¶ 木構造建築物設計及施工技術規範-第七章 框組式構造(1/2)
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第七章 框組式構造
7.1 一般規定
7.1.1 木構造建築物採用框組式構造時,其材料、構造及工程設計應符合本
章及本規範之規定;框組式構造主要包括橫隔版、牆壁及屋架等,各
部份框組構造通常由平行木構材排列構成,以共同支撐外力作用。
7.1.2 國際上既有之框組式構造制式工法,其工程設計與施工及技術手冊經
中央建築主管機關依規定認可者,得依本章之規定逕行引用。
7.1.3 採用本章未引用之其他規格標準之材料與構造,應符合本規範其他章
節之規定。
7.1.4 建築物之載重及變形控制應依第三章及第五章之規定。
7.2 材料
7.2.1 本章規定之結構用構材、木質面材及扣件等,均應符合本規範之規定。
7.2.2 結構構材、組件及木質蓋板等必須保護之部分,應以符合本規範及國
家標準相關防火法令之規定,並應施作必要之防腐及防蟻處理。
【解說】
(一)建築物防火要求應符合內政部最新頒佈「建築技術規則」之規定。
(二)防腐及防蟻處理應符合中國國家標準CNS 3000 之規定。
依據其他國際認可之同等標準,應經審核評定適用後始得應用於木構架建築
物。可參考American Wood Preservers Association 之相關標準如下:
(1)AWPA C1, All Timber Products – Preservative Treatment by Pressure Process
(所有防腐處理材--防腐劑壓力處理法);
(2)AWPA C15, Wood for Commercial-Residential Construction Preservative
Treatment by Pressure Process(商業-住家建築用木材防腐劑壓力處理法)。
7.2.3 製材、木質板材等應符合下列中國國家標準及本章之規定。
CNS 11031 結構用集成材;
CNS 11032 化妝構造用集成材;
CNS 14631 框組壁工法結構用製材;
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CNS 14632 框組壁工法結構用縱接材;
CNS 14633 框組壁工法結構用針葉樹製材之靜曲應力分等;
CNS 11671 結構用合板;
CNS 11621 結構用木質板材。
7.2.4 符合其他國際間認可之材料標準、或採用經認可之替代性或專利性構
材製品、扣件及接合物等,須經中央建築主管機關依相關法令及本規
範之規定審核認可後,方得使用。
7.2.5 經中央主管機關認可之替代性或專利性之木製品,應於產品上標示下
列事項:
(1)材料之製造者;
(2)生產日期及地點;
(3)獨立認證之第三者檢驗單位之標章。
(4)中央主管機關之認可文號或標章。
7.2.6 以指接結構製材取代非指接材或實木鋸製材,應依據該產品標準並經
設計人同意後始得採用。
【解說】
可參考之其他材料標準如下:
(1)製材
(a)目視分等製材
Japanese Agricultural Standards, JAS 600 木構架工法結構用製材;
由具認證資格之北美法則制定機構頒布之製材標準分等法則,例如:
國家製材分等局(National Lumber Grading Authority, NLGA);
東北區製材生產協會(Northeast Lumber Manufacturers Association);
北方針葉樹製材局(Northern Softwood Lumber Bureau);
紅杉檢驗處(Redwood Inspection Service);
南方松檢驗局(Southern Pine Inspection Bureau);
西岸製材檢驗局(West Coast Lumber Inspection Bureau);
西部林產協會(Western Wood Products Association)。
(b)機械分等製材
Japanese Agricultural Standards, JAS 702 木構架工法用之機械應力分等
結構製材;
由具認證資格之北美法則制定機構頒布之製材機械分等法則,例如:
國家製材分等局(National Lumber Grading Authority, NLGA);
南方松檢驗局(Southern Pine Inspection Bureau);
西岸製材檢驗局(West Coast Lumber Inspection Bureau);
西部林產協會(Western Wood Products Association)。
(c)指接製材
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Japanese Agricultural Standards, JAS 701, 木構架工法結構用指接製材;
下列北美機構曾頒布指接製材標準:
國家製材分等局(National Lumber Grading Authority, NLGA);
南方松檢驗局(Southern Pine Inspection Bureau);
西岸製材檢驗局(West Coast Lumber Inspection Bureau);
西部林產協會(Western Wood Products Association)。
(2)木質板材
(a)合板
Canadian Standards Association , CSA O121, Douglas Fir Plywood(花旗
松合板);
Canadian Standards Association , CSA O151, Canadian Softwood Plywood
(加拿大針葉樹合板);
Voluntary Product Standard PS 1-95, Construction and Industrial Plywood
(結構與工業合板);
Voluntary Product Standard PS 2-92, Performance Standard for Wood-
Based Structural Use Panels(木質結構用板材之使用性標準)。
(b)定向粒片板 (Oriented Strand Board, OSB)
CAN/CSA-O325, Construction Sheathing(建築用覆蓋板);
Voluntary Product Standard PS 2-92, Performance Standard for Wood-
Based Structural Use Panels(木質結構用板材之使用性標準)。
(c)集成材 (Oriented Strand Board, OSB)
ANSI/AITC A190.1, American National Standard, Stractural Glued
Laminated Timber(結構用集成材)。
7.2.7 本章所使用之釘及其他扣件,應符合中國國家標準或經認可之其他國
家標準之規定,並應符合本規範6.2 節至6.10 節之規定。
7.3 工程設計法
7.3.1 結構構材與構架及其他位於載重路徑之構材與構架之設計,應能安全
承受施工及使用期間預期作用其上之任何載重,使其不超過容許之應
力與撓度。不規則建築物之形狀效應及抵抗側向力單元之剛度應予以
適當考量。
7.3.2 建築物基礎應能提供建築物安全之錨定,並安全承受第三章規定之載
重,且使基礎估計之總位移及相對位移小於建築物之容許位移。
7.3.3 除設計圖許可或經設計、監造人核可外,木結構構材不得做切口、鑽
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孔或其他減弱強度之處置。
【解說】
(一)建築物安全之錨定,得參考圖7.3-1 及圖7.3-2:
圖7.3-1 地檻板於混凝土地基牆之錨定
(摘自"Wood Frame Construction Manual for One- and Two-Family Dwellings",
2001 Edition ANSI/AF&PA WFCM-2001)
圖7.3-2 地檻板於地面板塊之錨定
(摘自"Wood Frame Construction Manual for One- and Two-Family Dwellings",
2001 Edition ANSI/AF&PA WFCM-2001)
(二)建築物之切口,得參考圖7.3-3 及圖7.3-4:
地檻板
混凝土地基牆
符合要求之錨
定螺栓與墊片
牆間柱
牆底板
錨定螺栓
地板托梁
鋼條
地檻板
牆間柱
牆底板
錨定螺栓
地板托梁
鋼條疊合於地檻板下
地檻板
地檻板
(牆底板)
符合要求之錨
定螺栓與墊片
牆間柱
地檻板(牆底板)
錨定螺栓
鋼條疊合於地檻板下
牆間柱
地檻板(牆底板)
錨定螺栓
鋼條
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圖7.3-3 實木鋸製材托梁與椽條切口與鑽孔之限制
(摘自"Wood Frame Construction Manual for One- and Two-Family Dwellings",
2001 Edition ANSI/AF&PA WFCM-2001)
圖7.3-4 牆間柱切口與鑽孔之限制
(摘自"Wood Frame Construction Manual for One- and Two-Family Dwellings",
2001 Edition ANSI/AF&PA WFCM-2001)
7.3.4 框組式構造之耐震設計,依下列事項辦理:
(1)一般規定
(a)耐震設計應依據建築物耐震設計規範之規定,以及本節之補充條
款進行。
(b)釘著之剪力牆與橫隔版之抗剪力應依據第7.3.6 節至7.3.9 節之規
定。
(2)基本振動周期
木構造建築物之基本振動周期(單位:秒)可依下列經驗公式計算:
僅於跨距外側三分之一
最大1/4 托梁深度
最大1/3 托梁深度
最少距邊
緣5.1 公分
最大1/3 托梁深度
最大1/6 托梁深度
僅於跨距外側1/3 部份
切口深度<d/4
孔緣距材邊
>1.6 公分
間柱
底板
單間柱時
鑽孔直徑
<(2/5)d
雙間柱時
鑽孔直徑
<(3/5)d
孔緣距材邊
>1.6 公分
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T = 0.05 hn
0.75
(7.1)
式中hn
= 由基面至結構物最高層之高度,m。
(3)剪力牆與橫隔版
(a)通則
(i) 剪力牆與橫隔版設計,應依據以結構用木質板材釘著之剪力
板之規定。
(ii) 為達到韌性及側向強度需求而使用符合其他標準之鐵釘、長
釘、螺栓等替代方法時,應以公認之力學原理分析之。
(iii)剪力牆之最大高寬比應小於2:1。上述剪力牆高度係指由剪
力牆下方橫隔版之頂部至剪力牆上方橫隔版系統底部之最大
淨高。
(iv)橫隔版之最大跨距與寬度比詳表7.3-1。
表7.3-1 橫隔版之最大長寬比(水平及傾斜橫隔版)
(v) 橫隔版周圍應以適當之邊界構材錨定與接合,以將橫隔版中
之應力安全傳遞至結構物之基礎。
(vi)橫隔版若承受水平集中載重,應有適當之匯集構材及界面,
以避免應力集中;上述之集中載重若由地震力造成,則匯集
構材之設計須依據建築物耐震設計規範之相關規定。
(b)抗傾覆
當剪力牆所承受之實際靜載重不足以抵抗側向力所造成之傾覆力
矩時,應以錨定裝置提供足夠之抵抗力並傳遞至基礎。
(c)橫隔版與混凝土牆或混凝土空心磚牆之錨定
(i) 當以木質橫隔版提供混凝土牆與混凝土空心磚牆之側向支撐
時,木構件應錨定於此類牆壁上,錨定裝置應直接連接牆及
橫隔版,並抵抗牆體所產生之側向力,且側向抗力以牆長計
不得小於306 kgf/m。
(ii) 上述之錨定不得採用斜釘或會被拔出之鐵釘,且木質構材不
得用來抵抗垂直木紋之拉應力。
(iii)以混凝土或混凝土空心磚牆作為剪力牆時,其設計應參考相
關之設計規範。
| 型式 | 最大長寬比 |
|---|---|
| 木結構版片,所有邊緣釘接 | 4:1 |
| 木結構版片,省略中間接點之橫擋 | 3:1 |
| 對角方向舖設覆蓋版,單層 | 3:1 |
| 對角方向舖設覆蓋版,雙層 | 4:1 |
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7.3.5 壁量
為使框組式構造能充分抵抗作用在建築物之水平力,各樓層雙向需配
置足夠之剪力牆量,並儘量使樓層重心與剛心重合,以降低因偏心而產生
之額外扭矩。
【解說】
框組式構造之剪力牆抗剪力計算方式得依據第7.3.6 規定計算。以下針對框組式
構法之壁量說明,係參考日本建築學會出版之「木質構造設計規準‧同解說」,將最
低必要剪力牆量以「剪力牆倍率」表示。
剪力牆抵抗地震力或風力等水平載重之能力,隨構成剪力牆之材質、材厚、接
合法等而異,其耐力大小相對於一定基準之比率表示者,稱為「剪力牆倍率」,通常
將剪力牆之水平長度1m 能負擔130kgf 時,其剪力牆倍率訂為1,即
剪力牆倍率1=130 kgf/m
剪力牆量便依據剪力牆倍率1 之剪力牆的水平長度加以換算求得(不同構法之剪力
牆其對應之剪力牆倍率可參考附錄五)。表7.3-2 所示對地震力之必要剪力牆量,係
依據下列假設計算而得:
(1)屋頂靜載重:90 kgf/m2(輕型屋頂為60 kgf/m2);
(2)樓板靜載重:50 kgf/m2;
(3)牆壁載重:建築物每單位樓地板面積為60 kgf/m2;
(4)積載載重:每單位樓地板面積為60 kgf/m2;
(5)樓地板面積與屋頂面積之比為1.3;
(6)地震力係數為0.2,垂直高度方向之分佈為Ai 分佈,
3T
1
2T
-
1
1
A
i
i
i
+
+
=
)
α
α
(
針對二層建築物,取α2=0.3(二樓部份),T=0.2,則A2≒1.4;三層建築物,
取α3=0.2(三樓部份),α2=0.6(二樓部份),T=0.3,則A3≒1.6,A2≒1.2;
(7)非剪力牆部分之負擔率為33.3%。
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表7.3-2 框組式構法對地震之必要剪力牆量例
| 各樓層單位樓地板面積之剪力牆量(單位:cm/m2) | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 除地面層 外,樓層 | 除地面層外,樓層數 | 除地面層外,樓層為 3 之建築物,惟3 樓 部分不設剪力牆,該 | 地面層除外,樓層數為3 之建 | ||||||
| 數為1 之 建築物 | 為2 之建築物 | 部分為屋架,且3 樓 地板面積為2 樓地 板面積之1/2 以下 | 築物(左欄所示建築物以外者) | ||||||
| 1 樓 | 2 樓 | 1 樓 | 2 樓 | 1 樓 | 2 樓 | 3 樓 | |||
| 多 雪 區 以 外 之 建 築 物 | 屋頂為金屬 板、石板、石 棉浪板、木板 及其他類似之 輕型材料者 | 11 | 29 | 15 | 38 | 25 | 46 | 34 | 18 |
| 建 築 物 | 上述以外之屋 頂材料覆蓋者 | 15 | 33 | 21 | 42 | 30 | 50 | 39 | 24 |
| 多 雪 區 之 建 築 物 | 積雪量最深在 1m 之區域 | 25 | 43 | 33 | 52 | 42 | 60 | 51 | 35 |
| 雪 區 | 積雪量最深超 | 25 與39 | 43 與57 | 33 與51 | 52 與66 | 42 與60 | 60 與74 | 51 與68 | 35 與55 |
| 之 建 | 過1m,未滿 | 間之直線 | 間之直線 | 間之直線 | 間之直線 | 間之直線 | 間之直線 | 間之直線 | 間之直線 |
| 築 物 | 2m 之區域 | 內插值 | 內插值 | 內插值 | 內插值 | 內插值 | 內插值 | 內插值 | 內插值 |
| 築 物 | 積雪量最深在 2m 之區域者 | 39 | 57 | 51 | 66 | 60 | 74 | 68 | 55 |
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7.3.6 框組式構造之剪力牆抗剪力得依下列方式計算:
(1)以木質結構覆蓋板材釘著之剪力牆,其抗剪力之計算如下:
式中: Vd = νd(KSFJspJub);
νd = 採用木質結構覆蓋板材之剪力牆的抗剪強度(參考附
錄表四-2),kgf/m;
Ls = 平行載重方向之剪力牆長度,m;
KSF =使用條件係數;乾燥使用條件(一年期間平均平衡含
水率為15%或以下,且不超過19%者) 取 1.0;潮濕
使用條件(乾燥條件以外者) 取 0.75;
Jsp = 框架材質之樹種係數 = (1 – (0.5 – SG)) ≦ 1.0,其中
SG 為樹種群組之比重,參考附錄表四-1 所示;
Jub = 水平向覆蓋、無橫檔剪力牆之強度修正係數,參考
附錄表四-3。
(2)當同材質或不同材質覆蓋板用於剪力牆之兩面時,剪力牆各面之抗剪
力得以累計。
(3)剪力牆上有開孔時,開孔處應以構材及連結件補強,上述補強應以和
理之力學原理為之,以順利傳遞開孔周圍之應力。
(4)開孔剪力牆之抗剪力應為各段剪力牆之總和。但不包括開孔部份之牆
段。各剪力牆段應能個別抵抗作用其上之傾覆力矩。
7.3.7 框組式構造之橫隔版的抗剪力得依下列方式計算:
作用於橫隔版之剪力可假設為均勻分布於橫隔版全寬。其設計抗剪力
得依下式計算:
式中:Vd=νd(KSFJsp);
νd=採用木質結構覆蓋板材之水平橫隔版的抗剪強度(參考附錄
表四-4),kgf/m;
KSF=使用條件係數;乾燥使用條件(一年期間平均平衡含水率為
15%或以下,且不超過19%者) 取 1.0;於潮濕使用條件(乾
燥條件以外者) 取 0.75;
Jsp=框架材質之樹種係數 = (1 – (0.5 – SG)) ≦ 1.0,其中SG 為
樹種群組之比重,參考附錄表四-1 所示者;
dn=平行載重方向之橫隔版淨深,m。
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7-10
7.3.8 框組式構造之剪力牆弦材得依下列方式計算:
(1)剪力牆弦材之軸向力Pr,得依下式計算:
d
M
Pr =
(7.4)
式中: M =間柱弦材另一端所測得之力矩;
d =剪力牆兩端錨定連接處之中心距離。
(2)剪力牆弦材於剪力牆全長應為連續。剪力牆之覆蓋板不得作為剪力牆
弦材拼接之用。
7.3.9 框組式構造之橫隔版弦材得依下列方式計算:
(1)垂直於載重方向之周邊框架可視為橫隔版弦材。弦材與其連接部之設
計,應能承受橫隔版之最大彎矩。
(2)橫隔版弦材之軸向力得依下式計算(參考圖7.3-5):
P = M1/d ± M2/a
(7.5)
式中: M1 =沿橫隔版全長所施加之力矩,kgf-m;
d =平行於載重方向之橫隔版尺寸,m;
M2=沿橫隔版開孔長度所施加之力矩,kgf-m;
a=沿載重之方向開孔邊緣至橫隔版弦材之距離,m。
(3)針對承受均佈載重之簡單支承橫隔版,M1 及M2 為:
M1 = wL2/8
(7.6)
M2 = web2/12
(7.7)
式中: w =施加於橫隔版之側向載重之和,kgf/m;
L =垂直於載重之橫隔版長度,m;
we=橫隔版邊緣所承受之側向載重;
b=垂直於載重之開孔長度。
(4)橫隔版弦材於橫隔版全長應為連續。當弦材不連續時,弦材應予拼接
以承受軸向載重。橫隔版之覆蓋板不得作為橫隔版弦材拼接之用。
【解說】
應用本節橫隔版弦材之軸向力計算公式時,各參數之定義如下圖所示,其中we
得以w/2 估計之。
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圖7.3-5 框組式構造之橫隔版弦材圖例
7.3.10 框組式構造之剪力牆及橫隔版的細部得依下列規定辦理:
(1)框架構材之厚度應至少為38 mm,牆間柱之中心距不得超過455mm。
(2)鄰接之覆蓋板邊緣應固定於框架構材上。
(3)除橫隔版或剪力牆之邊緣部份外,木質橫隔版及剪力牆應以不小於900
mm x 1800 mm 尺寸之木質結構板材建構之。
(4)於接近邊緣、開孔及其他框架變化處,覆蓋板之最短邊尺寸不得小於
300 mm,否則覆蓋板所有邊緣均須以框架或橫擋支撐。
(5)剪力牆於所有覆蓋板邊緣均應配置框架構材或橫擋。凡覆蓋板寬度不
及300 mm 者均應予橫檔支撐。
(6)可能受到經常潮濕條件之鐵釘,應具有保護性之被覆層以防止腐蝕。
(7)鐵釘釘著處距覆蓋板邊緣不得少於10 mm,沿覆蓋板內部框架(或橫
擋)之釘距不得超過300 mm。上述鐵釘應牢固地釘入構材中,但不應
釘著過力而陷入覆蓋板中。
7.4 制式工法
7.4.1 框組式構造應依第7.3 節工程設計法之規定設計施工,惟符合下列條
件之建築物,得依7.1.2 節規定之認可程序通過的制式工法設計施工。
(1)單棟建築物之總樓地板面積不得超過600 m
2且長寬均不得超過24m;
(2)建築物之高度應不超過三層或平均屋頂高不超過10 m,平均屋頂高度
之定義參考圖7.4-1;
L
we
| a | b | d | ||||||||||||
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(3)各框架內之構材間距不得超過610 mm;
(4)橫隔版或屋頂構架之單一跨距不得超過8 m;
(5)單層承重牆高度不得超過3 m;
(6)單層非承重牆高度不得超過6 m;
(7)椽條出簷不得超過椽條跨距三分之一或610 mm,參考圖7.4-2;
(8)斜屋頂懸出山牆部份,不得超過桁條長度之半或610 mm(參考圖
7.4-3);若斜屋頂出山牆部採用牆板繫條者,則不得超過310 mm(參
考圖7.4-4);
(9)屋頂之坡度不得超過45°。
7.4.2 制式工法之結構應詳盡規劃,其抗風壓及抗地震之設計條件,均應依
建築技術規則之規定辦理。
7.4.3 除技術手冊另有允許者外,使用替代產品或其他基礎錨定系統,均應
符合第7.3 節之規定。
【解說】
框組式構造建築物之樓層數計算與平均屋頂高度(MRH)定義,如圖7.4-1 所
示。另外,屋頂面懸出牆面之長度規定,參考圖7.4-2 至7.4-4。