「榫」己利物—榫接抗震的研究

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「榫」己利物—榫接抗震的研究

摘要

我們發現在日式建築當中使用到很多卡榫，這些卡榫的裝置能夠使這些木造房屋經歷了多次地震後也屹立不搖。因此激發了我們的好奇心來進行研究。經由我們一連串的實驗結果，

得知木榫的榫舌大小和形狀的確和耐震度有關係，其中以方榫耐震度＞三角榫耐震度＞圓榫耐震度(圓榫易旋轉，建議使用橢圓榫)，而大、小方榫中，又以小方榫最為堅固。鳩尾榫和長方榫比起來，鳩尾因為倒勾形狀，而不會如長方榫容易滑開，使它能耐更強的震度。如果利用重物模擬瓦片重量，負重且在反方向的榫較容易鬆脫，但是通榫幾乎沒有鬆脫，所以耐震度最高。

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壹、研究動機

在學校我們加入了林業文化小小解說員，在解說檜意生活村的過程中，漸漸體會出日式建築之美，也發現在日式建築當中使用到很多卡榫，這些建築竟然在經歷過這麼多次的地震後，並無很大的損傷。一次我們在草嶺進行天文觀星活動時，又無意間看到了一棟 72 年的木造房子，且經歷過多次地震與搬遷仍完好如初，對這種不用釘子就能固定房屋的木造結構產生濃厚的興趣，因此展開了這個研究。(教材相關性:康軒版五上自然與生活科技第四單元力與運動)

貳、研究目的

一、製作地震模擬器。

二、了解地震模擬器的各個搖晃程度約等同於實際地震的震度。

三、了解各種形狀的榫頭對耐震度的影響。

四、了解方榫榫頭大小對耐震度的影響。

五、了解方榫與鳩尾榫對耐震度的影響。

六、了解榫頭深度對耐震度的影響。

參、研究設備及器材

地震模擬器、木榫、雕刻刀、鐵槌、手搖鑽、油土、內角鐵、螺絲起子、螺絲、木板、水杯、

水盆、水、銼刀、尺、筆、鋸子、彈簧、輪子、雙面膠、魔鬼氈

肆、研究過程、結果與討論

一、文獻探討 (一)榫接的種類

我們根據「做一個漂亮的木榫」一書中找到了榫的種類包含方榫、鳩尾榫、三缺榫、

指接榫等。在「台灣日式木構造建築榫接工具及製作」一書中榫接的類型有追掛大栓、

腰掛蟻繼、蟻落及偶柱枘等。在網路資源上，我們查到了榫接種類有暗榫、三缺榫、貫穿榫、單添榫、雙添榫、多榫及榫加木楔等。我們又訪問了嘉大的教授，老師告訴我們，

在建築中最常見的為方榫、橢圓榫、鳩尾榫；其中以鳩尾榫最為堅固常見。老師也向我們解釋，我們查到的這麼多種不同榫的名稱，日式建築中的為翻譯名詞，仔細觀察這麼多種榫的構造，我們發現最後都可以歸類為方榫、橢圓榫和鳩尾榫。因此我們打算以這三種結構來進行我們的實驗設計。

(二)木造房屋的構造與榫的結構

榫接合的方式大概可以分成十字型接合、T 形接合、企口接合、裁口接合、缺口繼接合。

(三)在查詢全國中小學科展作品中，我們以關鍵字:榫、榫接、木造建築、木造房屋、木造屋等字詞查詢，並無找到任何一件有關的作品。

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二、拜訪雲林草嶺木造建築

103 年 12 月 29 日，老師帶領我們組員到草嶺去拜訪阿公，我們看到了一棟已經屹立 72 年的木造屋，一想到這間房子已屹立了那麼久，而且還是經由卡榫製造，我不禁感到佩服，

而且，更讓我驚嘆的是他竟然比用鋼筋水泥建造的樓房還要更堅固，真是令我們的眼睛為之一亮。另外，只要有大水災，這棟沒有地基的房子也能浮起來，在遷移時也更方便，看來，

以前的房子比現在的房子還要好呢!當我們訪問阿公是如何建造這麼大間的房子時，沒想到阿公竟然拿出密密麻麻的工具給我們看，還一一介紹，不但讓我們看得頭昏眼花，也不禁讓我們對阿公的記憶力感到崇拜…

過程中我們印象最深刻的便是製榫工具－刨刀，使用刨刀時要注意，刀片太長刨不動，

太短又刨不下來。還有在房子側邊有養蜂專用的木盒，但是現在已經不再使用。阿公考考我們一個問題：「窗框已經先做好了，那怎麼做才能把窗戶放進去？」我們絞盡腦汁，想了又想都想不到，後來老師請了嘉大的教授來我們學校，告訴我們方法，我們才了解這種巧妙而又復古的建築技巧。

圖 1-1：阿公的房子圖 1-2：樑與柱利用榫接圖 1-3：天花板與牆的榫接

圖 1-4：大樑與牆運用榫接圖 1-5：門檻利用榫接圖 1-6：房子隔間利用榫接

圖 1-7：採訪過程圖 1-8：牆角利用榫接圖 1-9：製榫的工具

圖 1-10：刨刀 1 圖 1-11：刨刀 2 圖 1-12：其它工具

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圖 1-13：阿公示範使用工具 1

(三)拜訪嘉義大學林業加工廠

104 年 3 月 9 日老師帶領我們到嘉義大學觀看榫的製作過程。首先，將一塊長方體的木頭用手壓鉋鉋平兩面，再用單面自動鉋鉋另外兩面，如果要把鉋好的木材切割，則是使用圓鋸機，鋸完後鑽洞則是使用角鑿機，反覆利用這些器具就可以做好一個榫，方便、省力又省時。看完這些機器的運作方式，我們非常羨慕，因為別人用這四台機器就能做好的事，我們卻要一刀一刀慢慢刻，既費力更費時，甚至會被雕刻刀戳到手。

這次去嘉義大學，除了讓我們大開眼界，也讓我們知道如何做出三邊交叉的榫。之前我們只會做 L 型的榫，現在學到了三邊交叉的榫的做法，也了解其結合部分與 L 型榫結合部分的不同，從此我們又多知道一種榫的種類與它的製作方法。

圖 1-16：手壓鉋圖 1-17：單面自動鉋圖 1-18：圓鋸機圖 1-19：角鑿機以手向下壓的力來讓

高速旋轉的刀片鉋平木材。

因為有些木頭不是長方形或正方形，沒有直角可以靠住手壓鉋的底面與側邊，所以要用單面自動鉋來鉋平木材。

以高速旋轉、有刀片的圓型鐵片來切割木材。

以像手搖鑽的鑽頭

（但是是方的）在木材上鑽正方型的孔。

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研究一:製造地震模擬器

(一)實驗設計

準備 110cm×60cm 和 50cm×20cm 的兩塊木板、彈簧、輪子、螺絲釘參考網路上地震模擬器(https://www.youtube.com/watch?v=x33asuMG5-U)自行製作。

設計圖如下：

圖 2-1:手繪設計圖 (二)實作過程：

圖 2-2：鋸木板圖 2-3：鎖把手圖 2-4：鎖內角鐵（短邊）

圖 2-5：鎖輪子

圖 2-6：鎖彈簧（小木板）

圖 2-7：鎖彈簧（短邊）

圖 2-8：鎖內角鐵（長邊）

圖 2-9：鎖內角鐵（長邊）

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(三)遇到的困難:

1.製做地震模擬器時，我們必須找到 14 條合適長度，且直徑 2 公分，彈性限度不能太高或太低的彈簧，可是，我們到處詢問店家，都找不到符合條件的彈簧。

2.我們的地震模擬器大功告成時，我們發現了一個問題，就是那塊板子沒有對齊中線，

還有，我們把移動板用力拉在放開，搖晃時間也只有兩秒左右而已。

(四)解決方式：

1. 當然，我們還是有盡力尋找，可是最後，我們去詢問專門製造各種彈簧的廠商，就找到了!可是，因為長度過長，所以我們還有請工友伯伯幫我們裁切彈簧到適合的長度。

2. 後來，我們將彈簧數減少到一邊四條，並挑選長度相差最小的彈簧重新扣上去。最後，

搖晃時間過短的問題解決，而移動板也更靠近了中線，再經過我們用手凹一凹，它終於完全對齊了中線。

最後成品：

圖 2-10：剛完成圖 2-11：12 條彈簧圖 2-12：拆彈簧

圖 2-12：4 條彈簧測試中圖 2-12：8 條彈簧測試中圖 2-15：改良後

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7

研究二：了解地震模擬器與真實地震的關係

想法：

我們在中央氣象局查到的資料說八分滿的水在四級地震中會溢出，因此我們想到用這個方法來確認到底拉到哪處可以模擬地震震度。

表一：地震震度與說明

(一)實驗設計：

1.操縱變因：水位分別是容器的六分滿、七分滿、八分滿、九分滿 2.保持不變的變因：地震模擬器、施力方向、操作人員、容器 3.應變變因：讓水溢出的拉動距離

(二)操作方法：

1.把容器裝水，再黏在不加蓋的方盒子上(防止水潑到木頭上)。

2.把方盒子黏在地震模擬器上。

3.拉至 3、6、9、12、15 公分的刻度放開，看水有無溢出，記錄溢出的距離。

實驗過程圖

圖 3-1:水杯放置方法圖 3-2:水杯放置方法圖 3-3:拉動把手級名稱地動加速度

cm/s²(gal)

說明

0 無感地震儀有記錄，人體無感覺。

1 微震 0.8-2.5 靜止者，或感覺敏銳者可察覺。

2 輕震 2.5-8.0 門窗晃動，一般人可察覺。

3 弱震 8.0-25 房屋搖動，門窗格格作響，懸物搖擺，盛水動盪。

4 中震 25-80 房屋搖動甚烈，不穩物傾倒，盛水容器八分滿者濺出。較重傢俱移動，可能有輕微災害。

5 強震 80-250 牆壁龜裂，牌坊、圍牆、煙囪倒塌。

6 烈震 250-400 房屋傾塌，山崩地裂，地層塌陷。

7 劇震 400 以上部分建築物受損嚴重或倒塌，幾乎所有傢俱都大幅移位或摔落地面。

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圖 3-4:拉動把手圖 3-5:檢查有無溢出圖 3-6:以滴管加水 (三)實驗結果：

表二:不同容積的水經由地震模擬器拉動後溢出的距離

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均九分滿 6cm

滴水

9cm 滴水

6cm 滴水

9cm 滴水

6cm 滴水

6.6 八分滿 9cm

滴水 9cm 滴水

9cm 滴水

6cm 滴水

9cm 滴水

8.7 七分滿 15cm

滴水

12cm 滴水

9cm 滴水

12cm 滴水

11.2 六分滿 15cm

滴水

15cm 滴水

15

(四)結果發現：當地震模擬器大約拉到 8.7 公分時就是芮氏規模四級地震，小於 8.7 公分就是四級以下，大於 8.7 公分就是四級以上，而大約在五級地震的時候就容易造成房屋倒塌、毀損。而我們在查資料時，對房屋受損的影響都只有用震度級別來表示，並沒有提到搖晃時間的關係，所以我們雖然有測出每次的搖晃時間大約是四到五秒鐘，但沒有將其列入考量。

九分滿八分滿七分滿六分滿

平均 6.6 8.7 11.2 15

0 2 4 6 8 10 12 14 16

拉動距離(公分)

拉動模擬器水溢出的距離

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研究三:榫舌形狀是否影響榫的強度

1.操縱變因：榫舌的形狀

2.保持不變的變因：砝碼的重量(300 克)、用來固定的油土、地震模擬器、施力方向、操作人員

3.應變變因：耐震強度

圖 4-1:正方形榫設計圖圖 4-2: 三角形榫設計圖圖 4-3:圓形榫設計圖 (二)操作方法：

1.雕刻出正方形、圓形、三角形三種不同形狀的木榫。

2.將木榫結合成ㄇ字形後，上面加上 300 公克的砝碼，並以油土固定在地震模擬器上，分別拉動 3 公分、6 公分、9 公分、12 公分、15 公分，震動後觀察其震動對木榫的影響。

3.觀察實驗結果並記錄下來。

圖 4-4：固定在地震模擬器上的情形圖 4-5：地震模擬器上的榫

圖 4-6：實驗操作中圖 4-7：圓型榫頭旋轉使重物落下

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(三)實驗結果：為了方便記錄，我們將位移 3 公分當作一級，每增加 3 公分即增加一級如下表：

位移距離 3 公分 6 公分 9 公分 12 公分 15 公分

級數 1 2 3 4 5

表三：正方形榫接耐震度結果(三次平均) (毫米)

表四：圓形榫接耐震度結果(三次平均) (毫米)

表五：三角形榫接耐震度結果(三次平均) (毫米) 正方形榫級數木榫脫離距離油土撐開距離備註

粉紫粉紫照片

(0.6×0.6×1.8)

1 0 0 0 0 2 0 0 0 0

3 0 0

4 1 0 0 粉邊傾斜 5 1 1 0 0 粉邊嚴重傾斜，

紫邊稍微傾斜

圓形榫級數木榫脫離距離油土撐開距離備註粉紫粉紫

照片

(直徑 0.6 的圓)

1 0 0 0 0 沒有任何動靜

2 180 度大旋轉

3 2 180 度大旋轉

4 2 180 度大旋轉

5 3 2 180 度大旋轉

榫左右搖晃

三角形榫級數木榫脫離距離油土撐開距離備註粉紫粉紫

(底、高皆 0.6)

1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 3 1 0 0 0

4 1 1 0 1 劇烈搖晃

5 1 1 0

1 劇烈搖晃

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(四)結果發現：

1.以圖來看，正方形榫最為堅固，在 9 公分到 15 公分時，雖然正方形榫有脫離，但也只有 0 到 1 毫米而以。

2.三角形榫：三角榫十分耐震，雖然正方榫依然略勝一籌，推測是因為方榫接觸面積較多(四個面)，摩擦力較大的關係。

3.圓榫雖然最後也都沒有脫落，但因榫舌為圓型而容易旋轉晃動。因為我們在製作時，

並沒有想到旋轉的部分，經過我們查證資料發現，大多會用橢圓榫來代替圓榫，解決旋轉晃動的情形。(如圖 4-7)。但因為圓榫會轉動的緣故，反而在底部由土撐開的距離中沒有太大的變化。

0 1/2 1 1 1/2 2 2 1/2 3 3 1/2 4

1 2 3 4 5

脫離距離

級數

木榫脫離距離

正方榫-粉正方榫-紫圓形榫-粉圓形榫-紫三角榫-粉三角榫-紫

0 1/5 2/5 3/5 4/5 1 1 1/5 1 2/5 1 3/5 1 4/5

1 2 3 4 5

移動距離

級數

油土撐開距離

正方榫-粉正方榫-紫圓形榫-粉圓形榫-紫三角榫-粉三角榫-紫

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研究四:方榫的大小結構是否會影響榫的耐震度

1.操縱變因：不同大小的方榫結構

2.保持不變的變因：砝碼的重量(300 克)、油土、地震模擬器、施力方向、操作人員 3.應變變因：耐震強度

圖 5-1:小正方形榫設計圖圖 5-2:大正方形榫設計圖 (二)操作方法：

1.雕刻出 0.6×0.6×1.8、0.8×0.8×1.8 兩種尺寸的方榫。

2. 將木榫結合成ㄇ字形後，上面加上 300 公克的砝碼，並以油土固定在地震模擬器上，分別拉動 3 公分、6 公分、9 公分、12 公分、15 公分，震動後觀察其震動對木榫的影響。

級數 1 2 3 4 5

表六：小正方榫拉動後其震動情形(三次平均) (毫米)

小正方形榫 (0.6×0.6×1.8)

級數木榫脫離距離油土撐開距離備註粉紫粉紫

照片 1 0 0 0 0

2 0 0 0 0

3 0 0

4 1 0 0 粉邊傾斜 5 1 1 0 0 粉邊嚴重傾斜，

紫邊稍微傾斜

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表七：大方榫拉動後其震動情形(三次平均) (毫米)

0 1/2 1 1 1/2 2 2 1/2 3 3 1/2

1 2 3 4 5

撐開距離

級數

木榫脫落的距離

小正方榫-粉小正方榫-紫大正方榫-粉大正方榫-紫

0 1/5 2/5 3/5 4/5 1 1 1/5

1 2 3 4 5

撐開距離

級數

油土撐開距離

小正方榫-粉小正方榫-紫大正方榫-粉大正方榫-紫

大正方形榫 (0.8×0.8×1.8)

照片 1 0 0 0 0

2 0 0 0 0 3 0 0 0 0 4 1 1 0

5 3 3 1 0 粉邊傾斜

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1.由上圖來看，小正方榫較能耐強震。就整體看來當搖晃越大，榫的鬆脫程度也越大。

尤其以大正方榫鬆脫程度較為嚴重。

2.小正方榫從級數 3(搖晃振幅 9 公分)就開始鬆脫，但就算面臨強震度時也不會鬆脫太多，而大正方榫雖然在級數 4(搖晃振幅 12 公分)才開始鬆脫可是一旦碰上大震度就會快速鬆脫。

3.經由實驗結果驗證了我們查證到的資料「榫舌大小儘量不超過 3 分之 1」的理念。

研究五：屋樑方榫與鳩尾榫的結構是否會影響榫的耐震度

1.操縱變因：屋樑方榫與鳩尾榫結構

2.保持不變的變因：砝碼的重量(300 克)、用來固定的油土、地震模擬器、施力方向、操作人員

3.應變變因：耐震強度

圖 6-1:方榫設計圖圖 6-2:鳩尾榫設計圖 (二)操作方法：

1.雕刻出一組 0.6×1.8×1.8 的長方榫與鳩尾榫。

2.將木榫結合成ㄇ字形後，上面加上 300 公克的砝碼，並以油土固定在地震儀上，

分別拉動 3 公分、6 公分、9 公分、12 公分、15 公分，震動後觀察其震動對木榫的影響。

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級數 1 2 3 4 5

表八：長方榫拉動後其震動情形(三次平均) (毫米)

表九：鳩尾榫拉動後其震動情形(三次平均) (毫米)

1.由上面的表格可得知，鳩尾榫的耐震度很高，在經過搖晃之後並沒有任何拖開的情形，所以在建築當中，經常會使用鳩尾榫來進行固定，這也驗證了「鳩尾榫是最堅固」的理念；而相較之下，雖然長方榫也會被使用在建築上，但遇到強震實還是會拖開，所以由此可見鳩尾榫是很牢固的。

2.雖然鳩尾榫非常堅固，但是僅限於使用在樑上，並沒有辦法做成三叉的結構。

長方榫

(0.6×1.8×1.8)

照片 1 0 0 0 0

2 0 0 0 0

3 0 0

4

2

劇烈搖晃

5

〝〝〝〝

全部脫開，故無數據

鳩尾榫級數木榫脫離距離油土撐開距離備註粉紫粉紫

照片 1 0 0 0 0

2 0 0 0 0 3 0 0 0 0 4 0 0 0 0 5 0 0 0 0

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研究六：1/20 木造房屋模型的通榫、2/3 榫、1/2 榫對耐震度的影響

想法:我們想到用檜意森活村的實際比例來做一間小屋，而日式建築利用的榫有不同深度（榫頭貫穿程度），所以利用這棟小屋模型來實驗通榫、2/3 榫、1/2 榫對耐震度的影響。

因為這些榫頭需要較精密的儀器製作，於是我們去拜訪了嘉義大學木質材料與設計學系的老師，我們實際到了木材加工廠去看木榫的製作，因為有危險性，所以都由大學老師實際製作給我們看。

圖 7-1：測量屋長圖 7-2：測量屋寬圖 7-3：測量屋高(以木板數估算屋高) 表十：實際測量檜意生活村實際木屋大小,並以其長寬高的比當作模型的尺寸

實際製作的木榫的流程：

1. 用手壓刨木機將木材的表面磨平(最多兩面)

2.用單面自動刨木機將其餘兩面磨平，並將木材校正至長方形

3.用圓鋸機將木材裁成所要的大小，可依調整刀片的高低來製作榫頭 4.用角鑿機在木材上做出方形榫孔

圖 7-4:用手壓刨木機將木材初次磨平

圖 7-5:用單面自動刨木機再次磨平

圖 7-6:用圓鋸機裁切木頭

長

^{單位:公分}

寬

^{單位:公分} 高單位:公分

日式建築 660 660 360

模型(1/20) 33 33 18

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17

圖 7-7:用角鑿機鑽出榫孔圖 7-8:將刀片調低來製作榫頭

圖 7-9:用圓鋸機校正木材大小

圖 7-10:日式建築圖 7-11:模型一（1/2 榫）

圖 7-12:模型二（2/3 榫）

圖 7-13:模型三（通榫）

1.操縱變因：榫頭貫穿程度

2.保持不變的變因：重物、用來固定的油土、地震模擬器、施力方向、操作人員 3.應變變因：耐震強度

(二)操作方法：

1.製作三個（1/2 榫、2/3、通榫）33×33×18 公分的日式建築模型。

2.放在地震模擬器的板子上，拉至 3、6、9、12、15 公分的刻度後放開，記錄損壞情形。

圖 7-14：模型裝置圖 7-15：模型負重圖 7-16：操作中

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(三)實驗結果：

實驗記錄說明圖

*為了方便記錄，我們將位移 3 公分當作一級，每增加 3 公分即增加一級如下表：

級數 1 2 3 4 5

表十一：1/2 榫拉動後其震動情形(三次平均) (毫米)

榫

級數

木榫脫離距離

A B C D

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 2 0 1 0 0 1 0

A

C D

3

2 B

1

2

4

1 3 4

施力方向

2 1

4 3

1 2

3 4

說明：

A.B.C.D 為四根直立的柱子；

1.2.3.4 為橫樑與柱子相接的部分代號

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19

表十二：2/3 榫拉動後其震動情形(三次平均) (毫米)

榫

級數

木榫脫離距離

A B C D

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0

表十三：通榫拉動後其震動情形(三次平均) (毫米)

通榫

級數

木榫脫離距離

A B C D

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (四)結果發現：

1.在我們的實驗中，我們發現通榫比 2/3 榫與 1/2 榫來的堅固許多，但是實際上為了美觀，很多建築會採用 2/3 榫來代替，因為這樣子在柱子上看不到榫接的構造。

2.實際的房子上都有瓦片壓著，上面的重量也會造成木榫在搖動時更容易鬆脫的問題，

因此我們在實驗設計時，發現放太重會使木條斷裂，並且有輪子走不動的情形產生，

經過我們的實際測試後，決定在上面加上 3 公斤的石頭來模擬實際狀況。

3.當模型搖晃時，我們是以 A.B 的方向拉，根據幾次的實驗結果發現在反方向的 C.D 邊的鬆脫情形較為嚴重，因此地震的方向與木榫卡榫的方向是有相關連性的。

4.三個模型在拉動 6 公分以下卡榫均沒有鬆脫的情況；在拉動 9 公分以上，整個榫的架構會產生傾斜的現象，拉動距離越大，鬆脫現象越明顯。

伍、討論

一、為什麼我們不用膠來加強榫的結合力？

答：因為如果是用膠來加強榫的結合力的話，木材在天氣熱的時候會膨脹，但因為木材的其中一端被膠黏住了，造成膨脹的力量不均，易導致木材斷裂或膨脹，所以不建議使用膠來加強榫的結合力。

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二、在資料中，大部分的榫都是以方榫做基礎，很少看到非方榫的榫，榫的耐震強度和形狀有關嗎?

答：有關，根據實驗三，三種卡榫依脫落程度由小排到大，分別為方榫(四面)＜三角榫(三面)＜圓榫(一面)。因此，我們推測榫舌的形狀有越多個面與卯接觸，就會有更多的摩擦力產生；摩擦力越大整個結構體更堅固穩定。在實驗三中我們計算過榫卯接觸的面積分別為正方榫為 4.32 平方釐米；圓榫為 3.3912 平方釐米；三角榫為 3.492 平方釐米，三者相差並不遠，經過詢問專業的老師後，形狀對榫的結構較有影響，而非接觸面積。

三、為什麼大方榫較小方榫不耐震?

答：。大方榫雖有較大的接觸面積，在震度較小的時候靠摩擦力可以比小正方榫還要耐震，但因為遇到較強的震度時，大方榫凹榫的兩邊較薄較脆弱，反而比小方榫還不堅固，我們查到的資料顯示，一般在設計榫頭的部分，榫舌的大小不會超過木頭的 1/3，實驗四中我們木條的長、寬均為 1.8mm，小方榫長、寬為 0.6mm，符合榫舌大小為 1/3 的理論，因此在振度較強時，小方榫反而比大方榫耐震。

四、為什麼最常在建築中使用的長方榫，在我們的實驗中比鳩尾榫容易脫開?

答：因為鳩尾榫榫頭前有向外展開，只能上下移動，無法左右移動，不易組裝也不易製作，因此鳩尾榫較常運用在屋樑上，但是其餘部分，較常利用容易組裝也較容易製作的長方榫。雖然長方榫遇到強震時容易脫落，但是若是還有結合其他的榫頭，長方榫也是可以很堅固的。

五、為甚麼大部分的建築不使用較堅固的通榫，而是使用 2/3 榫?

答:雖然實驗中是通榫最為堅固，但為了讓人看不見榫的結構，也就是為了美觀，所以大多採用 2/3 榫。

陸、結論

一、在這實驗中，我們所遇到的最大困難是要找到適合長度的彈簧，而找到的彈簧大多太大了；而模擬器搖晃時間只有兩秒左右，但後來經過我們努力了很久總算稍為解決了，

雖然沒有辦法完成我們理想中的地震模擬器，這個部份是值得我們再繼續研究下去。

根據我們實驗的結果當地震模擬器拉動到平均 8.7 公分以上的強度就能使八分滿的水溢出，因此可以利用這個模擬器來模擬實際的地震程度。當拉的距離超過 8.7 公分時，

模擬四級以上的地震。當拉的距離小於 8.7 公分時，模擬四級以下的地震。

二、關於「榫舌形狀是否影響榫的強度」，我們經由實驗，發現所有的榫由耐震度強到耐震度較弱分別為：方榫＞三角榫＞圓榫。圓榫因為形狀為圓形而在震動時容易旋轉，

所以建議使用較為常見得橢圓榫。

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三、關於「方榫的大小結構是否會影響榫的耐震度」，根據實驗研究成果顯示：以耐震成度而言，小方榫比大方榫耐震，因為大方榫的凹榫的凹洞邊框較薄，相較於小方榫厚實的邊框，大方榫的邊框明顯更脆弱，所以造成較大的晃動，而且在經歷更劇烈的地震後，難保不會碎裂。

四、對於「屋樑方榫與鳩尾榫的結構是否會影響榫的耐震度」，經由實驗，我們得知：鳩尾榫比方榫堅固，原因在於鳩尾榫的榫舌是倒梯形，因此晃動時鳩尾榫有如倒鉤，在實驗時完全沒有脫出。而方榫容易滑出，相較於鳩尾榫，能耐的震度明顯小很多。

五、我們利用重物模擬瓦片重量，發現負重且在反方向(C、D)較容易鬆脫。根據實驗結果，

在拉動 6 公分以下的卡榫均沒有鬆脫的現象，而拉動 10 公分以上時，因彈力較大而出現架構整體的傾斜現像，但是通榫依然是最堅固的卡榫。

柒、參考資料

教育部數位教學資源入口網--現代家具結構

http://content.edu.tw/junior/life_tech/tc_jr//course/106/106source10.htm

台灣日式木構造建築。台中。文化部文化資產局。

陳秉魁。做一個漂亮的木榫。新形象出版事業有限公司。 2013 年。

山边豊彥。圖解木構造。易博士文化。2014 年。

Youtube 影片-地震模擬器

https://www.youtube.com/watch?v=x33asuMG5-U

吳貞儀、黃莉婷、趙佩茹、謝旻珊。外婆的三角窗。高雄市第 40 屆科展作品。