台湾砖木造历史建筑修复与补强之研究

摘要

臺灣地區的歷史建築物中，磚木造結構所占比例相當高，目前常見的磚木造歷史建築物包括有政府辦公建築、各地市役所、經濟金融建築、學校教學或集會建築、宗教建築、交通運輸建築…等。這些磚造歷史建築無論從美學或歷史發展的角度來看，都屬於相當珍貴的文化資產，不只反映著過去的生活文化，也是傳統建築工藝技術之忠實紀錄，因此必須妥善加以維護與保存。這些磚木造歷史建築物都是屬於疊砌式構造，為承重牆結構系統，主要結構為承重磚牆，其牆基及牆身等結構構材系以砂漿或白灰等粘結材料將一塊塊的磚塊疊砌而成，由於牆體內部並無植筋，為無筋之承重磚牆，耐震能力不足，何況臺灣屬於多震及強震地區，故歷史建築物問題外所有垂直載重都經由承重磚牆傳遞至磚砌基礎，然後再由基礎以維護整棟建築物的耐震安全更是重要，因此如何針對受損磚造歷史建築物，提出妥善修復補強而又不破壞其構造、材料與歷史等方面價值的方法，便成為目前十分迫切與重要的工作。過往對於磚造歷史建築物的修復舆補強的工作，並不十分重視，專業人員缺乏磚造歷史建築物修復補強素養、及缺乏磚造歷史建築修復及補強經驗與工法，以至於災損狀況發生時，如何採取正確的方法來進行修復及補強維護歷史古蹟。鑒於臺灣地區對歷史建築修復補強方法仍處於發展中之階段，因此在歷史建築之補強與修復的方法上，往往產生了對歷史建物之構造、立面及空間使用上的破壞。因此本研究將針對磚造歷史建築物之補強與修復方法進行探討，擬先從基本歷史建築物的磚牆材料性質、磚牆承重力學著手，瞭解不同高寬比的磚牆結構，承載不同垂直載重時所具有的側向承載能力，然後透過各種補強、修復方法的分析與試驗，並藉由相關專家學者與實際案例的回餚探討，對於現行磚造歷史建築補強與修復方法于施作前、施作中及拖作後所產生的問題，加以尋求改善之方法與技術之改良，以提供國內磚造歷史建築物修復補強之參考，期能達到歷史文化資產永續保存之目標。以臺灣國立台灣博物館為案例，先行蒐集各種資料瞭解建築及結構基本型式，進行鑑定工作包括水平及垂直度之測量，地質鑽探裂縫之調查，及構材強度之試驗分析，獲取基本資料，進行耐震初評及進一步探討評估構造之耐震能力,研擬修復補強之初步可行性方案。歷史建築物因建造時期之構築技術與營造方式不同，其耐震能力各有不同，為得歷史，必須對其現況先行鑑定與評估其耐震能力，爾後探討擬定適當之修复補強方案。臺灣地區現行之耐震能力方法係以鋼筋混凝土之構造為原則，不適宜直接採用歷史建築物之耐震能力評估。歷史建築物之耐震能力評估方法建議以初步評估法，詳細評估法、耐震指標法與有限元素模型評估法，加以整合研判以評估耐震能力。歷史建築物之修復補強可利用構材強度或材料強度之提升、結構系統之調整與改善、及減少輸入地震力等三種方式來達到耐震補強效果，但由於古蹟、歷史建築修復補強之限制遠較一般建築物來得嚴格，除了須滿足相關建築法規之限制外，尚要符合文化資產保存法之要求，亦即補強之方式應以原材料、原工法為之，必要時可添加新的補強構件，惟補強材料須具可逆性，並盡量減少對古蹟、歷史建築之破壞。古蹟、歷史建築的耐震補強有異於一般建築物之補強，不能單以經濟效益或工程效益作為取捨補強方法之依據，而應全盤考慮古蹟、歷史建築之重要程度、價值所在、耐震弱點、構造特性、工程費用、及再利用內容等各項因素後，方能做出最佳的判斷。尤其歷史建築物多為磚造、磚牆材料性質常因材料取得來源、製作方式、與施工人員不同而相當大的差異，這種情形不但常發生在同一棟建築物不同部位牆體或不同時間施作之牆體上，而不同建築物間磚牆材料性質的差異更是顯著：磚牆修復補強方法雖有很多種，每一種補強方式也各有其特色，但在以妥善保存歷史建築物之前提下，則補強方法並非皆能適用於歷史建築物之修復補強上，尚須進一步就修復意向、補強工程經費、補強施作方式、補強成效、以及對原建築物之破壞程度加以評估，其中補強成效部份係屬較客觀之評估因素，其評估重點在於補強後牆體剛度之變化情形、韌性之提升程度、以及承載能力與吸收能量的改變情形，在具有相同修复意向、補強工程經費、補強施作方式、補強成效、以及對原建築物之破壞程度條件時，當然要採用補強後能夠提升能量吸收、承載能力、變形能力之修复補強方法。原书无英文摘要

目录

文摘

论文说明:圖表目錄

声明

第一章 緒論

1.1研究動機

1.2研究目的

1.3研究範圍

1.4研究流程

1.5研究方法

第二章文獻回顧

2.1過往磚木造補強與修復回顧

2.2磚木造歷史建築物之構造

2.2.1基礎

2.2.2牆體

2.2.3磚柱與磚拱

2.2.4過樑

2.2.5牆體與樓板樑節點

2.3過往木構造回顧

2.3.1構材接合

2.3.2木構造之基礎構法

2.3.3柱樑構架

2.3.4牆體構法

2.3.5樓板構法

2.3.6屋頂構法

2.4修復、補強案例探討

2.4.1舊長崎稅關下松派出所

2.4.2台南師院紅樓

第三章 修復補強施作技術之探討

3.1國立臺灣博物館建築構造型式

3.2建築結構現況調查

3.3水平測量成果

3.3.1水平測量結果

3.4垂直傾斜測量成果

3.4.1垂直傾斜測量結果

3.5混凝土鑽心取樣抗壓試驗及中性化檢測

3.5.1混凝土鑽心取樣抗壓試驗

3.5.2混凝土鑽心試驗結果

3.5.3混凝土中性化試驗

3.5.4中性化試驗結果

3.6磚造材料試驗

3.6.1試驗結果

3.7非破壞性鋼筋保護層厚度檢測

3.7.1保護層厚度檢測評估

3.8非破壞性鋼筋檢測

3.8.1透地雷達採測

3.8.2超音波鋼筋探測

3.9地質鑽探調查

3.9.1基地地質鑽探

3.9.2地質調查分析結果

3.10鋼屋架調查

3.10.1屋頂鋼屋架之調查

3.10.2屋頂鋼屋架超音波檢測作業

3.10.3屋頂鋼屋架超音波檢測結果

3.10.4屋頂鋼屋架內部之調查

3.10.5鋼屋架之調查結果

3.11磚造歷史建築修復與補強工法

3.11.1增設鋼板補強

3.11.2增設鋼骨骨架補強

3.11.3黏貼碳纖維(或玻璃纖維)補強

3.11.4植筋補強

3.11.5增設鋼筋混凝土牆(或鋼絲網墙)補強

3.11.6基礎免震工法補強

3.12各種補強方法之比較

第四章 以國立臺灣博物館為例之鑑定探討

4.1地震特性

4.2鑑定調查之分析研判

4.3標的物耐震能力評估

4.3.1 西元1988年鑑定報告之研判

4.3.2標的物耐震能力評估

4.3.3有限元素彈性模型評估標的物之破壞

4.3.4評估結論

第五章 以國立臺灣博物館為例之修復補強研究與方案研擬

5.1中殿南側崩落女兒牆修復補強方案

5.2中殿北側女兒牆修復補強方案

5.3標的物裂縫之修復補強

5.4標的物耐震、隔震補強方案

5.4.1耐震補強與隔震補強

5.4.2隔震系統之特性

5.4.3各種補強方案之比較

第六章 結論與建議

6.1歷史建築物之鑑定及耐震能力評估

6.2歷史建築物磚牆之修復補強

6.3各種補強方法之比較

6.4需要進一步研究的問題

參考文獻

附件一、文化資産保存法