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國產材於直交集成板之製造及其工程性能評估

為了解決大尺寸平板2021的問題，作者林志憲 這樣論述：

直交集成板(Cross-laminated timber, CLT)為建築界近年來受到關注的工程木 材之一，適逢臺灣訂定提升國內木材自給率之目標，為了提升國產材開發工程木 材之效益與適用性，本研究使用三種國產木材和二種膠合劑製造國產 CLT，比較 CLT 之抗彎、抗壓、膠合、潛變和剪力牆等工程性質，提供國產材於 CLT 應用之 參考。國產材使用國內人工針葉林蓄積量最高之柳杉(Japanese cedar, Cryptomeria japonica)、杉木(China fir, Cunninghamia lanceolata)和臺灣杉(Taiwania, Taiwania cryptomeri

oides)木材，以非破壞試驗和機械應力試驗評估集成元之機械等級，使 用酚-間苯二酚甲醛樹脂(Resorcinol formaldehyde resin)和乙烯脲酯膠合劑(Vinyl urethane adhesive)膠合劑，製成 3 層 3 單片和 5 層 5 單片構成 CLT，實大尺寸剪 力牆則搭配抗拉拔金屬緊固件(Hold-down fastener)與 X-rad 金屬緊固件，並以位 移計和數位影像相關(Digital image correlation, DIC)量測剪力牆之整體位移與剪 切應變。集成元性質方面，國產材之目視等級集中於二級材，等級內之變異係數 較機械等級區分大，對於

集成元之區分效益有限，應以機械等級區分為結構用工 程木材利用之依據。三種國產材集成元之機械等級區分結果顯示，機械等級皆集 中於 M60B 等級，由動彈性模數與抗彎彈性模數(Modulus of elasticity, MOE)之 相關性顯示，高於 95%信賴區間下限值的比例為 73%，非破壞試驗數值可以做為 集成元機械等級區分之依據。CLT 性質方面，集成元經機械等級區分並配合二種 膠合劑，製作同等級和異等級構成之國產 CLT，均符合國家標準 CNS 16114(2019) 規定，當 CLT 構成層數由 3 層增加至 5 層，強軸方向 MOE 下降 14 至 25%;弱軸 方向 MOE 則由

0.5 GPa 提高至 2.2 GPa。二種膠合劑製造 CLT 之機械性質相近， 使用 RF 膠合劑之 CLT 可以降低材料之異方向性 55%，使用 KR 膠合劑之 CLT 則 降低 31%，三種國產材之集成元經過直交膠合均有效提升尺寸安定性。CLT 抗壓 強度隨直交層比例增加而下降，構成層數則無顯著影響。3 層 3 單片構成杉木 CLT經由 90 天潛變試驗，潛變函數為 1.48 至 2.00，潛變模數為 2.13 至 4.19，潛變限 度為載重比 30%至 40%，載重持續時間係數為 0.50 至 0.59，MOE 保留率則為 48% 以上。此外，透過集成理論公式和平板振動試驗可以有效評估

CLT 強軸和弱軸方 向抗彎性質，預測之波松比與量測結果相近，更可以獲得 CLT 之樓板工程性質。 剪力牆性質方面，剪力牆由國產 CLT 和二種系統金屬緊固件元件組成，進行單一 與反覆水平載種試驗，二種系統金屬緊固件均為偏心固定，其中 HD 系統 CLT 剪 力牆經過反覆水平載重之剪力牆產生厚度方向位移，影響金屬緊固件之破壞模式 與位移計量測結果，透過 DIC 則可以有效量測剪力牆之位移與剪切應變，HD 系統 之剪切應變集中於牆體上層與水平載重處，X 系統則集中於 X-one 金屬緊固件連 接處，二種系統 CLT 剪力牆之位移試驗結果顯示，剪力牆皆為轉動變形模式計算 HD 系統之抗拉強度為

115.6 kN，X 系統為 121.7 kN。國產 CLT 經水平載重試驗並 無明顯破壞，並達到金屬緊固件之最大強度，由相同層間變位以 HD 系統 CLT 剪 力牆之水平載重能力較高，X 系統則有穩定的破壞模式，二種系統 CLT 剪力牆之 阻尼能均於 70%Δm 階段開始下降，並於 100%Δm 階段失效。國產材藉由機械分等 與直交構成方式，可以製造符合標準要求且強度可設計之 CLT，具有應用於樓板 與剪力牆之能力。