參見表4-2；試體大樣圖則如圖4-1所示。. 三、試體製作程序. 由於實驗場地的機具及施作技術上的不足，本文聘請台南縣楠西鄉羅輝煌師傅製作木堵板試體。竹釘方面，材料由台南市信二竹店提供。試體製作依照程序分為竹釘製作、板材加工、邊框製作以及試體組立，其施作過程如列所示：. （一）竹釘製作：竹釘以莿竹為主，基本上取材的部位盡量避免有竹節的區域，因竹釘需接合板材所需的形體必須為平直，根據信二竹店王壬煇先生訪談得知，竹材必須先經過防腐處理，將製好的竹釘置於鍋內並配合海沙或油，經過熱火加溫將竹釘內的水分去除，或也可將竹釘經過日晒數天也具有同樣的效果。因此本試驗所採用竹釘，經過三天的日晒。. XX XV.

(36) （二）板材加工：由於板材接合必須要平整，因此在製作「公母啣」前先行將板材裡外鉋平，進行各板材「公母啣」的加工，將鋸台上圓盤鋸將高度調整為板材厚度的二分之一，首先裁切板材長向面（照片4-2及 4-3），再於短向面裁切，完成「公母啣」之接合（照片4-4）。而各壁體前段及後段的板材只需製作一道接合口，其餘板材兩側皆須施作。各部分接合口裁切後，先將各板材拼成一平面確定接合面是否平整，再於板面繪製竹釘基準線。依照釘孔標示位置以直徑4mm鑽頭鑽出竹釘所需的深度（照片4-5）。各部分加工完成後，便進行拼板程序。先將各竹釘敲入板材一邊（照片4-6），再將另片板材搭接（照片4-7），各組試體的板材皆以此程序進行。（三）邊框製作：為使木堵板壁體能自由變形，先於上下橫框以沖孔機鑿出 6×20cm的榫孔（照片4-8），以放置豎框之用，邊框其最大傾斜角度為25度。由於左右豎框及橫框需固定木堵板，因此於邊框邊槽鋸鑿出 1.5cm的板槽；框架四邊再以螺栓接合邊框，使其能自由轉動（照片 4-9）。. （四）試體組立：先行組立下橫框及左右豎框，以確定壁體內部的實際尺寸。組裝完成的壁體依照邊框內部尺寸進行裁切後（照片4-10），再將壁體放入橫框的板槽內。確定木堵板與板槽的密合程度，合起左右豎框接合壁體。最後將上橫框由榫孔放入左右豎框，同時以鐵鎚敲打牆體使其能完全的接合四邊的框架（照片4-11），即完成試體的施作。. 第二節. 木堵板牆體力學試驗. XX XVI.

(37) 本研究擬依據實體調查結果作為規劃依據，利用15組木堵板牆體進行力學試驗，以研究不同的高寬比及單板寬度對於木堵板牆體強度及剛度的影響。實驗裝置主要包括實驗架、油壓千斤頂、電壓位移轉換計（LVDT及Dial gauge）、荷重元（Load cell）固定裝置（固定試體用）、個人電腦及資料擷取器。試驗操作方面，木堵板牆試驗操作主要將試體下橫框以螺栓固定於實驗架上，利用油壓機驅使千斤頂，施單向水平力於試體上橫框左側，並同時量測千斤頂所施予的力量及牆體所產生的變形。在量測系統方面，為維持量測的精密度，在量測牆體上部側向位移採用 20cm的位移計（LVDT），下部側向位移由於相對較小，因此利用5cm的測微計（Dial gauge）。另外為了瞭解內部竹釘的變形，因此在牆體上竹釘位置畫一長度與竹釘相同之直線，藉由量測直線在受力後的變形以瞭解內部竹釘的變形程度。千斤頂衝程為30cm，荷重元最大線性荷載則為100KN。整個實驗施力過程中利用位移控制，一分鐘位移約1.5mm，直至千斤頂或位移計等衝程結束後實驗方停止。實驗裝置如圖4-3所示。. 第三節. 實驗結果. 一、各組試體破壞情況（一） A組試體 A1、A2及A3試體試體尺寸高×寬分別為90cm×60cm，單版寬度為20cm。在受側向力載重初期，繪製於壁體表面的竹釘基準線逐漸位移，在實驗結束後竹釘平均位移量為2.82cm，且各板材對角處有脫離橫框溝槽的現象，至於壁體在受力後其表面則無明顯的破壞。試體卸架後，將各試體進行拆解發現，接合各板材之竹釘由於受到水平剪斷力的影響，竹釘產生扭曲（照片4-12）並破壞其纖維組織，甚至有整支竹釘剪斷的現象（照片4-13），且各釘孔也有受擠壓的情形。試體邊框的破壞皆在橫框溝槽內，由於壁體受力後，使各. XX XVII.

(38) 板材間產生應力集中，且多於板材的對角處，因此各板材對角處及橫框溝槽有纖維壓陷的狀況（照片4-14）。會導致上下橫樑這樣的破壞係因為板材利用順紋方向來擠壓上下橫樑之逆紋方向，而木材為非等向性材料，順紋與逆紋的強度差異非常的大，因此可以發現板材在擠壓點處幾乎沒有什麼破壞，可是上下衡量的破壞則因擠壓（Embedment）而產生非常嚴重的破壞，甚至部分纖維有被剪斷的現象。. （二） B組試體 B組試體尺寸高×寬分別為70cm×60cm，單版寬度為10cm。B2及B3試體破壞模式大致上與A類試體相同，主要破壞集中於上下兩橫樑與竹釘上面。竹釘位移量方面，B2及B3試體竹釘平均位移量為1.97cm，而B1試體平均僅0.99cm。主要係因為1試體在實驗過程中因水平橫樑產生破壞，而使實驗及早停止。此時的試體水平側向位移相較於B2及B3小很多，因此竹釘的平均變形亦明顯小於B2及B3兩組試體。. （三） C組試體 C1、C2、C3試體在受載重後之破壞狀況與它組試體大致相同，經過拆解後，竹釘多呈扭曲及纖維破壞；邊框及板材皆有纖維壓碎情況。其中C1及C3 試體右側板材下段產生垂直裂縫（照片4-15及4-16）。推測其原因可能係因為C類試體由2片20cm寬之單板拼成，單版寬度較大，因此當單版在受力進行旋轉時，因幾何的關係會壓入上下橫樑較多，而此時產生較大的壓應力。在這樣的情形下，如果單版平行木紋方向剪力強度被克服，則會產生平行纖維方向的裂縫。. （四） D組試體 D1、D2及D3試體在受側向載重後，位移量較大者主要分佈於壁體中央處，且將上橫框拆卸後發現，壁體雖由4片10cm寬單板構成，但受力後壁體被分為. XX XVIII.

(39) 兩段（即以2片單板為一單元），中段竹釘位移量較大（照片4-17），而上下橫框溝槽破壞大致上集中於中央處（照片4-18）。竹釘破壞模式方面，中央處多為纖維破壞，而其餘則為輕微扭曲；中段竹釘平均位移量為2.08cm，其餘為0.72cm。D類試體受載重後竹釘位移行為，與C組試體類似。（五） E組試體 E1、E2及E3試體經過試驗後，竹釘位移量、竹釘及橫框破壞程度與D組類試體相似。在竹釘位移量方面，中央部位之位移量呈較大趨勢，中央平均竹釘位移量為2.50cm，其餘為1.02cm；竹釘破壞情況較嚴重部位也同樣集中在壁體中段，在受水平剪斷力影響下，使壁體中段竹釘造成纖維組織破壞及剪斷現象（照片4-19），其餘竹釘破壞情況則是輕微的扭曲（照片4-20）；橫框溝槽破壞狀況與D類試體相同，於壁體中央處橫框溝槽纖維壓碎的情況較為嚴重。. 二、竹釘的破壞情況竹釘在壁體位移同時，各釘孔逐漸相互錯位而對竹釘產生壓迫，並迫使其逐漸產生變形。當壁體位移量持續增加時，釘孔間因剪力而使竹釘扭曲並使其逐漸引拔出釘孔，並開始破壞竹釘纖維組織，根據實驗結果觀察得知，當竹釘錯位超過16cm時，纖維組織便開始發生破壞，當變形持續增加至3cm 左右時，則會造成整根竹釘斷裂，整個破壞過程如圖4-4至4-9。而在分析竹釘的破壞後我們可以發現，竹釘的位移主要受到版材相互錯位的控制，因而是可以預測的。以試體A2為例，當試體的層間變位角為0.11 rad.時，則其竹釘的變形為2.3 cm。如果從幾何來看，假設版材皆依著幾何中心做旋轉，則運動模式應如圖4-10所示，此時竹釘的變位應為2.2cm，因此應該是相當吻合。. 三、牆體的破壞. XX XIX.

(40) 木堵板牆試體經過試驗後，其破壞模式與過去國內研究的合板牆體不同，合板作為剪力牆經過載重後，由於受到水平剪斷力的作用，壁體表面呈現潰曲的現象（葉民權等，2001）。而木堵板壁之表面並無發生上述的破壞模式，其原因主要為木堵板壁之接合方式所影響。木堵板牆是由數片單板所構成，且每片單板皆以「公母啣」接合，因此壁體本身已被劃分為數個單元，當側向載重由邊框傳遞至壁體時，壁體逐漸傾斜且每片單板會隨其接口側向滑動（圖4-11），而竹釘則利用垂直纖維方向的水平剪力強度來抵抗單板之間的相互移動。另外木堵板牆在受載重後，無發生壁體表面向外隆起現象，主要是因試體四周的拼板及溝槽的影響，木堵板牆試體並非由單一板材構成，對單板來說無側撐長度較短，且溝槽本身就具有固定板材功用，當壁體因外力傾斜時，各片單板向外變形的行為受溝槽所限制（圖4-12），因此在試驗結束後，並無對壁體表面造成破壞。C1及C3試體在受載重後產生右下側垂直裂紋，其原因是當壁體傾斜至一定角度時，板材下側壓迫到橫框溝槽的邊緣，應力集中於單版右下角並克服其平行纖維方向之剪應力所致（圖 4-13）。故木堵板壁由於施作方式有別於合板試體，故其破壞行為呈現出與合板試體完全不同的模式。. 四、邊框的破壞在邊框的破壞方面，主要集中在邊框的上下橫樑（圖4-14）。在試體受到大量的側向位移以後往往發現有顯著的壓陷破壞（Embedded failure）。造成這樣的原因在於版材與上下橫樑的壓縮係版材利用順紋方向與上下橫樑的逆紋方向相互壓縮，而木材在這兩方向的強度與彈性模數有相當大的差異（對於軟木來說大約20倍），因此破壞主要發生在上下橫樑上。. 至於上下梁螺栓開口部產生水平向裂縫，則在試體經過適當的補強後已有所改善，對於整體實驗成果並無太大的影響。. XL.

(41) 五、各組實驗結果本節以試體水平向勁度（亦即試體抵抗水平力的能力）為參數進行討論，十五組試體的θ.M圖皆類似，如圖4-15所示。在該圖中，水平軸為牆體的層間變位角（單位為rad.），而垂直軸則為試體所承受的彎矩（Kg-m），換算成彎矩的原因在於A、D、E類試體的力臂並不同於B、C兩類的力臂，為了消除力臂的影響，乃將力量轉換為彎矩；而未來在進行結構安全評估時，仍可將彎矩反算成水平剪力。由於牆體勁度只計算至變位計衝程結束為止，因此所有壁體皆未達最大破壞程度。各組試體的水平向勁度及相關資料整理如表4-3 所示。. 第四節. 實驗結果討論. 一、單版寬度的影響 A組及E組的高度及寬度雖相同，但單板寬度及數量不同的條件下。A類試體版材寬度為20cm，而E組試體版材寬度為15cm。由表4-3可知，A組及E組壁體平均剛度分別為11351.56 kg-m/rad及10463.98 kg-m/rad。經T檢定後（T-test）可發現，此兩組壁體平均水平勁度並沒有顯著的差異（在80%的信心水準下）。因此從統計的觀點來說，牆體單板寬度及數量對牆體水平勁度的影響並不明顯。如果將A及E類的各三組試體，共六組，之θ.M圖畫在一起，如圖4-16所示，則更可以瞭解在線性階段這六組試體並沒有很明顯的不同。因此在往後的討論中，不再針對單板寬度及數量進行討論。. 二、牆體高度的影響由表4-3可知，本研究利用『實驗設計法』規劃A、B、C、D四組來討論牆體的高度與寬度等因子對於壁體水平向勁度的影響，而每一個變數僅有兩個. XLI.

(42) 水準。在此的水準意指同一因子的不同用量等級。若變因G及H分別有兩個水準，以G1、G2、H1、H2表示，因此兩因子兩水準共有四種組合。我們要瞭解G 因此在H1與H2下的差異可利用： 0.5[G1H2+ G1H1- G2H2- G2H1]來求得。從前面可以瞭解，基本上為因子在為1水準下的平均值減掉H為水準2下的平均值。再將這樣的差異與組內的差異互相比較，便可以瞭解該因子是否為顯著因子，這樣的過程稱做變異分析（Analysis of Variance, ANOVA）。由表4-3得知，A類及D類試體高度皆為90cm（水準1）；B類及C類試體高度皆為70cm （水準2）。A類及D類試體的平均水平勁度為8259.48 kg-m/rad，這表示試體在高度為90cm時的『平均表現』；而B類及C類試體的平均水平勁度為6498.49 kg-m/rad，這亦表示試體在高度為70cm時的『平均表現』。經過變異分析後可以發現，壁體高度在95%的信心水準下是顯著的，因此可以說明壁體高度是影響壁體水平側向勁度的主要影響因子之一。而牆體高度的效應則為1761.00 kg-m/rad。. 三、牆體寬度的影響同上一節解釋並由表4-3可知，A類與B類試體之寬度皆為60cm，而C類與D 類試體之寬度皆為40cm。試體在寬度為60cm（水準1）的平均勁度為9330.34 kg-m/rad；而寬度在40cm（水準2）的平均勁度則為5247.63 kg-m/rad。經過變異分析後可以發現，壁體高度在99%的信心水準下是顯著的，因此可以說明牆體寬度是影響牆體水平側向勁度的主要影響因子之一。牆體寬度的效應則為3902.72 kg-m/rad。. 四、牆體高度與寬度的交互作用在探討G與H因子的交互作用時，可利用：G×H=ΔG×ΔH = 0.5×(G1-G2)× (H1-H2)=0.5×[G1H1+G2H2-(G1H2+G2H1)]。由表4-3可知，牆體高度與寬度交互作用的第一水準為A類與C類的平均值為8519.71，而第二水準為B類與D類的平均值，6500.20。在經過變異分析以後可以發現，在99%的信心水準為顯著. XLII.

(43) 的影響因子，因此亦可以說明高度與寬度的交互作用為影響牆體水平勁度的主要影響因子之一，未來在進行評估的時候必須加以考量，而交互作用的效應為2019.50 kg-m/rad。. 五、初始勁度的評估在分析各個因子（包括牆體高度與寬度）的影響程度方面，分析結果如表 4-4所示。且各個因子的影響反應圖如圖4-17所示。由表4-4及圖4-17可知，牆體寬度為影響牆體側向勁度最大的因子，而後依次為牆體高度與寬度的交互作用，最後為牆體高度。而此三個因子都為正向影響（亦即該因子尺寸越大則勁度越大）。. 由上述討論我們可以知道牆體寬度、高度及寬度與高度的交互作用是影響牆體側向勁度的主要因子，因此要評估牆體的側向勁度可以從這三個影響因子著手。評估公式概念如下：牆體側向勁度=側向勁度平均值＋牆體高度. 的影響＋寬度的影響＋高度與寬度的交互作用。而在整理上述概念以後，所獲得的評估公式如下所示：木堵板牆體側向勁度=31492.13－429.92 × height －599.57 × width＋10.10 × height×width 其中牆體側向勁度單位為kg-m/rad，而height 為牆體高度（單位為cm）， width為牆體寬度，單位為cm。. 六、小結本章利用變異分析以後討論出影響牆體水平側向勁度的因素包括牆體的寬度、高度及寬度與高度的交互作用，而版材的寬度對於牆體的水平側向勁度並非顯著的影響因子。但是對於竹釘的破壞模式來說，板材的寬度卻有相當的影響，對於板材較寬的壁體來說，牆體只要有較小的層間變位角便會造. XLII I.

(44) 成竹釘的損壞甚至剪斷，是值得注意的地方。另外，未來在針對木堵版牆體進行水平側向勁度評估時，可利用下列式子來進行評估：木堵板牆體側向勁度=31492.13－429.92 × height －599.57 × width＋10.10 × height×width 其中牆體側向勁度單位為kg-m/rad，而height 為牆體高度（單位為cm）， width為牆體寬度，單位為cm。. 而未來該式可用於評估整體結構的水平側向抵抗力時之用。如圖4-18的結構所示，整體的水平側向抵抗力相當於所有彎矩抵抗元件的彎矩強度總和除上該結構的高度，而本文中的木堵板牆體側向勁度則為該圖中的Kwall。而本研究前兩年則分別針對不同接點的旋轉勁度、編泥牆體的側向強度進行研究，則未來可作為進行結構修復時，構造安全評估的依據。另外，由圖4-18 亦可瞭解本文在進行實驗設計時，刻意將外邊框設計成鉸接之目的主要係在於分離純粹牆體與接點所造成的水平抵抗力，倘若在最初設計試體時，即將四周接點製作成實際具有剛度之接點，則在進行資料分析時便必須考量四周接點所提供的旋轉勁度，造成分析上的誤差。. 第五章. 結論與建議. 第一節. 結論. 本研究首先透過田野調查方式，針對現存於台灣雲嘉南等地之木堵板牆體進行調查，記錄其幾何條件（牆體之高度與寬度）、單板寬度與厚度、竹釘之位置與數量及材料等資料以進行整理。並透過匠師訪談的方式，瞭解木堵板牆體的組構方式及製作過程中所需要的工具與思考流程，最後透過實體實驗的方式針對影響木堵板牆體側向水平勁度的因素進行探討。. XLI V.

(45) 在田野調查結果方面，我們可以歸納出幾項原則。在牆體的分佈方面，下腰堵部位皆為木堵板構造或是磚構造，而中腰堵則木堵板牆與編泥牆各佔有一半的比例；而在架扇一穿以上的牆體，則大多數為編泥牆（僅四個案例包含了木堵板牆體）。而在壁體尺寸方面可以發現，單板寬度大多介於10cm 至20cm之間，而牆體寬度越大，則拼接的單板數量越多。另外調查結果顯示，牆體寬度大多介於40cm-60cm之間，而高度則介於70cm-90cm之間，板材的厚度則約為2cm。在竹釘數量方面，多為兩根或三根，而竹釘數量則依照牆體高度而有所變化。在實驗結果方面可以歸納兩點結論。首先，單板的寬度對於牆體整體的水平側向勁度並沒有顯著的影響，也就是說不論單板的寬度為多少，對於同一幾何尺寸的壁體來說影響並不大。另外，影響牆體的水平側向勁度的因素主要為牆體的寬度、高度與寬度及高度的乘積（亦即高度與寬度的交互作用）。在這三個主要因素中，以牆體的寬度影響最大，高度與寬度的交互作用次之，而牆體的高度影響最小。在分析這些資料以後，本文亦利用實驗設計法提出如何評估木堵板牆體的水平側向勁度，該資料可做為未來進行構造安全評估時的參考。. 第二節. 建議. 建議一針對傳統穿鬬式木構架進行整體足尺實驗：立即可行建議主辦機關：內政部建築研究所本研究在今年結束以後已針對傳統穿鬬式木構架之接點及牆體進行完整之研究，至此已可以初步針對不同接點之旋轉勁度、牆體之水平側向勁度等水平力抵抗元件進行力學評估。若再配合如圖4-18的結構評估概念可知，國. XLV.

(46) 內初步已針對傳統穿鬬式木構架之力學特性有所掌握，唯由局部至整體所需要的必要修正尚端賴針對傳統穿鬬式木構架進行整體足尺實驗方能達成。首先，應規劃兩組足尺試體，分別利用靜態與動態載重加以測試。而在測試之前，可利用本研究案過去三年所累積之成果進行初步的預測，並加以比較與分析。在地震作用下，建築物除了原有自身的勁度藉以抵抗外力外，尚有構造物本身的慣性力與阻尼等，皆會影響實際行為而造成與預測產生差異，因此藉由足尺實驗進行修正是必要的。. 建議二編寫修復手冊並舉辦必要之研討：中長期建議主辦機關：內政部建築研究所協辦機關：文建會由於國內許多古蹟及歷史建築物皆為穿鬬式木構造，而在本計畫執行的過程中發現許多匠師對於此類構造的理解與研究成果或有些微差異，因此應針對互有差異的部分舉行研討。另在下一年度完成後，國內對於穿鬬式木構造之結構特性已有初步的認識，因此可將本計畫之研究成果編寫成手冊提供相關人士參考。而在手冊編寫結束後，亦可以舉行研討會藉以推廣本研究之研究成果。. XLV I.

(47) XLV II.

(48) XLV III.

(49) XLI X.

(50) L.

(51)