中華民國內政部建築研究所中華民國內政部建築研究所

本報告藉文獻回顧指出竹材楊氏模數與強度值差異甚大，當中可能包含試驗標準不統一，未明確標示其值為試驗值、特徵值或是設計值等原因。因此，過往在定義竹材基本參數時，並無一致的依循標準，造成設計上的不便。
而竹構接合的強度與勁度值也有相似的情況，若要在未來有一致的標準供設計者使用，則進行大規模試驗是必須的。
本研究也介紹了在竹薄殼構造模擬中時常被設計者所忽略的接合勁度該如何設定，同時也藉由敏感度分析說明了接合勁度對整體結構勁度與內力分布會造成的影響。另研擬竹薄殼結構分析之建議流程，並藉由3個案例詳細說明。
一、研究緣起
使用國產竹材是節能減碳、有助於保護環境、減緩全球氣候變遷的「綠色消費」。據林業試驗所表示，目前台灣竹林面積估計約有18.3萬公頃，是具有經濟生產規模的可再生性資源。為提振本土林產業，行政院農業委員會「新興竹產業發展綱要計畫」業奉行政院110年10月4日院臺農字第1100019908號函核定在案。
過去公部門對於竹構的相關研究投注資源甚少，近年來竹構造在世界及臺灣逐漸獲得重視。最近臺灣竹會匯集民間力量勉力編製「竹構築指南」，本所於110年度也已完成「竹構造建築物設計技術研究」研究計畫，本年度配合行政院農業委員會「新興竹產業發展計畫(111至114年度)」(草案)之分工，探討竹構造於大跨距薄殼建築的應用。本案研究範圍為大跨距竹構造薄殼建築，以非防火構造建築物500 平方公尺的規模為研究標的，其跨距約為22公尺。
二、研究方法
1.「案例蒐集與分類」—蒐集並分類世界具有代表性之大跨距竹構造薄殼案例，並針對其跨距，幾何造型與接合形式等進行分類。
2.「接合勁度與強度簡易評估」—蒐集既有竹構造接合研究資料，並參考國內外木構造或相關規範，對竹構造接合之勁度與強度提出簡易之評估方法。
3.「重要接合有限元模擬」—選擇重要之竹接合形式及相關數據，建立有限元素模型以校正上述之評估方法。
4.「重點參考案例之整體結構分析」—挑選三個重點大跨距竹薄殼案例，進行完整之結構分析，評估其材料利用率與接合適用性。
5.「敏感度分析」—利用敏感度分析原理，研究大跨距竹薄殼整體結構對接合及竹管之勁度與強度之不確定性的影響。
三、重要發現
1.由竹材力學性質的相關文獻分析整理，可發現過往的試驗並沒有依循統一的試驗程序與要求，導致結果差異甚大，建議未來在規劃試驗時，可依循ISO 22157(2019)中所提供的試驗方法，使各試驗結果的比較更具價值性。
2.使用台灣木構造建築物設計及施工技術規範(2003)計算螺栓的單剪接合強度時，當側材與主構材厚度及支壓強度皆相同(α=β=1)的情形下，接合強度為零，明顯不合理，查日本木質構造設計規準․同解說(2006)，於期末報告完整版之8.11 式應改正為8.15 式。
3.歐美對於薄殼結構分析所廣泛使用的分析方法，就是使用幾何非線性分析外也引入適當的幾何缺陷來考量整體挫屈可能帶來的影響，也在本研究中透過流程圖與三個案例分析被具體介紹。
4.對於網格竹管間的連結關係，本研究介紹了用彈簧耦合或是以短梁桿件來模擬。但是使用的技巧與方法對於一般的設計者而言可能過於複雜與麻煩，特別是正確的耦合與梁桿件末端自由度的釋放都牽扯到區域座標系的設定。未來需要研究是否有更便捷的方法。此外，接合的勁度最好能比照歐洲木構造規範一樣，能透過試驗與歸納整理成可以反映出接合方式的計算式，以方便設計者使用。