總整課群 A:土研大樓木結構遮罩設計與施作 (Capstone A)

課程概述

本課程屬於土木工程設計實務,適合對結構與建築設計、木結構和施工管理感興趣的大三及大四學生,在學期中,學生將完成施作土研大樓旁的木結構遮罩原型,以學習設計和施工的實作細節,並對木材的正確工法有所研究,配合台大實驗林水里木工廠的資源進而提出新材料的可能性,最後透過施工規劃和實際操作,為土研大樓周邊打造一個休憩的空間。

本課程由卡艾瑋老師及富田匡俊老師共同指導,以及 2兩位學生助教(TA)協助課程進行。TA主要工作為協助準備課程教材、與行政單位之間的聯繫以及引導學生設計方向、工具操作的指引。助教具備木結構施作及結構力學等基本知識,並隨時提供學生們小組討論協助之需求。

這門課程將從上學期已完成的主體結構的細部設計和單元組構開始(地基、鐵件和集成材構件),學生們將會獨自及分組完成以下任務:

1、比例模型製作和載重測試,以檢查主體結構的搭建順序和穩定性

2、 主要結構的進一步設計,屋頂、座椅、照明和環境的細部設計

3、前往水里台大實驗林木工廠,製造木構件,並在現場組裝整個結構

課程進行

課程進度分為三部分,學期初為了解設計目標、並製作模型以及進行振動台的載重測試;學期中帶領學生進行細部設計、施工規劃等,引導學生了解木構造的組裝順序及加工方法;期末進行兩次工作營,第一次在土研旁的基地進行木構棚架組裝,並在最後利用吊車完成主結構組立。第二次工作營全班前往南投水里台大實驗林木材加工廠進行實習,學習工程木材例如集成材的膠合製作方法,以及機能性裝置的加工製造。

圖一、學期初:振動台載重測試、結構模型設計與製作

學期的前三周,由助教帶領學生製作縮尺模型,從中熟悉本學期將施作的結構細節。並利用製作的縮尺結構模型,進行載重測試以及振動台測試進行強度模擬分析,為後續的細部設計提供討論的細節。

圖二、學期中:細部設計討論

學期中由老師們與學生進行多次來回討論以及評圖,逐漸將設計收斂到最終的方案。在學期中邀請建築師、木工廠主任進行期中評圖來檢視同學們的階段性成果。根據專家委員們的建議,同學們也要規劃期末的施工順序及清楚大尺度構建的組裝細節。

圖三、學期末工作營:主結構組裝及機能性裝置製作

期末的第一次工作營利用土研地下室空間進行木材加工,並由台大實驗林木工廠的師傅協助指導木材加工的操作,過程中讓同學們學習集成材開槽、鑽孔以及放樣,並在最後由吊車進行組裝。第二次工作營前往南投水里,同樣由木工廠同仁指導如何膠合集成材,細部木結構的加工,如刨木、木材趾接、木楔、榫接等加工,並進行展示架、集成材小梁、椅子等機能性裝置的製作。

最後同學們完成整個學期的施工圖統整及製作,邀請執業建築師及結構技師參與學生們的期末評圖並給予整個學期的成果肯定。

課程連結

利用工程圖學所學習的SketchUp 3D建模軟體進行設計討論,以及AutoCad進行施工圖繪製。並結合之前實作課程如土木工程概念設計的經驗,製作結構模型。

圖四、課程討論時間

 

課程成果

圖五、同學期末施工圖內容擷取

經過本學期課程,同學們對於木材加工有更多的了解,並透過施工圖的製作也學習到圖學以及施工放樣的重要性。

圖六、期末評圖與木構棚架完工照片

問題檢討與改善建議

在學期初期為了延續上學期的課程內容,限制不少學生們的設計方向,花了許多時間進行磨合。因此若能在一開始明訂方向應該會讓學生們輕鬆許多。

在施工過程中若沒有好好規劃細節,有可能發生工安意外。像這次因為進出停車場擋桿的時間過長,使擋桿提早放下導致損毀,但幸好無人員受傷。

助教觀察與回饋

可以發現到參與本門課程的學生們對於實作有著高度的熱忱及興趣,即便在選課時就公佈會有需要密集參與的工作營,但學生們的參與率還是很高。透過等比尺度的結構施作組裝,在過程中也會發現有許多的施工細節需要注意,除了助教要立即協助以外,同學們發現問題以及協助處裡的速度也相當迅速及確實。因此在這個學期中,連助教自己也認為學習到許多。

最後,透過助教的觀察,認為獲得成就感以及老師們的回饋對於同學們的熱忱延續是很重要的。若能在設計發展中,讓老師提點學生們一些方向,就比較不容易讓學生的努力白費。因此根據這點,助教的時常關心以及定期與老師約談是很重要的,希望之後的實作課程可以繼續維持。