高科技建築

【自序】

隨著科技時代的來臨，樣樣都講求創新與前衛；在建築結構的領域裡，結構原理是不變的，而新的技術工法與材料輕量化的提升更是值得研發與創新。隨著時代的腳步朝多目標發展，創造風貌的城市意象，據以展現力與美的科技精神。

高科技建築是結合建築結構系統之基本力學原理，透過新的技術工法，得以解決提升輕型材料在大跨距上的使用；並進一步探討多種結構行為，在科技建築上的運用。建築師對結構之了解，不僅限於表面，更需深入其本質，這些結構行為與構件材料亦有關，所以進入結構設計的領域之前，必須掌握其結構行為，更重要的是，藉由許多著名案例的解析，使學習建築者很快地瞭解高科技建築在建築設計上的重要性。因此在本書內容上，以理論及技術工法分析為主，應用實例為輔，以闡明高科技建築表現應具有的意義。

國內在教科書的選用上，原是採用其他相關國內、外之建築結構用書；但有感於並無較為完整且系統化之用書，筆者因此在今年完成執教多年的心願，編著了「高科技建築」的專門用書。此書融合個人長年以來的專業知識和教學經驗，彙編而成，其深入淺出之處，利於學習建築者，進一步對高科技建築，獲一全貌，並能精通其原理，融會創作，並應用於實際。

本書內容共有三大篇十一個章節，其內容豐富精深且深淺兼備，包含理論、技術、材料及美學等層面，能適用於建築、土木、營建等 相關大專和研究所的學生學習之使用，亦能協助教師教學之用，也希望此書的內容能夠讓學習建築者有所收穫與啟發。

本書承蒙本校校長楊濬中博士和前校長曾騰光博士以及本系系主任沈永堂博士的題詞，讓本書蓬蓽生輝，再加上本系助教歐字軒、許惠娟、牟順誠及助理范靜茹他們的細心編排打印及校對，得以順利完成，筆者於此表示衷心的謝忱。筆者在整理手稿時，發現實在要感謝這些案例的原設計人。最後謹將本書獻給筆者的愛妻鄭蘇玉梅女士，感謝她長年的陪伴，以及對筆者不斷的鼓勵與支持。

朝陽科技大學
建築系暨建築及都市設計研究所 客座教授 鄭茂川
中華民國九十二年十一月

【作者簡介】

鄭茂川

現職：朝陽科技大學客座教授
學歷：美國康乃爾大學碩士
經歷：
1. 台北市政府工務局局長
2. 台北市政府工務局副局長兼建管處處長
3. 交通部技監
4. 朝陽科技大學教授
5. 國立中央大學.台北科技大學.兼任成功大學教授
6. 逢甲大學.淡江大學.中原大學.兼任大同大學教授
7. 考選部甲等考試檢覆口試委員
8. 考試院高考暨普考典試委員
9. 考選部建管行政科試題召集人兼審查委員
10. 考選部建築師檢覆委員
著作：建築結構系統.建築結構力學.結構與造型.建築與工程經營管理學等數十本

【內文選讀】

第一章 何謂空間桁架

1-1 桁架系統
桁架（truss）向量作用的結構系統，桿件為承受壓力或張力（即二力桿two-force member），它係短而堅固的直線元素，即線形桿件，均為結構上的組件，因其斷面積可以減少。而壓力桿件與張力桿件均以三角形組合，其本身就能形成一個整體穩定的結構，若適當地給予支承，則可承受不對稱及變化的載重，並將其傳遞至支承點。

桁架是由壓力桿件與張力桿件依某種模式來作安排，並用鉸接點（hinged joint）作連接，形成能改變力量的方向且不需中間支承，就能傳遞跨越長距離的結構機制。因此，桁架的特質是以三角形方式來組裝直線桿件，它之所以達成力量的改向，在於藉由兩根或更多的桿件將外力分解成數個方向，再以適當的反向力（counter force）來保持平衡。

桁架系統皆由三角形組成，接頭為旋轉街頭（pin connection），所有的桿件僅受壓力或張力，既無剪力也不會彎曲，水平推力也會於內部相互抵消，但在實際應用時，由於接頭之摩擦力或載重作用於桿件上，會使桁架產生彎曲應力（bending stress），但此彎曲比軸力小很多，因此常可忽略。雖然桁架之接頭為鉸接（hinge），但三角形的形狀是不變的，其他的幾何形狀皆無法如此穩定，因此桁架具有剛度大，自重輕，並能跨越較大跨度的特點。

桁架桿件之位置與外力作用方向間的關係，決定桁架桿件內部的應力大小。桁架桿件的適當角度約在45度至60度之間，這樣的角度，能以相當小的向量力來使力量有效的改變。

桁架結構系統是一種多組件（multi-component）系統，其結構機制係依靠個別的張力及壓力桿件間的協調作用而成。

通常我們會將桁架頂部及底部的桿件稱為上弦桿及下弦桿（top and bottom chord），其餘之桿件則稱之為腹桿（web chord）。

1-2桁架之應力行為
桁架系統，依系統之構成，可分為平面桁架（Plan trusses），曲面桁架……