「結構修復技術整合型計畫(三) 建築損壞檢測機制整合型研究計畫(一)」分項計畫（一）：古蹟暨歷史建築結構狀態微振量測與診斷之研究-以混合構造為例
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(2) 094301070000G1016. 「 結構修復技術整合型計畫(三) － 建 築 損 壞 檢 測 機 制 整 合 型 研 究 計 畫 (一 ) 」 分 項 計 畫（ 一 ）：古 蹟 暨 歷 史 建 築 結 構 狀 態 微 振 量 測 與 診 斷 之 研 究 -以 混 合 構 造 為 例. 受 委 託 者 ：財團法人中華建築中心 研究主持人：李正庸 研. 究. 員：洪慶雲. 研 究 助 理 ：陳滄文、蘇志展. 內政部建築研究所委託研究報告 中華民國 94 年 12 月.
(3) 目次. 目次 表次 ................................................................................................... III 圖次 .................................................................................................... V 摘要 ................................................................................................... XI 第一章 緒論 .................................................................................... 1 第一節 研究背景與目的 ......................................................... 1 第二節 研究範圍與內容 ......................................................... 3 第三節 研究步驟、方法與流程 ........................................... 5 第二章 混合構造古蹟暨歷史建築牆體之特性 .................... 9 第一節 混合構造古蹟暨歷史建築牆體之類型 ............... 9 第二節 混合構造古蹟暨歷史建築牆體之構法與 工法 ..............................................................................13 第三節 混合構造古蹟暨歷史建築牆體之震害現 象 ...................................................................................23 第三章 微振量測技術應用與基本振動週期識別之 探討 .................................................................................27 第一節 微振量測基本觀念及其應用 .................................27 第二節 混合構造古蹟暨歷史建築牆體之微振量 測技術 ..........................................................................29 第三節 混合構造古蹟暨歷史建築牆體基本振動 週期識別之探討 ........................................................35 第四章 古蹟實例微振量測與其基準資料建立 ...................45 第一節 台北地區之古蹟建築 ..............................................46 第二節 新竹地區之古蹟建築 ..............................................65 第三節 台中地區之古蹟建築 ..............................................84 I.
(4) 古蹟暨歷史建築結構狀態微振量測與診斷之研究-以混合構造為例. 第五章 仿古磚牆試體之實驗 ...................................................95 第一節 牆體實驗計畫 ............................................................95 第二節 實驗過程與結果 ...................................................... 112 第三節 實驗結果分析 ..........................................................135 第六章 結論與建議 ...................................................................143 第一節 結論 ............................................................................143 第二節 建議 ............................................................................144 謝誌 .................................................................................................144 附錄(內容另燒入於光碟) ........................................................145 附錄一:研究計畫規格評選、期中與期末簡報評審意見與回應表 附錄二:專家學者諮詢會議記錄 附錄三:研究團隊研討紀錄 附錄四:混合構造古蹟暨歷史建築結構狀態微振檢測技術手冊 附錄五:混合構造古蹟暨歷史建築基本資料綜合表範本 附錄六:台北地區與新竹地區古蹟微振量測實例之初勘紀錄 附錄七:頂泰山嚴(實例 D)富利葉頻譜圖 附錄八:摘星山莊(實例 E)富利葉頻譜圖 附錄九:新埔劉宅(實例 F)富利葉頻譜 附錄十:新埔劉家祠(實例 G)富利葉頻譜圖 附錄十一:陳德星堂(實例 H)富利葉頻譜圖 附錄十二:第二與第三部份實驗磚牆試體受力面左側裂縫發展圖 附錄十三:第 2-2、2-3 與 2-4 部分實驗牆體加速度歷時紀錄圖 附錄十四:第 2-2、2-3、2-4、3-2、3-3 與 3-3 部分實驗之微振量測 資料富利葉頻譜圖. 參考書目 ........................................................................................147. II.
(5) 表次. 表. 次. 表 2-1 台 灣 地 區 古 蹟 構 造 類 別 統 計 表 ................................ 9 表 2-2 混 合 式 構 造 結 構 系 統 分 類 表 ................................. 10 表 2-3 混 合 式 構 造 組 合 類 型 統 計 表 ................................. 11 表 2-4 混 合 構 造 古 蹟 暨 歷 史 建 築 牆 體 主 要 構 造 類 型 之 比 較 表 ........... 12 表 2-5 砌 牆 之 閩 南 磚 抽 樣 尺 寸 表 ................................... 15 表 2-6 磚 材 尺 寸 與 灰 縫 厚 度 的 關 係 表 ............................... 15 表 2-7 台 灣 傳 統 砌 體 建 築 灰 縫 之 配 比 表 ............................. 16 表 2-8 砌 紅 磚 牆 用 之 三 合 土 較 適 當 配 比 表 ........................... 16 表 2-9 建 築 物 損 壞 等 級 判 定 標 準 ................................... 23 表 2-10 各 構 造 與 損 壞 等 級 百 分 比 關 係 表 ............................ 23 表 2-11 磚 牆 之 震 害 部 位 與 現 象 .................................... 24 表 2-12 土 墼 牆 之 震 害 部 位 與 現 象 .................................. 24 表 2-13 斗 仔 砌 磚 牆 之 震 害 部 位 與 現 象 .............................. 25 表 3-1 感 測 器 放 置 於 壓 克 力 架 與 窗 台 上 之 比 較 表 ..................... 35 表 3-2 同 一 測 點 連 續 擷 取 六 次 之 基 本 振 動 頻 率 表 ..................... 35 表 3-3 A 測 點 基 本 振 動 頻 率 表 (民 國 九 十 三 年 十 一 月 二 十 七 日 ) ........ 42 表 3-4 B 測 點 基 本 振 動 頻 率 表 (民 國 九 十 三 年 十 一 月 二 十 七 日 ) ........ 42 表 3-5 A 測 點 不 同 時 間 量 測 基 本 振 動 頻 率 差 異 性 之 比 較 ............... 43 表 3-6 B 測 點 不 同 時 間 量 測 基 本 振 動 頻 率 差 異 性 之 比 較 ............... 43 表 3-7 A 測 點 基 本 振 動 頻 率 表 (民 國 九 十 三 年 十 二 月 二 十 六 日 ) ........ 44 表 3-8 A 測 點 基 本 振 動 頻 率 表 (民 國 九 十 三 年 十 二 月 二 十 六 日 ) ........ 44 表 4-1 古 蹟 實 例 名 稱 與 量 測 時 間 表 ................................. 45 表 4-2 民 國 九 十 四 年 六 月 二 十 五 日 頂 泰 山 巖 各 測 點 自 然 振 動 頻 率 表 ............................................................... 53 表 4-3 民 國 九 十 四 年 九 月 十 二 日 陳 德 星 堂 各 測 點 自 然 振 動 頻 率 表 ....... 63 表 4-4 民 國 九 十 四 年 七 月 二 日 上 枋 寮 劉 宅 各 測 點 自 然 振 動 頻 率 表 ....... 71 表 4-5 民 國 九 十 四 年 六 月 二 十 五 日 新 埔 劉 家 祠 各 測 點 自 然 振 動 頻 率 表 ... 81 表 4-6 民 國 九 十 四 年 六 月 二 十 五 日 摘 星 山 莊 各 測 點 自 然 振 動 頻 率 表 ..... 91 表 5-1 實 驗 方 案 一 經 費 預 估 表 .................................... 100 表 5-2 實 驗 方 案 二 經 費 預 估 表 .................................... 104 表 5-3 實 驗 方 案 三 經 費 預 估 表 .................................... 107 III.
(6) 古蹟暨歷史建築結構狀態微振量測與診斷之研究-以混合構造為例 表 5-4 牆 體 實 驗 三 方 案 之 比 較 與 評 估 表 ............................ 107 表 5-5 基 礎 施 作 過 程 紀 錄 表 ...................................... 107 表 5-6 磚 牆 施 作 過 程 紀 錄 表 ...................................... 109 表 5-7 人 工 外 力 設 施 施 作 過 程 紀 錄 表 .............................. 111 表 5-8 第 一 部 份 與 第 二 部 份 實 驗 之 過 程 表 .......................... 113 表 5-9 第 一 部 份 與 第 二 部 份 實 驗 之 結 果 表 .......................... 115 表 5-10 第 三 部 份 實 驗 之 結 果 表 ................................... 125 表 5-11 各 部 份 實 驗 之 結 果 總 表 ................................... 135. IV.
(7) 圖. 次. 圖 1-1 古 蹟 暨 歷 史 建 築 保 存 修 護 科 技 專 案 中 程 綱 要 計 畫 之 研 究 架 構 圖 ... 1 圖 1-2 古 蹟 暨 歷 史 建 築 結 構 系 統 分 類 圖 .............................. 3 圖 1-3 微 振 動 感 測 器 .............................................. 6 圖 1-4 歷 時 記 錄 系 統 SPC-51 ....................................... 6 圖 1-5 研 究 流 程 圖 ................................................ 7 圖 2-1 承 重 牆 與 閩 南 式 屋 架 ....................................... 10 圖 2-2 彰 化 鹿 港 龍 山 寺 大 殿 屋 頂 拆 解 後 之 木 構 架 與 承 重 牆 ............. 10 圖 2-3 磚 牆 ..................................................... 11 圖 2-4 土 墼 牆 ................................................... 11 圖 2-5 斗 仔 砌 磚 牆 ............................................... 11 圖 2-6 亂 石 砌 牆 ................................................. 11 圖 2-7 磚 牆 之 構 成 圖 ............................................. 13 圖 2-8 新 埔 上 枋 寮 劉 宅 之 牆 身 以 紅 磚 與 石 材 合 砌 而 成 ................. 13 圖 2-9 石 塊 切 割 圖 ............................................... 14 圖 2-10 士 林 潘 宅 之 石 牆 基 砌 法 .................................... 14 圖 2-11 蘆 洲 李 宅 之 石 牆 基 砌 法 以 每 隔 一 皮 以 一 順 一 丁 的 方 式 砌 築 ...... 14 圖 2-12 順 丁 相 砌 之 英 式 砌 法 ...................................... 15 圖 2-13 磚 牆 勾 縫 以 垂 直 相 錯 方 式 傳 遞 垂 直 力 ........................ 15 圖 2-14 灰 泥 攪 拌 ................................................ 17 圖 2-15 疊 砌 清 水 磚 之 灰 泥 抹 於 磚 之 四 周 ， 中 間 不 得 有 灰 泥 ............ 17 圖 2-16 新 埔 上 枋 寮 劉 宅 之 土 墼 牆 ， 土 墼 外 部 以 抹 灰 泥 來 防 水 .......... 18 圖 2-17 土 墼 牆 體 下 部 常 以 卵 石 為 基 ， 防 止 土 墼 受 潮 .................. 18 圖 2-18 土 墼 為 一 種 古 老 的 曬 乾 式 土 磚 ， 透 過 層 層 疊 砌 而 成 牆 身 ........ 18 圖 2-19 土 墼 牆 之 構 成 圖 .......................................... 18 圖 2-20 土 墼 內 含 稻 殼 與 稻 草 梗 .................................... 19 圖 2-21 將 濕 土 漿 置 入 木 模 中 ...................................... 19 圖 2-22 將 土 墼 脫 模 後 原 樣 置 放 乾 燥 ................................ 19 圖 2-23 土 墼 每 日 疊 切 高 度 不 超 過 一 米 .............................. 19 圖 2-24 陽 光 下 之 義 芳 居 古 厝 斗 仔 砌 磚 牆 ............................ 20 圖 2-25 斗 仔 砌 磚 牆 之 構 成 圖 ...................................... 20. V.
(8) 古蹟暨歷史建築結構狀態微振量測與診斷之研究-以混合構造為例 圖次 圖 2-26 斗 仔 砌 磚 牆 常 以 卵 石 漿 砌 做 牆 基 ............................ 20 圖 2-27 陳 德 星 堂 之 斗 仔 砌 磚 牆 以 石 材 為 牆 基 ........................ 20 圖 2-28 霧 峯 林 家 毀 壞 之 斗 仔 砌 磚 牆 內 含 內 含 有 泥 土 當 填 充 物 .......... 21 圖 2-29 士 林 潘 宅 毀 壞 之 斗 仔 砌 磚 牆 內 含 內 含 有 泥 土 .................. 21 圖 2-30 各 種 類 型 砌 法 之 斗 仔 砌 磚 牆 ................................ 21 圖 2-31 斗 仔 砌 磚 以 一 層 豎 磚 作 牆 角 收 頭 ............................ 21 圖 2-32 台 灣 北 部 山 區 民 宅 之 亂 石 砌 牆 .............................. 22 圖 2-33 澎 湖 地 區 傳 統 民 宅 之 咾 咕 石 牆 .............................. 22 圖 2-34 由 卵 石 與 土 墼 合 砌 之 牆 體 .................................. 22 圖 2-35 由 卵 石 與 斗 仔 砌 磚 合 砌 之 牆 體 .............................. 22 圖 2-36 人 字 躺 砌 法 之 石 牆 ........................................ 22 圖 3-1 速 度 歷 時 資 料 圖 ........................................... 27 圖 3-2 富 利 葉 頻 譜 ............................................... 28 圖 3-3 結 構 振 動 模 式 圖 ........................................... 28 圖 3-4 微 振 量 測 儀 器 與 設 備 之 清 點 ................................. 30 圖 3-5 微 振 量 測 測 點 資 料 ......................................... 30 圖 3-6 架 設 工 作 平 臺 ............................................. 30 圖 3-7 將 牆 面 上 之 灰 塵 做 簡 單 之 擦 拭 ............................... 30 圖 3-8 水 平 儀 可 幫 助 放 置 盒 放 置 水 平 ............................... 31 圖 3-9 測 試 放 置 盒 是 否 確 實 黏 固 於 牆 面 上 ........................... 31 圖 3-10 以 膠 帶 固 定 微 振 動 感 測 器 與 信 號 線 .......................... 31 圖 3-11 收 納 廂 內 鋪 設 保 利 龍 球 .................................... 31 圖 3-12 執 行 SPC51 應 用 程 式 ...................................... 32 圖 3-13 SPC51 應 用 程 式 .......................................... 32 圖 3-14 啟 動 接 收 訊 號 選 項 ........................................ 32 圖 3-15 即 時 訊 號 之 顯 示 .......................................... 32 圖 3-16 啟 動 紀 錄 訊 號 選 項 ........................................ 32 圖 3-17 紀 錄 微 振 動 歷 時 .......................................... 32 圖 3-18 將 微 振 動 歷 時 紀 錄 存 檔 .................................... 32 圖 3-19 微 振 動 歷 時 紀 錄 .......................................... 32 圖 3-20 由 峰 值 位 置 識 別 出 自 然 振 動 頻 率 ............................ 34 VI.
(9) 圖 3-21 微 振 量 測 資 料 處 理 步 驟 圖 .................................. 34 圖 3-22 將 微 振 動 感 測 器 放 置 於 壓 克 力 架 與 窗 台 上 .................... 35 圖 3-23 同 一 測 點 連 續 紀 錄 六 筆 .................................... 35 圖 3-24 低 矮 混 合 構 造 古 蹟 建 築 .................................... 36 圖 3-25 鋼 筋 混 凝 土 構 造 .......................................... 36 圖 3-26 低 矮 混 合 構 造 富 利 葉 頻 譜 圖 ................................ 36 圖 3-27 鋼 筋 混 凝 土 構 造 富 利 葉 頻 譜 圖 .............................. 36 圖 3-28 鋼 筋 混 凝 土 構 造 地 面 層 .................................... 37 圖 3-29 鋼 筋 混 凝 土 構 造 屋 頂 層 .................................... 37 圖 3-30 鋼 筋 混 凝 土 構 造 地 面 層 富 利 葉 頻 譜 圖 ........................ 37 圖 3-31 鋼 筋 混 凝 土 構 造 屋 頂 層 富 利 葉 頻 譜 圖 ........................ 37 圖 3-32 A 測 點 微 振 動 感 測 器 之 擺 設 位 置 ............................ 38 圖 3-33 B 測 點 微 振 動 感 測 器 之 擺 設 位 置 ............................ 38 圖 3-34 A 測 點 平 行 牆 體 上 端 富 利 葉 頻 譜 圖 .......................... 39 圖 3-35 A 測 點 平 行 牆 體 中 端 富 利 葉 頻 譜 圖 .......................... 40 圖 3-36 A 測 點 地 板 富 利 葉 頻 譜 頻 譜 圖 .............................. 40 圖 3-37 A 測 點 平 行 壁 體 上 端 與 地 板 相 對 之 富 利 葉 頻 譜 圖 .............. 41 圖 3-38 A 測 點 平 行 壁 體 中 端 與 地 板 相 對 之 富 利 葉 頻 譜 圖 .............. 41 圖 4-1 頂 泰 山 巖 平 面 圖 ........................................... 46 圖 4-2 頂 泰 山 巖 測 點 規 劃 ......................................... 47 圖 4-3 量 測 儀 器 擺 設 位 置 示 意 圖 ................................... 48 圖 4-4 頂 泰 山 巖 DX8 測 點 位 置 ..................................... 48 圖 4-5 頂 泰 山 巖 DX8 測 點 位 置 ..................................... 48 圖 4-6 測 點 DX8 平 行 壁 體 第 一 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 ................... 49 圖 4-7 測 點 DX8 平 行 壁 體 第 二 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 ................... 50 圖 4-8 測 點 DX8 垂 直 壁 體 第 一 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 ................... 51 圖 4-9 測 點 DX8 垂 直 壁 體 第 二 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 ................... 52 圖 4-10 陳 德 星 堂 透 視 圖 .......................................... 57 圖 4-11 陳 德 星 堂 測 點 規 劃 ........................................ 58 圖 4-12 測 點 HY2 平 行 壁 體 第 一 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 .................. 59 圖 4-13 測 點 HY2 平 行 壁 體 第 二 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 .................. 60. VII.
(10) 古蹟暨歷史建築結構狀態微振量測與診斷之研究-以混合構造為例 圖 4-14 測 點 HY2 垂 直 壁 體 第 一 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 .................. 61 圖 4-15 測 點 HY2 垂 直 壁 體 第 二 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 .................. 62 圖 4-16 上 枋 寮 劉 宅 平 面 圖 ........................................ 65 圖 4-17 上 枋 寮 劉 宅 測 點 規 劃 ...................................... 66 圖 4-18 測 點 FX1 平 行 壁 體 第 一 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 .................. 67 圖 4-19 測 點 FX1 平 行 壁 體 第 二 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 .................. 68 圖 4-20 測 點 FX1 垂 直 壁 體 第 一 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 .................. 69 圖 4-21 測 點 FX1 垂 直 壁 體 第 二 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 .................. 70 圖 4-22 新 埔 劉 家 祠 平 面 圖 ........................................ 75 圖 4-23 新 埔 劉 家 祠 測 點 規 劃 ...................................... 76 圖 4-24 測 點 GX1 平 行 壁 體 第 一 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 .................. 77 圖 4-25 測 點 GX1 平 行 壁 體 第 二 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 .................. 78 圖 4-26 測 點 GX1 垂 直 壁 體 第 一 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 .................. 79 圖 4-27 測 點 GX1 垂 直 壁 體 第 二 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 .................. 80 圖 4-28 摘 星 山 平 面 圖 ............................................ 84 圖 4-29 摘 星 山 莊 測 點 規 劃 ........................................ 85 圖 4-30 量 測 儀 器 擺 設 位 置 示 意 圖 .................................. 86 圖 4-31 摘 星 山 莊 EX6 測 點 位 置 .................................... 86 圖 4-32 摘 星 山 莊 EX6 測 點 位 置 .................................... 86 圖 4-33 測 點 EX6 平 行 壁 體 第 一 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 .................. 87 圖 4-34 測 點 EX6 平 行 壁 體 第 二 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 .................. 88 圖 4-35 測 點 EX6 垂 直 壁 體 第 一 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 .................. 89 圖 4-36 測 點 EX6 垂 直 壁 體 第 二 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 .................. 90 圖 5-1 新 埔 上 枋 寮 劉 宅 磚 牆 圖 ..................................... 95 圖 5-2 台 中 霧 峯 林 家 景 薰 樓 磚 牆 圖 ................................. 95 圖 5-3 台 中 霧 峯 林 家 景 薰 樓 磚 牆 之 立 面 圖 ........................... 96 圖 5-4 磚 牆 之 立 面 圖 ............................................. 96 圖 5-5 磚 牆 之 剖 面 圖 ............................................. 96 圖 5-6 方 案 一 實 驗 圖 ............................................. 97 圖 5-7 H 型 鋼 樑 植 筋 細 部 圖 ....................................... 98 圖 5-8 H 型 鋼 樑 尺 寸 圖 ........................................... 98 VIII.
(11) 圖次 圖 5-9 植 筋 間 距 與 深 度 圖 ......................................... 98 圖 5-10 位 移 計 架 設 位 置 圖 ........................................ 99 圖 5-11 微 振 動 感 測 器 ............................................ 99 圖 5-12 歷 時 記 錄 系 統 SPC-51 ...................................... 99 圖 5-13 方 案 二 實 驗 圖 ........................................... 101 圖 5-14 H 型 鋼 樑 植 筋 細 部 圖 ..................................... 102 圖 5-15 H 型 鋼 樑 尺 寸 圖 ......................................... 102 圖 5-16 植 筋 間 距 與 深 度 圖 ....................................... 102 圖 5-17 位 移 計 架 設 位 置 圖 ....................................... 103 圖 5-18 方 案 三 試 體 尺 寸 圖 ....................................... 105 圖 5-19 方 案 三 實 驗 圖 ........................................... 105 圖 5-20 人 工 外 力 施 予 方 式 圖 ..................................... 112 圖 5-21 人 工 外 力 推 導 簡 化 圖 ..................................... 112 圖 5-22 由 強 震 儀 量 測 試 體 之 加 速 度 ............................... 112 圖 5-23 試 體 之 加 速 度 歷 時 紀 錄 圖 ................................. 112 圖 5-24 磚 牆 試 體 受 重 錘 高 度 差 5cm 撞 擊 後 受 力 面 右 側 之 裂 縫 照 片 ..... 116 圖 5-25 磚 牆 試 體 受 重 錘 高 度 差 5cm 撞 擊 後 受 力 面 右 側 之 裂 縫 描 繪 圖 ... 116 圖 5-26 磚 牆 試 體 受 重 錘 高 度 差 10cm 撞 擊 後 受 力 面 右 側 之 裂 縫 照 片 .... 117 圖 5-27 磚 牆 試 體 受 重 錘 高 度 差 10cm 撞 擊 後 受 力 面 右 側 之 裂 縫 描 繪 圖 .. 117 圖 5-28 磚 牆 試 體 受 重 錘 高 度 差 15cm 撞 擊 後 受 力 面 右 側 之 裂 縫 照 片 .... 118 圖 5-29 磚 牆 試 體 受 重 錘 高 度 差 15cm 撞 擊 後 受 力 面 右 側 之 裂 縫 描 繪 圖 .. 118 圖 5-30 磚 牆 試 體 受 重 錘 高 度 差 20cm 撞 擊 後 受 力 面 右 側 之 裂 縫 照 片 .... 119 圖 5-31 磚 牆 試 體 受 重 錘 高 度 差 20cm 撞 擊 後 受 力 面 右 側 之 裂 縫 描 繪 圖 .. 119 圖 5-32 受 重 錘 高 度 差 5cm 撞 擊 牆 體 於 測 試 點 量 測 之 加 速 度 歷 時 錄 圖 .. 120 圖 5-33 磚 牆 試 體 受 重 錘 高 度 差 5cm 撞 擊 後 之 平 行 壁 體 第 一 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 .......................................................... 121 圖 5-34 磚 牆 試 體 受 重 錘 高 度 差 5cm 撞 擊 後 之 平 行 壁 體 第 二 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 .......................................................... 122 圖 5-35 磚 牆 試 體 受 重 錘 高 度 差 5cm 撞 擊 後 之 垂 直 壁 體 第 一 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 .......................................................... 123 圖 5-36 磚 牆 試 體 受 重 錘 高 度 差 5cm 撞 擊 後 之 垂 直 壁 體 第 二 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 .......................................................... 124 IX.
(12) 古蹟暨歷史建築結構狀態微振量測與診斷之研究-以混合構造為例 圖 5-37 第 三 部 份 (3-1)磚 牆 試 體 受 力 面 右 側 之 裂 縫 照 片 .............. 126 圖 5-38 第 三 部 份 (3-1)磚 牆 試 體 受 力 面 右 側 之 裂 縫 描 繪 圖 ............ 126 圖 5-39 第 三 部 份 (3-2)磚 牆 試 體 受 力 面 右 側 之 裂 縫 照 片 .............. 127 圖 5-40 第 三 部 份 (3-2)磚 牆 試 體 受 力 面 右 側 之 裂 縫 描 繪 圖 ............ 127 圖 5-41 第 三 部 份 (3-3)磚 牆 試 體 受 力 面 右 側 之 裂 縫 照 片 .............. 128 圖 5-42 第 三 部 份 (3-3)磚 牆 試 體 受 力 面 右 側 之 裂 縫 描 繪 圖 ............ 128 圖 5-43 第 三 部 份 (3-4)磚 牆 試 體 受 力 面 右 側 之 裂 縫 照 片 .............. 129 圖 5-44 第 三 部 份 (3-4)磚 牆 試 體 受 力 面 右 側 之 裂 縫 描 繪 圖 ............ 129 圖 5-45 受 重 錘 高 度 差 30cm 撞 擊 牆 體 於 測 試 點 量 測 之 加 速 度 歷 時 紀 錄 圖 130 圖 5-46 第 三 部 份 (3-1)平 行 壁 體 之 第 一 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 .......... 131 圖 5-47 第 三 部 份 (3-1)平 行 壁 體 之 第 二 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 .......... 132 圖 5-48 第 三 部 份 (3-1)垂 直 壁 體 之 第 一 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 .......... 133 圖 5-49 第 三 部 份 (3-1)垂 直 壁 體 之 第 二 筆 資 料 富 利 葉 頻 譜 圖 .......... 134 圖 5-50 各 部 份 實 驗 垂 直 壁 體 方 向 之 自 然 振 動 頻 率 變 化 關 係 圖 ......... 136 圖 5-51 第 二、第 三 部 份 實 驗 與 未 撞 擊 前 之 自 然 振 動 頻 率 變 化 百 分 比 關 係 圖 .............................................................. 136 圖 5-52 各 部 份 實 驗 平 行 壁 體 方 向 之 自 然 振 動 頻 率 變 化 關 係 圖 ......... 137 圖 5-53 第 二、第 三 部 份 實 驗 與 未 撞 擊 前 之 自 然 振 動 頻 率 變 化 百 分 比 關 係 圖 .............................................................. 137 圖 5-54 各 部 份 實 驗 試 體 裂 縫 累 計 總 長 度 變 化 關 係 圖 ................. 138 圖 5-55 各 部 份 實 驗 試 體 裂 縫 發 展 變 化 百 分 比 關 係 圖 ................. 138 圖 5-56 各 部 份 實 驗 垂 直 壁 體 方 向 之 自 然 振 動 頻 率 變 化 與 結 構 破 壞 (試 體 裂 縫 發 展 程 度 )之 關 係 圖 ........................................... 139 圖 5-57 各 部 份 實 驗 平 行 壁 體 方 向 之 自 然 振 動 頻 率 變 化 與 結 構 破 壞 (試 體 裂 縫 發 展 程 度 )之 關 係 圖 ........................................... 140 圖 5-58 磚 牆 微 振 診 斷 原 則 之 安 全 值 、 警 戒 值 與 行 動 值 範 圍 關 係 圖 ..... 141. X.
(13) 摘要. 摘. 要. 關鍵詞：古蹟建築、微振量測、基本振動週期、結構診斷 一、研究緣起 本 研 究 為「 結 構 修 復 技 術 整 合 型 計 畫 (三 )－ 建 築 損 壞 檢 測 機 制 整 合 型 研 究 計 畫 (一 )」之 分 項 計 畫 (一 )，另 分 項 計 畫 (二 )題 目 為「 濕 氣 與 白 蟻 對 古 蹟 與 歷 史 建 築 木 作 破 壞 鑑 定 工 作 手 冊 」，由 台 灣 大 學 蔡 明 哲 教 授 所 主 持。此 兩 計 畫 分 別 對 古 蹟 建 築 牆 體 與 木 作進行檢測研究，冀能提供古蹟建築損壞檢測之參考。 古蹟暨歷史建築受材料之生命週期及外力影響，傾頹毀壞 者，所 在 多 有。基 於『 早 期 發 現、早 期 治 療 』之 觀 念 下，如 能 對 古 蹟 建 築 結 構 狀 態 做 定 期 之 檢 測，即 可 預 防 古 蹟 建 築 因 傾 頹 而 產 生嚴重的毀損。 本 研 究 為 九 十 二 年 度「 古 蹟 暨 歷 史 建 築 木 構 架 結 構 狀 態 之檢 測 研 究 -以 疊 斗 式 為 例 」 與 九 十 三 年 度 「 古 蹟 暨 歷 史 建 築 結 構 狀 態 微 振 檢 測 實 證 及 技 術 手 冊 之 研 究 -以 混 合 構 造 為 例 」 之 後 續 研 究。在 九 十 二 年 度 研 究 計 畫 中，曾 對 木 構 架 進 行 數 值 模 擬 分 析 與 實 體 模 型 實 驗，發 現 木 構 架 構 造 形 式 與 結 構 行 為 趨 於 複 雜，要 由 結構分析推估其結構狀態，困難度頗高。為因應其複雜結構行 為，遂 在 九 十 三 年 度 研 究 計 畫 中，以 微 振 量 測 來 檢 測 其 先 期 整 體 結 構 狀 態，並 對 兩 處 古 蹟 案 例 進 行 微 振 量 測 驗 證 與 建 立 其 基 本 振 動 週 期 (自 然 振 動 頻 率 之 倒 數 )基 準 資 料，並 發 現 古 蹟 建 築 在 微 振 量 測 上 的 獨 特 性 與 累 積 了 微 振 量 測 的 經 驗 與 技 術。但 礙 於 時 間 的 不 足，未 能 探 討 與 驗 證 出 古 蹟 建 築 基 本 振 動 週 期 不 易 識 別 之 真 實 原 因，以 及 提 出 古 蹟 建 築 之 基 本 振 動 週 期 變 化 與 結 構 破 壞 關 係 的 診 斷 原 則，實 則 美 中 不 足 之 處。本 研 究 有 鑑 於 此，擬 植 基 於 九 十 二 年 度 與 九 十 三 年 度 的 研 究 成 果 上，更 進 一 步 研 擬 與 執 行 以 下 研 究目的。 (一 )探 討 與 驗 證 混 合 構 造 古 蹟 暨 歷 史 建 築 牆 體 基 本 振 動 週 期 不 易 識別之真實原因。 (二 )古 蹟 實 物 微 振 量 測 與 其 基 準 資 料 之 建 立 。 (三 )以 牆 體 實 驗 探 討 混 合 構 造 古 蹟 暨 歷 史 建 築 牆 體 之 基 本 振 動 週 期 變 化 與 結 構 破 壞 關 係 的 診 斷 原 則，以 提 供 其 他 古 蹟 暨 歷 史 建 築診斷其基本振動週期變化與結構破壞關係之參考。 (四 )提 供 古 蹟 暨 歷 史 建 築 結 構 狀 態 微 振 量 測 技 術 手 冊 之 補 充 參 考 。 (五 )研 擬 混 合 構 造 古 蹟 暨 歷 史 建 築 之 基 本 資 料 綜 合 表 範 本 初 稿 。. XI.
(14) 古蹟暨歷史建築結構狀態微振量測與診斷之研究-以混合構造為例 二、研究方法及過程 (一 )研 究 方 法 1.文 獻 彙 整 與 分 析 :彙 整 分 析 現 有 關 於 混 合 構 造 古 蹟 暨 歷 史 建 築 牆體與微振量測理論與技術等之相關文獻。 2.實 物 量 測 與 分 析 :研 擬 實 物 量 測 與 驗 證 計 畫 。 建 立 古 蹟 建 築微振量測基準資料與分析古蹟建築基本振動週期不易識 別之真實原因。 3.實 驗 模 擬 :研 擬 與 執 行 仿 古 磚 牆 試 體 之 實 驗 。 唯 古 蹟 建 築 因 時 間、材 料 等 因 素，無 法 完 全 模 擬 之。本 研 究 以 接 近 模 擬 之 方 式， 模擬古蹟建築牆體受外力之影響，藉由微振量測牆體之基本 振 動 週 期 變 化。依 據 實 驗 之 結 果，探 討 其 基 本 振 動 週 期 變 化 與 結構破壞之關係，作為診斷之參考。 4.專 家 學 者 諮 詢 :召 開 小 型 專 家 學 者 諮 詢 會 議 ， 廣 納 意 見 與 加 深 研究內容。 (二 )研 究 過 程 1.確 立 研 究 背 景 與 目 的 、 範 圍 與 內 容 、 步 驟 、 方 法 與 流 程 。 2.回 顧 現 有 關 於 混 合 構 造 古 蹟 暨 歷 史 建 築 牆 體 之 文 獻 。 3.探 討 混 合 構 造 古 蹟 暨 歷 史 建 築 牆 體 之 微 振 量 測 技 術 。 4.探 討 與 驗 證 混 合 構 造 古 蹟 暨 歷 史 建 築 牆 體 基 本 振 動 週 期 不 易 識別之真實原因。 5.古 蹟 實 物 微 振 量 測 與 其 基 準 資 料 之 建 立 。 6.研 擬 與 執 行 仿 古 磚 牆 試 體 之 實 驗 。 7.探 討 混 合 構 造 古 蹟 暨 歷 史 建 築 牆 體 之 基 本 振 動 週 期 變 化 與 結 構破壞關係的診斷原則。 8.研 擬 混 合 構 造 古 蹟 暨 歷 史 建 築 結 構 狀 態 微 振 檢 測 技 術 手 冊 之 補充參考。 9.研 擬 混 合 構 造 古 蹟 暨 歷 史 建 築 基 本 資 料 綜 合 表 範 本 初 稿 。 10.提 出 結 論 與 建 議 。 三、重要發現 (一 )經 本 研 究 對 於 混 合 構 造 古 蹟 暨 歷 史 建 築 牆 體 基 本 振 動 週 期 識 別 之 探 討 後 發 現，以 地 表 (或 台 基 )上 量 測 所 得 之 富 利 葉 頻 譜 作 為 基 準，對 牆 體 所 量 測 訊 號 進 行 調 整 後，牆 體 之 基 本 振 動 週 期 識別穩定性有明顯之提高。 (二 )經 本 研 究 比 較 五 處 古 蹟 實 例 所 微 振 量 測 之 資 料，發 現 垂 直 壁 體 方向之富利葉頻譜訊號識別比平行壁體方向較易識別。 (三 )經 本 研 究 以 仿 古 磚 牆 試 體 之 實 驗 探 討 牆 體 基 本 振 動 週 期 變 化 與 結 構 破 壞 (試 體 裂 縫 發 展 程 度 )之 關 係 後 發 現，牆 體 基 本 振 動 週 期 有 隨 著 結 構 破 壞 程 度 變 長 之 趨 勢。可 利 用 磚 牆 不 同 時 期 微 XII.
(15) 摘要 振量測所得之基本振動週期變化率，診斷磚牆之結構破壞程度。 (四 )根 據 實 驗 結 果，本 研 究 已 初 擬 出 診 斷 磚 牆 基 本 振 動 週 期 變 化 率 之 安 全 值、警 戒 值 與 行 動 值 範 圍。但 因 僅 一 次 實 驗 所 得 之 數 據 與 古 蹟 建 築 存 在 之 個 別 差 異 與 個 體 內 差 異 性，所 初 擬 之 範 圍 仍 僅 供 參 考。冀 爾 後 能 有 更 多 之 實 驗 數 據 與 實 例 來 加 以 佐 証 與 修 訂，使微振診斷原則能更趨於落實階段。. 四、主要建議事項 (一 )立 即 可 行 之 建 議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：中華建築中心、中華建築學會、國家地震中心 1.本 研 究 之 仿 古 磚 牆 試 體 實 驗，試 體 採 縮 減 尺 寸，外 力 施 予 方 式 採 簡 易 人 工 施 力。建 議 後 續 研 究 試 體 能 採 全 尺 寸，並 可 向 設 施 完 備 之 實 驗 中 心 租 借 反 力 牆、強 力 地 板、千 斤 頂、測 力 計 與 位 移 計 等 相 關 設 備 與 場 地 進 行 室 內 實 驗，以 提 高 實 驗 數 值 之 精 準 度與參考價值。 2.因 本 研 究 發 現 垂 直 壁 體 方 向 之 基 本 振 動 週 期 隨 牆 體 破 壞 程 度 的 變 化 較 平 行 壁 體 方 向 顯 著，且 垂 直 壁 體 方 向 之 富 利 葉 頻 譜 訊 號 識 別 亦 比 平 行 壁 體 方 向 易 於 識 別，故 可 以 垂 直 壁 體 方 向 之 基 本 振 動 週 期 變 化 率 做 為 診 斷 之 指 標，但 平 行 壁 體 方 向 之 微 振 量 測資料亦可保留，以供對照使用。 (二 )中 長 期 建 議 主辦機關：內政部建築研究所 協辦機關：中華建築中心、中華建築學會、國家地震中心 1.後 續 研 究 可 對 土 墼 牆、斗 仔 砌 磚 牆 及 亂 石 砌 牆 等 古 蹟 牆 體 類 型 進行微振診斷實驗研究。 2.後 續 研 究 可 對 古 蹟 牆 體 修 復 補 強 前 後 進 行 微 振 量 測，由 牆 體 修 復 補 強 前 後 之 基 本 振 動 週 期 變 化，探 討 其 修 復 補 強 之 成 效。本 研 究 目 前 已 完 成 陳 悅 記 老 師 府、頂 泰 山 巖 與 摘 星 山 莊 等 三 處 古 蹟牆體修復前之微振量測資料建立。. XIII.
(16) 古蹟暨歷史建築結構狀態微振量測與診斷之研究-以混合構造為例. ABSTRACT Keywords: Historic Listed Buildings, Ambient Vibration Measuring, Fundamental Periods, Structural Diagnose The study is the first component project of 「 The third Program Project of the Skills on the Structural Recondition. The first Program Project of the Damage Testing Mechanism of the historic listed buildings. 」 Another component project name is「 Handbook for wooden member damage inspection of humidity and termite in historical buildings.」 It is directed by Tsai Ming Jer. The two component projects are several studying to test walls and wooden members of the historic listed buildings. Expecting they can provide references to the damage testing of the historic listed buildings. The historic listed buildings collapsed due to the factors of the wood material’s life cycle and the external force. Simulating the personifying thought, 「 early finding, early healing」,if we test the structural health of the historic listed buildings in timing, could prevent the historic listed buildings from collapse. The study is the further research of 「 A Testing Study on the Structural Health of the Wood Frame in the Historic Listed Buildings-In the case of Die-dou-shi 」 in 2003 year and 「 An Empirical Study on the Technical Manual of the Structural Health in the Historic Listed Buildings by Ambient Vibration Measuring-An Example of the Mixed Construction」 in 2004 year. The research in 2003 year had ever done numerical simulation analysis and objective model experiment of the wood frame. It discovered that the form of construction and the structural behavior of the wood frame were more complicated than the rigid frame. It was more difficult to figure the structural health of the wood frame by structural analysis. In order to reply the complicated structural behavior, then in the research of 2004 year, we tested the structural health by ambient vibration measuring at first, and ran the experiments for the two cases XIV.
(17) ABSTRACT. of the historic listed buildings by ambient vibration measuring and built data base of their fundamental periods, and discovered the characteristic of the historic buildings by ambient vibration measuring, and gathered experience and skills of the ambient vibration measuring. But as the time was not enough, it could not study and experiment to find out the true reason why the fundamental period of the historic listed buildings was difficultly identified, and make the principles of diagnosis of the relationship with the structural damage and the variation of the fundamental period of the historic listed buildings. Therefore, this research will further study and run these targets hereinafter by the result of the research in 2003 year and 2004 year. 1. To study and experiment to find out the true reason why the fundamental period of the historic listed buildings was difficultly identified. 2. To ambient vibration measure on the historic listed buildings and built data base of their fundamental periods. 3. According the results of the wall experiments to study and make the principles of diagnosis of the relationship with the structural safety and the variation of the fundamental period of the wall on the mixed construction of the historic listed buildings. To provide references to diagnose their relationship with the structural safety and the variation of the fundamental period of the other historic listed buildings. 4. To provide replenishing references to the technical manual of the structural health in the historic listed buildings by ambient vibration measuring. 5. To study and write an exemplar outline of the generalizing list about fundamental data of the mixed construction on the historic listed buildings.. XV.
(18) 第一章 緒論. 第一章 緒 論 本章分成三個段落，以敘述本研究之背景與目的為始，其次闡釋本研究的範 圍與內容，最後說明本研究的步驟、方法與流程，冀閱者由此章即明全文梗概。. 第一節 研究背景與目的 一、研究背景 (一)古蹟暨歷史建築保存修護科技計畫 本計畫隸屬於內政部建研所 92 年度~96 年度預計執行之古蹟暨歷史 建築保存修護科技專案中程綱要計畫下之子計畫。中程綱要計畫之研究架 構主要分成結構修復、保存環境、技術推廣三大研究領域。而本計畫則是 屬於結構修復研究領域下之損壞檢測機制整合型研究計畫。 圖 1-1. 古蹟暨歷史建築保存修護科技專案中程綱要計畫之研究架構圖 (一)損壞檢測機制 一、結構修復. (二)結構分析評估 (三)修復補強技術. 研 究 架 構. (一)物理環境控制 二、保存環境 (二)材質保存技術 (一)勞安衛生 三、技術推廣 (二)資訊應用. 資料來源:見內政部建研所,古蹟暨歷史建築保存修護科技專案中程綱要計畫書(台北市：內政部建研所,民國 92 年 3 月)頁 9。. (二)九十二年度「古蹟暨歷史建築木構架結構狀態之檢測研究-以疊斗式為 例」與九十三年度「古蹟暨歷史建築結構狀態微振檢測實證及技術手冊 之研究」研究計畫之後續研究。 古蹟暨歷史建築受材料之生命週期及外力影響，傾頹毀壞者，所在多 有。基於『早期發現、早期治療』之觀念下，如能對古蹟建築結構狀態做定 期之檢測，即可預防古蹟建築因傾頹而產生嚴重的毀損。 本研究為九十二年度「古蹟暨歷史建築木構架結構狀態之檢測研究-以 疊斗式為例」與九十三年度「古蹟暨歷史建築結構狀態微振檢測實證及技術 手冊之研究-以混合構造為例」之後續研究。在九十二年度研究計畫中，曾 對木構架進行數值模擬分析與實體模型實驗，發現木構架構造形式與結構行 為趨於複雜，要由結構分析推估其結構狀態，困難度頗高。為因應其複雜結 構行為，進而在九十三年度研究計畫中，遂以微振量測來檢測其先期整體結 構狀態，並對兩處古蹟案例進行微振量測驗證與建立其基本振動週期基準資 料，並發現古蹟建築在微振量測上的獨特性與累積了微振量測的經驗與技 1.
(19) 古蹟暨歷史建築結構狀態微振量測與診斷之研究-以混合構造為例 術。但礙於時間的不足，未能探討與驗證出古蹟建築基本振動週期不易識別 之真實原因，以及提出古蹟建築之基本振動週期變化與結構破壞關係的診斷 原則，實則美中不足之處。本研究有鑑於此，擬植基於九十二年度與九十三 年度的研究成果上，更進一步研擬與執行以下研究目的。 二、研究目的 (一)探討與驗證混合構造古蹟暨歷史建築牆體基本振動週期不易識別之真 實原因。 (二)古蹟實物微振量測與其基準資料之建立。 (三)以牆體實驗探討混合構造古蹟暨歷史建築牆體之基本振動週期變化與 結構破壞關係的診斷原則，以提供其他古蹟暨歷史建築診斷其基本振 動週期變化與結構破壞關係之參考。 (四)提供古蹟暨歷史建築結構狀態微振量測技術手冊之補充參考。 (五)研擬混合構造古蹟暨歷史建築基本資料綜合表範本初稿。. 2.
(20) 第一章 緒論. 第二節 研究範圍與內容 西式大木. 一、研究範圍. 日式. (一)古蹟暨歷史建築結構系統分類與本研究之範圍 圖 1-2. 古蹟暨歷史建築結構系統分類圖. 屋架. 穿斗式 抬樑式. 純木構造. 疊斗式 木隔間 石 磚 基礎 混凝土 夯土 西式大木. 結構型態. 日式 屋架. 穿斗式 抬樑式 疊斗式 石牆. 混合構造. 磚牆 承重砌體 土墼牆. 結構系統. 斗仔牆 石 磚 基礎 混凝土 夯土. 結構行為. 材料. 承載能力. 破壞預測. 接點. 剛性. 修護標準. 構件. 韌性. 監測標準. 資料來源:見內政部建研所,古蹟暨歷史建築保存修護科技專案中程綱要計畫書(台北市：內政部建研 所,民國 92 年 3 月)頁 10。 3.
(21) 古蹟暨歷史建築結構狀態微振量測與診斷之研究-以混合構造為例 (二)微振量測實例選取之範圍 考量台灣地區震區之劃分與基礎資料齊全等條件，本研究以台北地 區之古蹟建築(地震乙區 0.23g)與新竹及台中地區之古蹟建築(地震甲 區 0.33g)為微振量測實例選取之範圍。 1.台北地區之古蹟建築 以陳德星堂與頂泰山巖二處古蹟為微振量測之實例。 2.新竹及台中地區之古蹟建築 以新埔上枋寮劉宅、新埔劉家祠與潭子摘星山莊三處古蹟為微振量測 之實例。 (三)混合構造古蹟暨歷史建築牆體實驗之牆體範圍 混合構造古蹟暨歷史建築牆體之類型主要包含磚牆、土墼牆、斗仔 砌磚牆、亂石砌牆等牆體。各種牆體類型所佔比例多寡目前文獻上並無 一確切統計數據。由相關文獻(詳表 2-3)發現，磚牆為混合構造組合類 型中常見的牆體類型。因此，本研究考量研究之應用價值及試體製作 性，選擇混合構造組合類型中常見的磚牆為實驗之牆體類型。 二、研究內容 (一)檢視及探討混合構造古蹟暨歷史建築牆體之特性 1.混合構造古蹟暨歷史建築牆體之類型 2.混合構造古蹟暨歷史建築牆體之構法與工法 3.混合構造古蹟暨歷史建築牆體之震害現象 (二)微振量測技術應用與基本振動週期識別之探討 1.微振量測基本觀念及其應用 2.混合構造古蹟暨歷史建築牆體之微振量測技術 3.混合構造古蹟暨歷史建築牆體基本振動週期識別之探討 (三)古蹟實例微振量測與其基準資料建立 1.台北地區之古蹟建築 2.新竹地區之古蹟建築 3.台中地區之古蹟建築 (四)仿古磚牆試體之實驗 1.牆體實驗計畫 2.實驗過程與結果 3.實驗結果分析 (五)混合構造古蹟暨歷史建築結構狀態微振檢測技術手冊之補充參考 (六)混合構造古蹟暨歷史建築基本資料綜合表範本初稿. 4.
(22) 第一章 緒論. 第三節 研究步驟、方法與流程 一、研究步驟 (一)確立研究背景與目的、範圍與內容、步驟、方法與流程。 (二)回顧現有關於混合構造古蹟暨歷史建築牆體之文獻。 (三)探討混合構造古蹟暨歷史建築牆體之微振量測技術。 (四)探討與驗證混合構造古蹟暨歷史建築牆體基本振動週期不易識別之真 實原因。 (五)古蹟實例微振量測與其基準資料建立。 (六)研擬與執行仿古磚牆試體之實驗。 (七)探討混合構造古蹟暨歷史建築牆體之基本振動週期變化與結構破壞關 係的診斷原則。 (八)研擬混合構造古蹟暨歷史建築結構狀態微振檢測技術手冊之補充參考。 (九)研擬混合構造古蹟暨歷史建築基本資料綜合表範本初稿。 (十)提出結論與建議。 二、研究方法 (一)採用之方法與原因 1.文獻彙整與分析:彙整分析現有關於混合構造古蹟暨歷史建築牆體與 微振量測理論與技術等之相關文獻。 2.實物量測與分析:研擬實物量測與驗證計畫。建立古蹟建築微振量測基 準資料與分析古蹟建築基本振動週期不易識別之真 實原因。 3.實驗模擬: 研擬與執行仿古磚牆試體之實驗。唯古蹟建築因時間、材 料等因素，無法完全模擬之。本研究以接近模擬之方式， 模擬古蹟建築牆體受側向力之影響，藉由微振動量測牆體 之基本振動週期變化。依據實驗之結果，探討其基本振動 週期變化與結構破壞之關係，作為診斷之參考。 4.專家學者諮詢:召開小型專家學者諮詢會議，廣納意見與加深研究內 容。 (二)實驗設備 1.設備支援與專業技術協助 (1)內政部建築研究所:微振量測設備支援 (2)台灣大學 a.蔡明哲:非破壞檢測專業技術協助與設備支援 b.呂良正:微振量測專業技術協助與設備支援. 5.
(23) 古蹟暨歷史建築結構狀態微振量測與診斷之研究-以混合構造為例 (3)台北科技大學 a.李有豐:微振量測與結構實驗技術諮詢 b.黃德琳:結構實驗技術諮詢 (4)中國文化大學環境設計學院數位環境實驗中心 a.智慧建築結構及構造實驗室:結構反應量測設備(加速規)、分析軟體 及技術支援。 2.微振量測設備 本研究微振量測設備為日本 Tokyo Soukushin Co.Ltd 所製造型號 VSE-15D-1 之微振動感測器，歷時記錄系統則是 SPC-51 之攜帶型紀錄器。 圖 1-3 微振動感測器. 6. 圖 1-4 歷時記錄系統 SPC-51.
(24) 第一章 緒論 三、研究流程 本研究流程如下圖所示: 圖 1-5 研究流程圖. 時間. 研究背景與目的. 93.12～94.01. 研究範圍與內容. 評選報告. 研究方法與步驟. 混合構造古蹟暨歷史建築牆體之探討. 微振量測理論與技術之探討. 94.02～94.06 期中報告. 古蹟建築實例微振量測與其基準資料建立. 研擬與執行仿古磚牆試體之實驗. 探討牆體之基本振動週期變化與結構破壞關係的診斷原則 94.07～93.11 期末報告`. 研擬混合構造古蹟暨歷史建築結構狀態微振檢測技術手冊之補充參考. 研擬混合構造古蹟暨歷史建築基本資料綜合表範本初稿. 結論與建議 94.11～94.12 總整理. z. 小結:經由以上對本研究之闡述後，擬於下章檢視及探討混合構造古蹟暨歷 史建築牆體之特性，作為研究資料及微振量測與診斷之參考。. 7.
(25) 古蹟暨歷史建築結構狀態微振量測與診斷之研究-以混合構造為例. 8.
(26) 第二章. 混合構造古蹟暨歷史建築牆體之特性. 第二章 混合構造古蹟暨歷史建築牆體之特性 本章為混合構造古蹟暨歷史建築牆體特性之探討。試著從牆體之類型、構法 與工法、震害現象等方向，由各種相關文獻回顧分析，瞭解混合構造古蹟暨歷史 建築牆體之涵構與特性。除確立爾後述說依據外，亦可提供微振量測與診斷之參 考。. 第一節 混合構造古蹟暨歷史建築牆體之類型 一、混合構造 台灣依文化資產保存法指定的古蹟中，屬於混合構造者為 66%，參見 表 2-1。混合構造『為將柱樑構造與承重牆構造混合使用之構造形式，通 2-1 常外部為承重牆構造，內部為柱樑構造』(註 )。本研究考量本土性及提 昇研究的應用價值，選擇以混合構造古蹟暨歷史建築為主要研究對象。 表 2-1 台灣地區古蹟構造類別統計表. 資料來源: 見蕭江碧、閻亞寧,古蹟保存與再利用防火課題之基礎調查研究 (台北市：內政部建研所,民國 90 年)頁 15。 註 2-1 見林會承,台灣傳統建築手冊─形式與做法篇,(台北市：藝術家,民國 78 年)頁 49。. 9.
(27) 古蹟暨歷史建築結構狀態微振量測與診斷之研究-以混合構造為例 二、混合構造古蹟暨歷史建築牆體之類型 古蹟暨歷史建築構造系統混合型態眾多，一般有承重牆系統、承重牆 與閩南式屋架(如圖 2-1 與圖 2-2)、承重牆與閩南式屋架混 RC 樑、承重牆 與閩南式屋架與 RC 柱樑系統、承重牆與西式屋架、承重牆與閩南式屋架 與西式屋架、RC 柱樑與閩南式屋架、RC 柱樑與西式屋架等。由蕭江碧、 王惠君等所著之《混合式構造之地震受災診斷方法研究》此一研究中，曾 對 56 處混合式構造古蹟進行實地調查，發現承重牆與閩南式屋架的組合 佔較大比例 (詳表 2-2)。 表 2-2 混合式構造結構系統分類表 結構系統 承重牆系統 承重牆與閩南式屋架 承重牆與閩南式屋架混 RC 樑 承重牆與閩南式屋架與 RC 柱樑系統 承重牆與西式屋架 承重牆與閩南式屋架與西式屋架 RC 柱樑與閩南式屋架 RC 柱樑與西式屋架 資料不明 總計. 合計 3 40 1 3 1 2 2 2 2 56. 資料來源:見蕭江碧、王惠君,混合式構造之地震受災診斷方法研究,(台北市：內政部建研所,民國 92 年)頁 32。. 圖 2-1 承重牆與閩南式屋架. 資料來源: 楊仁江,大龍峒保安宮調查研究與修護 建議,(台北市：台北市政府,民國 81 年)。. 10. 圖 2-2 彰化鹿港龍山寺大殿屋頂拆解後 之木構架與承重牆.
(28) 第二章. 混合構造古蹟暨歷史建築牆體之特性. 承重牆體依材料之類型則可分為磚牆、土墼牆、斗仔砌磚牆、亂石砌 牆等牆體。各種牆體類型所佔比例多寡目前文獻上並無一確切統計數據。 但由表 2-3 可發現，磚牆為混合構造組合類型中常見之牆體，而各類型牆 體之構造特色與比較則如下頁表 2-4 所示。 圖 2-3 磚牆. 圖 2-4 土墼牆. 圖 2-5 斗仔砌磚牆. 圖 2-6 亂石砌牆. 表 2-3 混合式構造組合類型統計表 混合式構造名稱 合計 混合式構造名稱 合計 混合式構造名稱 合計 RC 樑與鋼屋架接合 1 木屋架與混合式承重牆 1 木桁與石柱接合 5 土埆磚牆與木屋架接合 2 木屋架與編竹夾泥牆接合 2 木桁與石牆接合 1 土埆磚牆與木柱接合 1 木屋面與 RC 屋架 1 木桁與鋼屋架接合 1 木拱(軟挑)與土埆磚牆接合 土埆磚牆與木桁接合 10 1 木短柱與 RC 柱接合 2 土埆磚牆與石牆接合 3 木柱外覆混凝土 1 木短柱與石柱接合 6 木樑與鋼彈簧基座接合 斗子磚牆與木桁接合 4 木柱與 RC 柱珠接合 1 1 斗子磚牆與石牆接合 3 木柱與 RC 柱接合 3 石柱珠與 RC 柱接合 2 木屋架與 RC 天溝接合 1 木柱與石柱珠接合 38 石柱與 RC 桁接合 1 木屋架與 RC 樑接合 1 木柱與石柱接合 12 混合式承重牆 2 混凝土塊與鋼屋架接合 木屋架與石柱接合 3 木桁與 RC 牆體接合 1 1 磚牆與木拱(軟挑)接合 資料不明 4 磚基礎與木樑接合 1 1 磚柱與 RC 樑接合 1 磚構柱珠與 RC 柱接合 1 磚牆與木柱接合 6 磚牆上接穿斗式編竹夾泥牆 磚柱與土埆磚接合 2 2 磚牆與木框架接合 1 磚柱與斗子磚牆接合 4 磚牆於 RC 樑接合 1 磚牆與木桁接合 47 磚柱與木屋架接合 2 磚牆與 RC 附壁柱接合 1 磚牆與木樑接合 1 磚柱與木柱接合 1 磚牆與 RC 屋架接合 1 磚牆與石柱接合 5 磚柱與木桁接合 5 磚牆與 RC 柱樑接合 1 磚牆與石框架接合 2 磚牆與 RC 樑柱接合上置木桁 磚柱與木短柱接合 1 1 磚牆與石牆接合 14 磚柱與石台基接合 1 磚牆與 RC 樑接合 2 磚牆與混凝土塊接合 1 磚柱與石柱珠接合 1 磚牆與斗子磚牆接合 1 (空白) 磚柱與石柱接合 3 磚牆與木屋架接合 10 總計 237 資料來源:見蕭江碧、王惠君,混合式構造之地震受災診斷方法研究,(台北市：內政部建研所,民國 92 年)頁 163。 11.
(29) 古蹟暨歷史建築結構狀態微振量測與診斷之研究-以混合構造為例 表 2-4 混合構造古蹟暨歷史建築牆體主要構造類型之比較表 磚牆. 土墼牆. 斗仔砌磚牆. 亂石砌牆或石牆. 實心磚牆為磚塊平. 一種很古老的曬乾式. 用大塊扁形的紅磚，. 以灰泥接著卵石或石老. 擺，層層積疊，以灰. 土磚，以黏土加入小. 以豎立及平放的方法. 石古石砌築牆體，通常. 漿作為各層磚塊之間. 磚片、小石粒及稻草. 組立成盒狀，內部再. 將大顆石材置於下. 的黏著物，磚牆之砌. 梗混合，再填入木板. 塡塞土石碎料(註. 方，結構較穩固。亦. 法有很多種，通常以. 模中搗實，陰乾後即. 2-3. 有位在牆體下段，上. 英式砌法為主。. 成。以土墼磚砌成的. 段配合其它材料使. 牆體怕水，有時外皮. 用，具防潮功能(註. 還要加瓦片或抹灰泥. 2-4. 圖 示. 構 造 特 色. 來保護(註. 構 材 尺 寸. 2-2. )。. )。. )。. 傳統製磚方式，由於. 由於土墼本模尺度之. 一般斗仔砌磚尺寸為. 各磚場土質、和泥水. 差異，各地土墼尺寸. 22.5cmX12.5cmX3cm. 分比、作磚過程磚斗. 並無定制。. ，但各地之斗仔砌磚. 無定制尺寸。. 尺寸仍有差異。. 之大小、燒磚的時 間、火候等因素之不 同影響各窰場磚塊成 型後之尺寸。即使同 一時間出窰之磚塊， 其尺寸稍異(註. 2-5. )。. 養 磚牆疊砌完成需養護 護 28 天以上。 時 間. 相關文獻未記載。. 相關文獻未記載。. 19/150(約 13%). 12/150(約 8%). 21/150(約 14%). (參閱表 2-3). (參閱表 2-3). (參閱表 2-3). 剛做好的土墼磚需陰 乾 7 天~40 天，才可開 始進行疊砌。毎日疊 砌高度不可超過一 米。疊砌完後之牆體 需經 5 個月時間乾固。. 比 98/150(約 65%) 例 (參閱表 2-3) 註 2-2 註 2-3 註 2-4 註 2-5. 12. 見李乾朗,台灣古建築圖解事典,(台北市：藝術家,民國 92 年)頁 74。 見李乾朗,古蹟入門,(台北市：遠流,民國 88 年)頁 67。 同註 2-3 頁 66。 見林邦輝,台灣傳統閩南式廟宇營建與施工之研究,(台南市：成大建研所碩論,民國 70 年)頁 37。.
(30) 第二章. 混合構造古蹟暨歷史建築牆體之特性. 第二節 混合構造古蹟暨歷史建築牆體之構法與工法. 石牆基 基礎. (二)石牆基 砌牆時，『牆下緣與地面接觸部分， 須先砌上一層耐水石材，一為收頭， 二防濕氣滲入上層牆身』(註 2-6)。. 磚牆身. 混合構造古蹟暨歷史建築牆體依材料之類型可分為磚牆、土墼牆、斗 仔砌磚牆、亂石砌牆等牆體。其構法與工法茲分別說明如下。 圖 2-7 磚牆之構成圖 一、磚牆之構法與工法 一般混合構造古蹟暨歷史建築磚牆 (如圖 2-8)之構成由下而上依序為 牆基礎、石材、磚牆身(如圖 2-7)。 磚牆之構法與工法依序說明如下: (一)基礎 基礎由底部基石與夯實之卵石土層 構成，基礎除承受垂直力之傳遞外，底 部基石亦可防止水氣滲入。卵石與泥土 一般多就地取材，基石則多以觀音石、 安山岩或舖面磚等為主。. 圖 2-8 新埔上枋寮劉宅之牆身以紅磚與石材合砌而成. 傳統建築石材可分『構造用(一般用於建築物底部-如基礎、基 壇…)，雕刻用(如:龍柱、石獅、石鼓、龍虎壁…)二類。台灣早期建築 所用之石材大部分自福建輸入。後期亦採用台灣北部觀音山出產之青灰 色觀音石。 石材之取得一般皆是匠師自行至產石山中利用泥土之乾溼度及紮 實度(密度)不同，尋覓合適之石材。土實且濕則有石;土鬆而乾則無石。 註 2-6 黃朝印、郭德蘭、鄭土 等司傅說法。見林邦輝,台灣傳統閩南式廟宇營建與施工之研究,(台 南市：成大建研所碩論,民國 70 年)頁 28。. 13.
(31) 古蹟暨歷史建築結構狀態微振量測與診斷之研究-以混合構造為例 尋得石塊後，石匠依建築物要求之尺寸及意念中形象之大小，適當的將 石塊切割。切割時一面么喝徒弟，緊緊拉住已用鋼絲纏住之鋼斬，一面 用手柄由藤樹累或久攻材(藤類材料)製成之鐵鎚於石塊適當位置連續 鑿洞(如圖 2-9)。鑿洞時，一邊用鋼斬之，一邊加水，使水份滲入石縫， 直至石塊自行分開為止。石匠先將石塊鑿出粗胚，略成規模後再用人力 運往工地詳加研磨雕作』(註 2-7)。 圖 2-9 石塊切割圖. 資料來源:見林邦輝,台灣傳統閩南式廟宇營建與施工之研 究,(台南市：成大建研所碩論,民國 70 年)頁 41。. 石牆基之砌法一般以『大塊規整的石條水平疊砌，上下要錯縫，每 2-8 隔一段即以丁面石塊拉繫』(註 )，如圖 2-10 所示。或者有將石材切 割成石條狀，每隔一皮以一順一丁的方式砌築，如圖 2-11 所示。 圖 2-10 士林潘宅之石牆基砌法. 順面. 丁面. 圖 2-11 蘆洲李宅之石牆基砌法以每隔 一皮以一順一丁的方式砌築 順面. 丁面. 註 2-7 見林邦輝,台灣傳統閩南式廟宇營建與施工之研究,(台南市：成大建研所碩論,民國 70 年)頁 40-41。 註 2-8 見李乾朗,古蹟入門,(台北市：遠流,民國 88 年)頁 66。 14.
(32) 第二章. 混合構造古蹟暨歷史建築牆體之特性. (三)磚牆身 磚牆身通常為磚塊平擺，層層積疊，以灰漿作為各層磚塊之間的黏 著劑，磚牆之砌法通常為每隔一皮順丁相砌(如圖 2-12)，垂直勾縫相 錯(如圖 2-13)。 圖 2-13 磚牆勾縫以垂直相錯方式傳 圖 2-12 順丁相砌之英式砌法 遞垂直力 順砌磚 丁砌磚. 1.傳統閩南式磚塊型式及尺寸 傳統閩南式磚塊型式及尺寸皆稍有差異(如表 2-5)。『傳統製磚方 式，由於各磚場土質、和泥水分比、作磚過程磚斗之大小、燒磚的時間、 火候等因素之不同影響各窰場磚塊成型後之尺寸。即使同一時間出窰之 2-9 磚塊，其尺寸稍異』(註 )。 表 2-5 砌牆之閩南磚抽樣尺寸表 廟宇名稱 台南 武廟 台南 赤嵌樓 台南孔廟 鹿港文開書院. 牆面磚塊種類及尺寸(長 cm × 寬 cm × 厚 cm) 16 × 9 × 4 16 × 9 × 4，20.9 × 9.7 × 4.4，15 × 25.4 × 4.3， 14.6 × 26.5 × 4.3 25 × 9 × 4.5，25 × 12 × 3，23 × 9 × 4.5， 21 × 11 × 4.5，19 × 9 × 4 23.6 × 10.2 × 4.8，23.6 × 11.5 × 3.6，26 × 21 × 3.6. 資料來源:見林邦輝,台灣傳統閩南式廟宇營建與施工之研究,(台南市：成大建研所碩論,民國 70 年)頁 32。. 由邱上嘉、周志明等所著之《傳統磚砌建築灰縫劣化與破壞之研究》 此一研究中，曾對 263 處古蹟暨歷史建築進行實地調查，發現磚材尺寸 比例以「4:2:1」(長:寬:高)佔總案例數最多(156 個案例)，其次為 「5:2:1」有 28 個案例。另外，就「4:2:1」磚材來看，其橫縫與磚高 之比例為 1:6，豎縫與磚高之比例亦為 1:6(詳表 2-6)，但豎縫厚度均 大於或略大於橫縫。 表 2-6 磚材尺寸與灰縫厚度的關係表 磚材比例 (4:2:1). 橫縫 (平均值). 豎縫 (平均值). 橫縫:磚高. 豎縫:磚高. 磚長度 (平均值). 磚寬度 (平均值). 磚高度 (平均值). 紅磚. 0.94cm. 0.98cm. 1:6. 1:6. 22.28cm. 10.87cm. 5.41cm. 資料來源: 邱上嘉、周志明、王新衡,傳統磚砌建築灰縫劣化與破壞之研究,(台北市：國科會工程處,民國 90 年)。. 註 2-9 見林邦輝,台灣傳統閩南式廟宇營建與施工之研究,(台南市：成大建研所碩論,民國 70 年)頁 37。 15.
(33) 古蹟暨歷史建築結構狀態微振量測與診斷之研究-以混合構造為例 2.灰漿 磚塊之間的黏著劑多以灰漿為主，灰漿其成分通常有『生石灰、砂 及土，依一定比例搗勻加水成糊狀即成。但為求久固，通常要加糯米糊 及烏糖汁』(註 2-10)。 灰漿的種類繁多(詳表 2-7)，傳統匠師會因不同需求與施工部位調 製不同的灰漿，素有九漿十八灰的流傳。 砌紅磚牆之灰漿配比也因匠師經驗與不同地區習慣而異，依據張清 忠所著之《三合土配比及材料行為之研究》此一研究中，曾訪談匠師了 解砌紅磚牆之灰漿配比(詳表 2-8)，配比材料主要為蠣殼灰漿泥、紅土、 砂與其他材料。 表 2-7 台灣傳統砌體建築灰縫之配比表 種類. 三合土 A. 三合土 B. 麻絨 白灰. 灰泥. 材料. 石老石古石灰 (填縫). 石老石古石灰 (勾縫). 桐油灰. 白灰 1 6 1 10 1 黏土 3 0.5 3 1 1 1.5~2 貝殼粉 1~2 0.5 2 2 糖漿 0.4~0.5 1/3 0.2~0.3 糯米漿 1~1.5 1 稻殼 1 海菜 少許 少許 麻絨 6塊 水 適量 適量 適量 適量 適量 適量 適量 桐油 0.5~0.6 窯灰 0.5 註:表格中每一單位為 10kg 裝之包裝，麻絨單位為泡麵大小之塊狀物，桐油以水瓢(直徑 20cm 高 20cm)為單位。 資料來源:見周志明,臺灣傳統砌體建築灰縫之基礎研究,(雲林縣：雲科大文資所碩論,民國 91 年)頁 25。. 表 2-8 砌紅磚牆用之三合土較適當配比表 用途. 砌紅磚牆. 材料重量比例 蠣殼灰漿泥 紅土 砂 1.0 0.5 1.2 1.0 2.5 1.5 0.5 1.0 2.0 1.0 3.0 1.0 1.0 0.7 1.0 1.0 0.3 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.3 1.0 1.0 1.0 1.0. 水泥 0.4 0.0 0.5 0.0 0.7 0.8 0.8 0.4 0.4. 主要理由說明. 使用順序. 訪談匠師比. 1 2 1 2. 工作性好，抗壓、抗張較佳，耐久性良好， 在不考慮經濟性、防朝性及隔熱性使用。 工作性好，抗壓抗張耐久性適中，考慮經 濟性、防朝性及隔熱性使用。. 資料來源:見張清忠,三合土配比及材料行為之研究,(台北市：台科大營建所碩論,民國 91 年)。. 註 2-10 見李乾朗,台灣古建築圖解事典,(台北市：藝術家,民國 92 年)頁 156。 16.
(34) 第二章. 混合構造古蹟暨歷史建築牆體之特性. 3.砌磚之工法 (1)工具 砌磚用工具甚多，工具型式與名稱也隨各地習慣互不相同。茲參考 陳章鵬所著之《磚工》一書，簡述如下: A.膠泥用工具:鏝刀、拖泥板、膠泥扮台、鏟子、水桶與膠泥杓等。 B.成線工具:垂規、水準器、垂心、垂線、長短直線板、水線、粉筆、 鉛筆與鋼角尺等。 C.計量工具:折尺、卷尺、兩腳規與磚縫尺等。 D.切琢工具:大鏝刀、磚鎚、寬刃磚鑿、鋼鑿、線鋸與框鋸等。 E.其他:地面劃線槽用鏝刀、工具包與磨石等。 (2)灰漿之扮合與清水磚之疊砌 灰漿之扮合，首先將『養灰槽中的灰漿與砂先行扮合均勻，再依使 用量之多寡扮合土及海帶漿與適度的水，主要靠砂來使灰漿及土能均勻 攪拌，但不能同時將三種材料放在一起攪拌，因灰與土之粘性較高兩者 間不易均勻扮合。以前用人工以腳及耙、鋤扮合，大量時以牛來協助， 現改為機械扮合。 疊砌清水磚用之灰泥看起來沒有含水、搓起來濕濕的感覺為樣，在 固定的容器下加以捶鍊至成團，手握起在 1m 高度左右放下只裂不碎， 再將捶鍊好之灰置放於剛淹滿水之容器置三天以上，再以 100:5 比例加 上麻絨暨海帶漿均勻攪拌(圖 2-14)後使用。以灰匙將灰泥抹於磚或石 材之四周，中間不得有灰泥(圖 2-15)，以縫之大小多 2 分之厚度抹上， 逐層壓擠疊砌』(註 2-11)。 圖 2-14 灰泥攪拌. 資料來源:同註 2-11。. 圖 2-15 疊砌清水磚之灰泥抹於磚 之四周，中間不得有灰泥。. 資料來源:同註 2-11。. 註 2-11 見莊敏信,傳統灰作基本操作與應用之研究,(中壢市：中原建研所碩論,民國 92 年)頁 54-55。. 17.
(35) 古蹟暨歷史建築結構狀態微振量測與診斷之研究-以混合構造為例 二、土墼牆之構法與工法 一般土墼牆(亦稱土埆牆，本研究主要以土墼牆稱之)常以卵石為基，再以土墼層層 疊砌成牆身(圖2-17)。土墼為『一種很古老的曬乾式土磚(圖2-18)，以黏 土加入小磚片、小石粒及稻草梗混合，再填入木板模中搗實，陰乾後即成。 以土埆磚砌成的牆體怕水，有時外皮還要加瓦片或抹灰泥來保護』(註2-12)。 圖 2-16 新埔上枋寮劉宅之土墼牆，土墼外 圖 2-17 土墼牆體下部常以卵石為基，防 部以抹灰泥來防水。 止土墼受潮。. 圖 2-18 土墼為一種古老的曬乾式土磚，透 過層層疊砌而成牆身。. 圖 2-19 土墼牆之構成圖. 土墼牆身 卵石牆基 基礎. (一)土墼之材料 土墼用土多就地取材，因此各地土墼成分皆稍有差異。土墼為『脆性 材料，本身耐壓而不抗拉，破壞呈脆性破壞，民間製作土埆，常在土埆中 加入纖維，如切碎的稻草或米糠，以增加土埆韌性。土埆磚選土，僅能因 地制宜，本土民間多使用稻田土壤，惟各地稻田土壤顆粒分布不一，故土 埆強度亦有所差別。添加物主要仍以稻草為主，根據對竹北問禮堂土埆製 作師傅訪談結果，約製作 1000 塊土埆要添加 250 斤稻草，以每塊土埆約 2-13 35cm×22cm×10cm 計算，即每立方公尺的土量約要加 32.5 斤稻草』(註 )。. 註 2-12 見李乾朗,台灣古建築圖解事典,(台北市：藝術家,民國 92 年)頁 74。 註 2-13 見周柏琳,台灣傳統建築土埆構造力學性能初探,(台南市：成大建研所碩論,民國 91 年)頁 2-1。 18.
(36) 第二章. 混合構造古蹟暨歷史建築牆體之特性. (二)土墼之製作 土墼之製作『除了土壤、水與添加物外，須依賴模具使之尺寸固定， 邊緣平整。模具為無底的木模。製作土埆前木模宜先行浸濕，將濕土漿置 入木模中，與木模等高，為免土埆四隅缺角，切記將土漿往木模四角壓實， 最後加以脫模。製作下一塊土埆之前，木模內側則加以清洗，除洗去沾粘 其上的土漿外，可利下一土埆脫模。 水在土埆製作過程中，扮演重要角色，國內製作土埆，用土加水，多 依賴經驗法則。土埆材料混合攪拌的過程需花費相當力氣，早期本地製作 土埆，量少的話用人力，量多時用牲畜，加以踩踏均勻，方加以澆模。密 度顯著的不同來自製造跟澆模時實際的施壓方式。 剛做好的土埆因為潮濕，脫模後即原樣置放(圖 2-21)，數天後表面較 為乾燥即可立起，以加速風乾，乾燥速率視氣候及土埆尺寸而定，快者一 2-14 週，慢者四、五十天，約七八分乾即可用以疊砌』(註 )。 圖 2-20 土墼內含稻殼與稻草梗 圖 2-21 將濕土漿置入木模中. 圖 2-22 將土墼脫模後原樣置放乾燥. 稻殼與稻草梗. 資料來源:同註 2-14。. 資料來源:同註 2-14。. (三)土墼牆之疊砌 土墼牆之疊砌法，『外牆與隔間牆砌法有別，外牆以短邊朝外順砌;隔 間牆則以長邊朝外順砌。疊砌時磚面可先行浸濕，以避免疊砌時灰縫土漿 水分為磚塊過度吸收造成乾縮，灰縫厚度約在 1.5cm~2cm。鑒於土埆磚本身 重量不低，為避免牆體下層灰縫過度受擠壓而致厚度過薄，每日疊切高度 不超過一米(圖 2-23)。疊砌過程中，可加入一些韌性材料作為牆體補強構 件，國內可見加竹篾於牆體水平灰縫中。而為增加土埆使用壽命及建築物 2-15 穩定度，土埆建築物外部可加裝陶片(即「穿瓦杉」)或以灰泥粉壁』(註 )。 圖 2-23 土墼每日疊切高度不超過一米. 資料來源:見莊敏信,傳統灰作基本操作與應用之研究,(中壢市：中原建研所碩論,民國 92 年)頁 56。 註 2-14 見周柏琳,台灣傳統建築土埆構造力學性能初探,(台南市：成大建研所碩論,民國 91 年)頁 2-2。 註 2-15 同註 2-14。 19.
(37) 古蹟暨歷史建築結構狀態微振量測與診斷之研究-以混合構造為例 三、斗仔砌磚牆之構法與工法 斗仔砌磚牆為『用大塊扁形的紅磚，以豎立及平放的方法組立成盒 狀，內部再塡塞土石碎料。這種作法的牆體很厚實，又可以節省磚材。外 觀形成寬宰相間的分隔，在陽光下顯得特別紅豔(圖 2-24)，散發著傳統 圖 2-25 斗仔砌磚牆之構成圖 建築的魅力』(註 2-16)。 圖 2-24 陽光下之義芳居古厝斗仔砌磚牆 斗仔砌磚 牆身 石砌牆基 基礎. 斗仔砌磚牆『砌築之前常見先以卵石漿砌做牆基(圖 2-26)，砌磚數 皮收平即砌牆體。用磚分水平、牆外垂直、牆內垂直三向疊砌，中間填以 土埆、土漿、卵石或碎磚，亦有完全不填者，現亦有發現於斗中加入整塊 紅磚者。牆內垂直磚斗砌牆三向用磚，用俗稱「七吋磚」疊砌成斗狀，但 各地用磚尺寸亦略有出入，砌磚原則為面內垂直磚之間最多不超過三塊牆 面垂直磚連砌，以及灰縫必須交丁，灰縫厚約 0.2cm，外觀上看來很薄或 因表面灰漿掉落而看不見，灰縫較薄的原因，根據訪談，係斗砌牆為一次 施工，且作填充物的土埆自重很大，即使施作時磚灰縫較厚，尚未乾燥的 灰漿亦會為土埆所擠出，灰縫亦會變薄，故使用較薄灰縫』(註 2-17)。 圖 2-26 斗仔砌磚牆常以卵石漿砌做牆基. 圖 2-27 陳德星堂之斗仔砌磚牆以石材為牆基. 註 2-16 見李乾朗,古蹟入門,(台北市：遠流,民國 88 年)頁 67。 註 2-17 見張嘉祥等,歷史建築震損及維護方式之研究(二)砌體構造,(台北市：文建會,民國 90 年)頁 242。 20.
(38) 第二章 圖 2-28 霧峯林家毀壞之斗仔砌磚牆 內含內含有泥土當填充物. 混合構造古蹟暨歷史建築牆體之特性. 圖 2-29 士林潘宅毀壞之斗仔砌磚牆內含內含有泥土. 斗仔砌磚牆內以『土埆水平交丁砌或豎砌填充，磚與土埆縫隙間填以 土漿。惟經調查發現，其砌法亦有各種方式(圖 2-30)，主要差異表現在 水平向用磚的使用與牆角收頭的處理。斗砌牆水平向用磚基本形為整層用 一塊磚，但亦有分成兩塊，或再用磚與土埆逐層交錯疊砌，只要表面維持 斗砌形貌即可。牆角收頭最常見者為砌數層垂直水平磚框(圖 2-31)，或 是七吋磚平砌，用長短側依各斗高度逐層疊砌』(註 2-18)。 圖 2-30 各種類型砌法之斗仔砌磚牆. 圖 2-31 斗仔砌磚以一層豎磚作牆角收頭。. 資料來源: 見李乾朗,台灣古建築圖解事典,(台北市： 藝術家,民國 92 年)頁 74。. 註 2-18 見張嘉祥等,歷史建築震損及維護方式之研究(二)砌體構造,(台北市：文建會,民國 90 年)頁 242。 21.
(39) 古蹟暨歷史建築結構狀態微振量測與診斷之研究-以混合構造為例 四、亂石砌牆之構法 亂石砌牆為『以灰泥接著卵石(圖 2-32)或石老石古石(圖 2-33)砌築牆 體，通常將大顆石材置於下方，結構較穩固。亦有位在牆體下段，上段配 合其它材料使用(圖 2-34 與圖 2-35)，具防潮功能』(註 2-19)。 圖 2-32 台灣北部山區民宅之亂石砌牆. 圖 2-34 由卵石與土墼合砌之牆體. 圖 2-33 澎湖地區傳統民宅之咾咕石牆. 圖 2-35 由卵石與斗仔砌磚合砌之牆體. 圖 2-36 人字躺砌法之石牆 除亂石砌牆外，亦有人字砌石牆 砌法，人字砌又稱人字躺是以『長方 石塊採四十五度斜砌，第二塊則採反 方向四十五度斜躺砌成之石牆砌法， 依此類推，形成人字行牆面(圖 2-36) 』(註 2-20)。. 註 2-19 見李乾朗,古蹟入門,(台北市：遠流,民國 88 年)頁 66。 註 2-20 見李乾朗,台灣古建築圖解事典,(台北市：藝術家,民國 92 年)頁 138。. 22.
(40) 第二章. 混合構造古蹟暨歷史建築牆體之特性. 第三節 混合構造古蹟暨歷史建築牆體之震害現象 一、九二一及一○二二地震混合構造古蹟暨歷史建築牆體之震害統計 民國八十八年九二一及一○二二地震後，許多古蹟暨歷史建築受到嚴 重損害。根據行政院文化建設委員會對主要災區(台中縣市、南投縣、彰 化縣與雲林縣)429 棟在兩次地震中受到災損之砌體造歷史建築進行震害 統計(註 2-21)，其中磚造建築 303 棟、土墼造建築 114 棟、斗仔砌磚建築 12 棟，根據損壞現象依損壞等級判定標準(詳表 2-9)分別判定其損壞等 級，發現災區受損之歷史建築，在構造上以土墼造所受災損最為嚴重(詳 表 2-10)，土墼造中害以上佔 76% (倒塌佔 22%，大害佔 35%，中害佔 19%)。 災損其次嚴重為斗仔砌磚造建築，微害以下佔 28%(無害佔 10%，微害佔 18%)。災損最小為磚造建築，微害以下佔 46%(無害佔 32%，微害佔 14%)。 表 2-9 建築物損壞等級判定標準 損壞等級 震害描述 無害. 建築物無損壞。. 微害. 牆體完好，屋頂及非結構性部分輕微損害。. 小害. 牆體交界處產生輕微裂縫，屋頂部分瓦片掉落。. 中害. 多數牆體產生輕微裂縫，部分牆體產生嚴重裂縫，屋頂部分塌陷。. 大害. 多數牆體出現明顯裂縫，部分牆體外傾，屋頂坍塌。. 倒塌. 多數牆體倒塌，需拆除重建。. 資料來源:見張嘉祥等,歷史建築震損及維護方式之研究(二)砌體構造,(台北市：文建會,民國 90 年)頁 9。. 表 2-10 各構造與損壞等級百分比關係表 土墼造. 磚造. 斗砌. 無害. 8%. 32%. 10%. 微害. 5%. 14%. 18%. 小害. 11%. 20%. 32%. 中害. 19%. 14%. 21%. 大害. 35%. 11%. 10%. 倒塌. 22%. 9%. 9%. 資料來源:見張嘉祥等,歷史建築震損及維護方式之研究(二)砌體構造,(台北市：文建會,民國 90 年)頁 10。. 註 2-21 見張嘉祥等,歷史建築震損及維護方式之研究(二)砌體構造,(台北市：文建會,民國 90 年)。 23.
(41) 古蹟暨歷史建築結構狀態微振量測與診斷之研究-以混合構造為例 二、牆體之震害現象 參考《一九九九台灣集集大地震古蹟及歷史建築震害初勘報告書》與 《歷史建築震損及維護方式之研究(二)砌體構造》此二文獻，對牆體災損 之描述與統計，歸納磚牆、土墼牆與斗仔砌磚牆之震害部位與現象如下各 表所示。 (一)磚牆 表 2-11 磚牆之震害部位與現象 1.楹與山牆接合部 2.山牆與背牆轉角處. 3.開口部周邊之牆體. (二)土墼牆之震害現象 表 2-12 土墼牆之震害部位與現象 1.面外彎矩破壞 2.牆體倒塌. 3.牆體分離的損壞. 4.牆體上方水平向的損壞. 5.牆體中段彎矩破壞. 6.對角線的破壞. 7.建築物角隅的破壞. 8.開口部的破壞. 9.其它(如與木構件接合處). (三)斗仔砌磚牆之震害現象 表 2-13 斗仔砌磚牆之震害部位與現象 1.面外彎矩破壞 2.面內剪力破壞. 3.牆體倒塌. 4.牆體上端水平向損壞. 5.角隅破壞. 6.開口部破壞. 7.磚面掉落. 8.內部填充物. 9.其它(如牆體分離的損壞). ● 小結. 1.本章檢視及定性探討混合構造古蹟暨歷史建築牆體之特性後發現，磚牆為 混合構造組合類型中常見的牆體類型。本研究考量研究之應用價值、試體 製作可及性與研究經費許可下，擬選擇磚牆為爾後牆體實驗之牆體類型。 2.古蹟暨歷史建築牆體因受材料之生命週期與地震力影響，容易因傾頹而產 生嚴重的損毀。基於『早期發現、早期治療』之觀念下，如能對古蹟建築 牆體做定期微振檢測，了解其勁度變化，以預防古蹟建築因傾頹而產生嚴 重的毀損。 3.擬於下章對微振量測技術應用與基本振動週期識別進行探討，除奠定爾後 古蹟實例微振量測與基準資料建立之基礎外，亦對地表環境振動對牆體微 振訊號之影響進行識別分析。 24.
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