臺灣博碩士論文加值系統

磚牆面外破壞模式與邊界條件、開口配置及開口大小、扶壁柱或正交牆體配置與結合狀況、以及加載條件有關，在台灣以三邊束制情況最為關鍵，故本研究主要針對三邊束制磚牆來進行規劃試驗，並作為水平耐力估算方法之主要之驗證依據。試驗內容規劃11道大型試體，包括8道無開口試體，試驗變因為牆體長度、扶壁柱數量、以及加載方式；其餘3道試體則為具開口試體，試驗變因為不同型式開口之配置。並利用大型試體試驗後之未裂損區域進行切割取樣，進行單軸撓曲試驗，以不同撓曲夾角為變因，藉以探討其與撓曲強度之關係，此部份共計109道試體。在試驗之外，以降伏線法與簡化格子樑分析法估算各試體之水平耐力，並與試驗結果比較。最後針對二個實際案例進行面外水平耐力估算，以提供建築師與結構技師在進行歷史建築磚牆面外耐震評估應用之參考。經由本研究之實驗探討，主要結果有下列幾點：
(1)磚牆單軸撓曲行為中，水平橫縫之撓曲強度fb0與砂漿之抗拉強度與有關；交丁豎縫之撓曲強度fb90則視灰縫之剪力強度來判別為劈磚撓曲開裂控制，或為齒狀開裂之剪力控制。而在本研究試體之材料強度比例下，關於其他不同夾角況狀下之fbθ，當夾角小於45°，開裂主要在水平縫上，由fb0控制；當夾角大於45°，破壞模式則偏向劈磚，由fb90控制；而當夾角接近45°時，破壞模式為沿灰縫之階梯狀開裂，其撓曲強度除可能由上述兩者控制外，亦可能由開裂面之扭轉剪力控制。
(2)三邊束制無開口無扶壁柱試體之破壞模式為八字破壞，與平板降伏線理論之破壞模式相符，具扶壁柱試體則使牆體易於斷面轉換區域發生垂直開裂，改變原有破壞模式，但極限耐力在單扶壁柱試體較無扶壁柱者高出5%，雙扶壁柱試體則高出26%。面外耐力可採降伏線法或應用本研究對Eurocode 6之載重轉換方式進行估算，與試驗結果比較，降伏線法估算之耐力約較試驗值高出30%，而採Eurocode 6估算時，約較試驗值高出8%~26%不等，在不同試體間之差異較大。
(3)三邊束制具開口試體破壞模式為窗台高程之水平開裂、以及垂壁於開口上部角隅之斜裂控制，亦與實際震害破壞相符。開口總長度與牆體全長之比率對極限耐力影響較大，垂壁深度相較之下則影響較小。面外耐力估算可同時採用簡化格子樑彈性分析與降伏線法兩種方式進行，以求得其極限耐力之上下限。與試驗結果比較，採簡化格子樑彈性分析估算之耐力較初始開裂試驗值高，但差異在10%以內，而採降伏線法估算時則與假設之破壞模式有密切關係，以試驗破壞線計算之結果，其誤差可大至接近50%，而採最小功破壞線估算之誤差則較試驗值高出30%。

The failure modes of out-of-plane behavior of masonry wall are related to boundary conditions, size and location of the opening, interaction of fin walls, and loading conditions. In Taiwan, the most critical problem is that of three-edge constraint boundary condition. Hence in this study, experimental investigation for three-edge constrained masonry wall was conducted and used for the lateral force evaluation of the masonry wall. A total of 11 large specimens were tested, of which three specimens with openings and the other eight without. After the experiment, uncracked areas from the tested large specimens were cut into 109 small pieces, each in different angles to the bed joint, and underwent another round of uniaxial bending test. Finally, the out-of-plane strength of large specimens were assessed and compared with testing results. In addition, two assessment examples of historic building were evaluated.
According to the study, the following results were found:
1. For the uniaxial flexural behavior of masonry, the bed joint flexural strength fb0 is controlled by the interface bonding strength between brick and mortar. The flexural strength parallel to the bed joint (fb90) is controlled by the shear strength of the bed joint interface, and is caused by toothed failure or failure through bricks. For other angles, flexural strength is mainly controlled by fb0 when the angle is smaller than 45°; and when the angle is larger than 45°, fb90 governed.
2. The failure mechanism of three-edge constrained wall specimens without openings and buttresses fits relatively well with the yield-line analysis. For specimens with buttress design, the failure mechanism changed to vertical cracks near the buttress, and the ultimate strength is higher than those without buttresses. The assessment for ultimate out-of-plane load by yield-line method and modified Eurocode 6 is calculated and compared with test results. It is found that results obtained from yield-line method is 30% higher than test results; whilst in the case of modified Eurocode 6, the calculated results are 8-26% higher.
3. The failure mechanism of three-edge constrained wall specimens with openings is closely met with that of damaged walls by earthquakes. Horizontal cracks along the window sill level and inclined cracks at both top corners of the openings were observed. The ultimate strength of specimens with openings were simplified as grid system and assessed by both elastic and ultimate analyses. Under the elastic analysis, error assessment is within 10% range whilst, nearly 50% error was observed from the ultimate analysis.

第一章 緒論 1
1-1研究動機與目的 1
1-2研究方法與研究範圍 4
1-3論文架構 5

第二章 文獻回顧 7
2-1磚牆砌築材料基本力學性質 7
2-2 國內磚牆力學行為研究 8
2-3國外磚牆面外行為之相關研究 9
2-4磚牆面外耐力相關評估方法 15

第三章 磚砌體基本力學性質與單軸撓曲行為探討 19
3-1 紅磚及水泥砂漿材料 19
3-2 基本材料性質 19
3-3 紅磚與砂漿介面抗剪強度 27
3-4 半B順砌試體之單軸撓曲行為 31
3-5 小結 55

第四章 三邊圍束無開口磚牆面外加載試驗 57
4-1 試驗規劃 57
4-2 試驗加載行為 70
4-3 三邊束制無開口磚牆面外水平耐力估算 84

第五章 三邊圍束具開口部磚牆面外加載試驗 101
5-1 試驗加載行為 101
5-2 開口有無之行為比較 106
5-3不同開口形式比較 108
5-4 三邊束制具開口部磚牆面外水平耐力估算 110

第六章 歷史建築評估應用 123
6-1三邊束制牆體實例評估-美濃廣善堂內宣講堂 123
6-2四邊圍束牆體實例評估-台南地方法院北側長廊外牆 144

第七章 結論 159
7-1結論 159
7-2後續研究 161

參考文獻 163

附錄 169

1. 大森信次(1983)《改訂版建物の耐震診断入門》，鹿島出版會，東京
2. 中央氣象局地球物理資料管理系統，http://192.83.177.213 (2010年6月26日)
3. 中華民國國家標準(1978)《CNS382建築用普通磚》，經濟部標準檢驗局
4. 中華民國國家標準(2007)《CNS382普通磚》，經濟部標準檢驗局
5. 中華民國國家標準(1993)《CNS1010水硬性水泥墁料抗壓強度檢驗法》，經濟部標準檢驗局
6. 中華民國國家標準(1959)《CNS1127建築用普通磚檢驗法》，經濟部標準檢驗局
7. 中華民國國家標準(2008)《CNS3801混凝土圓柱試體劈裂抗張強度試驗法》，經濟部標準檢驗局
8. 內政部(2008)《建築物磚構造設計及施工規範》
9. 內政部(2011)《建築物耐震設計規範及解說》
10. 日本標準規格(1932) 《JES第8号普通煉瓦》，商工省臨時產業合理局
11. 王貞富(2002)《磚造歷史建築物震害及耐震評估研究》，國立成功大學建築研究所博士論文
12. 北海道建築技術協會(2012) 《煉瓦造建築物の耐震診断規準(第十六稿)》
13. 行政院文化建設委員會、內政部(2010)《古蹟歷史建築及聚落修復或再利用建築管理土地使用消防安全處理辦法》
14. 李允斐等(2009)《高雄縣歷史建築美濃廣善堂調查研究及修復計畫》，高雄縣政府文化局
15. 佐野利器(1905)《演說：臺灣震災談》，建築雜誌第二百二十號，頁197-215，日本建築學會，CiNii Articles
16. 佐野利器(1905)《明治三十七年十一月六日臺灣震災調查報告》，震災豫防調查會報告第五十一號，CiNii Articles
17. 佐野利器(1916)《家屋耐震構造論》，震災豫防調查會報告第八十三號，CiNii Articles
18. 佐野利器、武藤清(1935)《高等建築學第26卷‧建築構造特別編第63編：家屋耐震並耐風構造》，常磐書房，東京
19. 何肇喜(2001)《「第二級古蹟台中火車站整體修護工程調查研究及修護規劃設計監造」結構安全分析評估階段報告》，台中市政府
20. 林宣百(2006)《RC構架內填磚牆面外受震行為研究》，國立成功大學建築研究所碩士論文
21. 林裕鈞(2007)《歷史建築清水磚牆受面外力作用下之結構行為與補強研究》，國立成功大學建築研究所碩士論文
22. 林武壯(2009) 《低降伏鋼應用於歷史建築清水磚拱修復補強之實驗研究》，國立成功大學建築研究所碩士論文
23. 林柏成(2011)《低降伏鋼應用於歷史建築清水磚拱修復補強之實驗研究》，國立成功大學建築研究所碩士論文
24. 邱上嘉(2002) 《彰化縣縣定古蹟鹿港「日茂行」調查研究與修復計畫》，彰化縣文化局
25. 施忠賢、張嘉祥(2008)《古蹟建築磚砌牆體現地面外加載試驗及評估應用─以兩個磚造古蹟為例》，文化資產保存學刊第十五期，頁47~62
26. 施忠賢(2011)《具拱形開口磚牆在水平返覆加載下之實驗研究》，國立成功大學建築研究所博士論文
27. 施楚賢(1992)《砌體結構理論與設計》，中國建築工業出版社，中國北京
28. 胡復凱(2011)《磚造歷史建築壁體面外行為及評估探討》，國立成功大學建築研究所碩士論文
29. 張嘉祥、陳嘉基(2000)《台中縣清水鎮清水國小禮堂結構安全鑑定報告》，台中縣文化局
30. 張嘉祥、陳嘉基、賴宗吾(2001)《台中縣大甲衛生所結構安全鑑定報告》，台中縣文化局
31. 張嘉祥、陳嘉基、賴宗吾(2001)《台中縣太平買菸廠結構安全鑑定報告》，台中縣文化局
32. 張嘉祥、徐明福、陳嘉基(2001)《歷史建築震損及維護方式之研究（二）砌體構造》，行政院文化建設委員會中部辦公室
33. 張嘉祥、林子傑、葉俊宏(2002)《九二一及一0二二地震古蹟及歷史建築災損原因及改善對策探討》，國家地震工程研究中心研究報告NCREE-02-038
34. 張嘉祥(2006)《國定古蹟台灣煉瓦會社打狗工場紅磚事務所磚牆試驗報告》，財團法人成大研究發展基金會
35. 張嘉祥、林裕鈞、張賽青、孫仁鍵 (2007)《國定古蹟恆春古城1226震害調查研究》，行政院文化建設委員會
36. 張文德、蔡萬傳、許茂雄、陳明生(1995) 《紅磚、砂漿、介面、磚墩基本力學性質試驗研究》，建築學報第十二期，頁1~9
37. 張文德(1997) 《磚牆及含磚牆RC構架之耐震試驗分析與應用》，國立成功大學建築研究所博士論文
38. 陳明生(1994)《紅磚、砂漿與其介面之基本力學性質研究》，國立成功大學建築研究所碩士論文
39. 陳拓男(2010)《磚砌牆體面內水平加載-位移研究與磚造歷史建築耐震評估應用》，國立成功大學建築研究所博士論文
40. 陳拓男(2011)《國定古蹟台灣煉瓦會社打狗工場(中都唐榮磚窯廠)南煙囪紅磚及灰漿強度試驗報告》，財團法人成大研究發展基金會
41. 陳奕信(2003)《含磚牆RC建築結構之耐震診斷》，國立成功大學建築研究所博士論文
42. 陳泰和(2002)《廣間型磚造歷史建築物震害研究》，國立成功大學建築研究所碩士論文
43. 陳清泉、高健章、蔡益超、陳國顯(1984)《紅磚與磚牆力學特性之試驗研究》，防災科技研究報告73-12號，行政院國家科學委員會，台北
44. 莊宗樺(2007)《RC構架內填磚牆面外振動台試驗分析》，國立成功大學建築研究所碩士論文
45. 黃斌、張玉璜(2001) 《台南市市定古蹟原台南測候所局部解調查暨工作報告書》，交通部中央氣象局
46. 黃俊銘(2003)《彰化縣縣定古蹟鹿港公會堂調查研究與修復計劃》，彰化縣文化局
47. 黃俊銘(2005)《苗栗縣縣定古蹟勝興火車站及魚藤坪斷橋調查研究暨修護計畫─魚藤坪斷橋結構檢測與評估》，苗栗縣政府文化局
48. 郭俊沛(2005)《彰化縣歷史建築彰化市中山堂(公會堂)調查研究》，彰化縣文化局
49. 葉俊宏(1993) 《磚造歷史建築物磚牆力學特性與耐震評估》，國立成功大學建築研究所碩士論文
50. 曾郁文(2012)《歷史建築磚壁面外損壞低降伏鋼預警式補強實驗》，國立成功大學建築研究所碩士論文
51. 曾國恩建築師事務所(2005)《第二級古蹟原「台南地方法院」局部解體調查工作報告書》，台南地方法院
52. 羅婷頣(2010) 《RC構架內填高型磚牆面內側向加載試驗與分析》，國立成功大學建築研究所碩士論文
53. 藤澤國太郎(1939) 《臺灣產普通煉瓦の試驗成績》，臺灣建築會誌第十一輯第四號，頁281~286
54. ACI 318-08(2008) Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary, ACI Committee 318, American Concrete Institute
55. AS 3700 (2011) Masonry structures, Australian Standard
56. ASTM C67-09 (2009) Standard Test Methods for Sampling and Testing Brick and Structural Clay Tile, American Society for Testing and Materials
57. ASTM C952-02 (2009) Standard Test Method for Bond Strength of Mortar to Masonry Units, American Society for Testing and Materials
58. ASTM E518-10 (2010) Standard Test Methods for Flexural Bond Strength of Masonry, American Society for Testing and Materials
59. Bakeer, Tammam (2009) Collapse Analysis of Masonry Structures Under Earthquake Actions, Publication Series of the Chair of Structural Design of TU Dresden
60. Brown, W.F., Srawley Jr., Srawley J.E.(1966) Plane Strain Crack Toughness Testing of High Strength Metallic Materials, ASTM STP 410, Philadelphia
61. BS 5628 (1992, 2005) Code of practice for the use of masonry – Part 1: Structural use of unreinforced masonry, British Standards
62. Bui, T. T., Limam, A. (2012) Masonry Walls under Membrane or Bending Loading Cases: Experiments and Discrete Element Analysis, Proceedings of the eleventh international conference on computational structures technology, Dubrovnik, Croatia
63. David Broek(1989) The Practical Use of Fracture Mechanics, Kluwer Academic Publishers, Netherlands
64. Doherty, K., Griffith, M.C., Lam, N., Wilson, J. (2002) Displacement-based seismic analysis for out-of-plane bendingof unreinforced masonry walls, Earthquake Engng Struct. Dyn. Vol.31:833-850
65. Drysdale, R. G., Essawy, A. S. (1988) Out-of-Plane Bending of Concrete Block Walls, JOURNAL OF STRUCTURAL ENGINEERING, Vol.114(1):121-133, ASCE
66. Drysdale, R. G., Hamid, A. A., Baker, L. R. (1994) Masonry Structures Behavior and Design, Prentice-Hall, New Jersey
67. EN 1996-1-1(2005) Eurocode 6: Design of masonry structures – Part 1-1: General rules for reinforced and unreinforced masonry structures, European Committee for Standardization(CEN)
68. Gazzola, E. A., Drysdale, R. G., Essawy, A. S. (1985) Bending of Concrete Masonry Wallettes At Different Angles to The Bed Joints, Proceedings of 3rd North American Masonry Conference, Paper No.27, Arlington, Texas
69. Ghobarah, A., Galal, K. E. M. (2004) Out-of-Plane Strengthening of Unreinforced Masonry Walls with Openings, Journal of Composites for Construction, Vol.8(4):298-305
70. Grimm, C. T. (1984) Elastic Modulus of Clay Brick Masonry, Reinforced and Prestressed Masonry Symposium, University of Edinburgh, Scotland
71. Hamid, A. A., Drysdale, R. G., Heidebrecht, A. C., M. ASCE (1979) Shear Strength of Concrete Masonry Joints, Journal of The Structural Division, Vol.105, No. ST7, ASCE
72. Haseltine, B. A., West, H. W. H., Tutt, J. N. (1977)The resistance of brickwork to lateral loading. Part 2: Design of wall to resist lateral loads, The Structural Engineer, Vol.55, No.10:422-430
73. Hu, Hsuan-Teh (2007) Theory of Plates, Department of Civil Engineering, NCKU, Taiwan
74. Hrynk, T.D., Myers, J.J.(2008) Out-of-Plane Behavior of URM Arching Walls with Modern Blast Retrofits: Experimental Results and Analytical Model, JOURNAL OF STRUCTURAL ENGINEERING, Vol.134(10):1589-1597, ASCE
75. Jones, L. L, Wood, R. H.(1967) Yield-line analysis of slabs, Thames & Hudson, Chatto & Windus, London
76. Kappos, A.J., Penelis, G.G., Drakopoulos, C.G.(2002) Evaluation of Simplified Models for Lateral Load Analysis of Unreinforced Masonry Buildings, JOURNAL OF STRUCTURAL ENGINEERING, Vol.128(7):1-8, ASCE
77. Kaushik, H. B., Rai, D. C., Jain, S. K., M.ASCE (2007) Stress-Strain Characteristics of Clay Brick Masonry under Uniaxial Compression, Journal of Material in Civil Engineering, Vol.19(9):728-739, ASCE
78. Korany, Y., Drysdale, R.,(2006) Rehabilitation of Masonry Walls Using Unobtrusive FRP Techniques for Enhanced Out-of Plane Seismic Resistance, Journal of Composites for Construction, Vol.10(3):213-222, ASCE
79. Milani, G., Lourenço, P., Tralli, A.(2006) Homogenization Approach for the Limit Analysis of Out-of-Plane Loaded Masonry Walls, JOURNAL OF STRUCTURAL ENGINEERING, Vol.132(3):1650-1663, ASCE
80. Mosele, F., Porto, F., Modena, C.(2008) OUT-OF-PLANE CYCLIC TESTING OF TALL REINFORCED MASONRY WALLS, Paper No.05-04-0101, The 14th World Conference on Earthquake Engineering, October 12-17, 2008, Beijing, China
81. Murakami, Y.(1987) Stress Intensity Factors Handbook, Pergamon Press, UK
82. Nilson, A. H.(1997) DESIGN OF CONCRETE STRUCTURES 12th ed., McGRAW-HILL INTERNATIONAL EDITIONS
83. Paquette, J., Bruneau, M., Fliatrault, A.(2001) OUT-OF-PLANE SEISMIC EVALUATION AND RETROFIT OF TURN-OF-THE-CENTURY NORTH AMERICAN MASONRY WALLS, JOURNAL OF STRUCTURAL ENGINEERING, Vol.127(5):561-569, ASCE
84. Ramm, Wieland, Design of Masonry Structures According Eurocode 6, Technical University of Kaiserslautern, Germany
85. Reneckis, D., LaFave, J.M.(2010) Out-of-Plane Seismic Performance and Detailing of Brick Veneer Walls, JOURNAL OF STRUCTURAL ENGINEERING, Vol.136(7):781-794, ASCE
86. Restrepo V. L. F., Magenes, G. (2010) Static Tests on Dry Stone Masonry and Evaluation of Static Collapse Multipliers. Research Report ROSE 2010/02, Iuss Press, Pavia, Italy
87. Roberts, JJ., Brooker, O.(2007) How to design masonry structures to Eurocode 6: Introduction to Eurocode 6, The Concrete Centre, UK
88. Roberts, JJ., Brooker, O.(2007) How to design masonry structures to Eurocode 6: Vertical Resistance, The Concrete Centre, UK
89. Roberts, JJ., Brooker, O.(2007) How to design masonry structures to Eurocode 6: Lateral Resistance, The Concrete Centre, UK
90. Sahlin, S.(1971) Structural Masonry, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ
91. Takiyama, N., Nagae, T., Maeda, H., Kitamura, M., Yoshida, N., Araki, Y.(2009) Seismic Retrofit of Historic Masonry Constructions By Inserting Stainless Pins – Cyclic out-of-plane flexural experiments of reinforced walls Part I-, J. Struct. Constr. Eng.,AIJ, Vol.74, No.635, 167-176
92. West, H. W. H., Hodgkinson, H. R., Haseltine, B. A. (1977) The resistance of brickwork to lateral loading. Part 1: Experimental methods and results of tests on small specimens and full sized walls, The Structural Engineer, Vol.55, No.10:411-421
93. Young, Warren C., Budynas, Richard G.(2002) Roark’s Formulas for Stress and Strain 7th ed., McGraw-Hill