圖解建築結構：樣式、系統與設計（第二版全譯本）【修訂版】

│作者序│Francis D. K. Ching
│譯者序│張正瑜（常氏建築事務所主持建築師）
│推薦文│戴楠青（台北科技大學互動設計系助理教授）
│推薦文│曾柏庭（Q-Lab 曾永信建築師事務所主持人暨設計總監）
│導 讀│ 姚昭智（成功大學建築系教授）

CH1 建築結構 Building Structures
．世界建築回顧
．建築結構
．結構系統
．結構規劃

CH2 結構樣式 Structural Patterns
．結構樣式
．結構網格
．規則網格
．不規則網格
．過渡樣式
．環境脈絡裡的配置樣式

CH3 水平跨距 Horizontal Spans
．水平跨距
．水平跨距系統
．混凝土跨距系統
．鋼構跨距系統
．木構跨距系統
．懸挑結構
．不規則間隔
．轉角間隔

CH4 垂直向度Vertical Dimensions
．垂直向度
．垂直向支撐
．柱
．牆
．屋頂結構

CH5 側向穩定性Lateral Stability
．側向穩定性
．風力
．地震
．側向作用力抵抗機制
．側向作用力抵抗系統

CH6 長跨距結構 Long-Span Structures
．長跨距結構
．長跨距樑
．長跨距桁架
．長跨距拱
．纜索結構
．薄膜結構
．板結構
．薄殼結構

CH7 高樓結構 High-Rise Structures
．高樓結構
．高樓結構中的作用力
．高樓結構的類型
．穩定高樓結構
．阻尼機制

CH8 系統整合System Integration
．系統整合
．建築物系統
．垂直向管線配布
．水平向管線配布
．整合策略

◎ 參考書目
◎ 中英詞彙對照表

譯者序

在本書原文與中文翻譯間來回數個月的時光裡，身為建築專業者的我，再次經歷了全面性知識建構的洗禮。在轉換書寫的過程中，彷彿是一趟以多重角色與本書作者prof. CHING 在字裡行間進行對話的歷程，正因為如此，譯者更加確立《圖解建築結構：樣式、系統與設計》一書值得各種身份的讀者細細閱讀，也定會擁有如我一般所感受到的豐碩收穫。

     在譯者修習建築學的過程中，有幸接受完整的建築結構學教育，對於構造物如何由下而上漸次拓展出空間與姿態，以及建築設計中涉及的種種結構議題有一定程度的認識。然而本書以圖文方式進行系統性與全面性的說明，仍舊補遺了許多在結構系統中的細節，讀來不僅簡明清晰，更從基礎知識開始布局出完整精緻的結構學知識，開展出豐富的知性之旅。我想這是身為「學子」而會擁有的如此收穫。

     世界上若有所謂恆常之事，那麼地心引力應該就是絕對的存在。在做完感性的發想之夢後，建築設計所面臨的挑戰，是必須配合需求並回應基地所在環境的限制，逐步決定採行的結構型態。在地球資源逐漸減少的時代，建築師對建築結構系統的判斷將直接涉及結構效能與力學的問題，後續更牽涉營建方法、預算成本、施工合理性等議題，甚至觸及展現結構美學的層次。本書在關鍵時刻再次提醒著專業者在判斷上所應注意的本質，因為它在建築行動的所有環節中，占有關鍵性的角色。這則是身為「建築師」而有引導的如此啟發。

     知道一件事並不等於能說明一件事，說明之後也並不等於事情能被清楚地理解。儘管從事建築設計實務工作多年，一旦進行結構系統教學時，立刻清楚感受到要將知識範疇如此龐大的建築結構學，以系統性、完整性、精確性的方式傳達出來並非易事，而這正是本書所成就之事。做為教學者，必須能將建築物與大地之間的抽象力流清楚分析，建立起整體架構之後，才能引導學習者進一步透過材料與構造賦予建築空間清晰的形貌，最後得以稱之為建築結構。除了結構的安全與合理之外，還要建立整合的能力誘使創意發揮，進一步觸碰空間美感的範疇，並對環境提出良善的回應，如果沒有良好的基礎，這些內涵將無法積累。這也是最終章將設備系統與結構系統進行整合所欲傳達的目的，也是身為「教師」而所感悟的如此提醒。

     儘管多數人將本書視為學習建築結構的工具書，但其實這卻是一本讀來流暢有趣的圖文書。在翻譯過程中，經常不時地沉浸在作者的講解中，津津有味地跟著字句與圖表想像著各種力流奔跑在建築物的筋骨之中，而建築師／工程師們竭盡所能地找出最好的方式來疏導這些力流走向……。本書打破硬知識的刻板印象，以一種親近且清晰的方式訴說著建築結構從A到Z的種種，任何時候翻開閱讀都能讓人擁有飽滿的想法。這是身為「譯者」而意願推薦的如此感受。

    願以這四種角色及其帶來的種種獲得，邀請對於建築結構系統有興趣的各位前來一探究竟。

張正瑜
常氏建築事務所主持建築師


推薦文一

建築設計的本質，在於透過「建造」來實現設計

　　《圖解建築結構》與一般工程結構教科書最大的不同，在於本書是以「建築設計」的角度來介紹建築結構。全書的開端，以編年的方式從古老的風土建築介紹到現代建築，透過建築形式的演進來概述建築結構的發展，再循序介紹結構的理論與技術，並以統合系統做總結。因此這本書的視點始終以建築設計為主，在提供完整且易於了解的建築結構知識外，同時也傳達了設計與結構在設計思考上平行並重的重要觀念。

　　這個重要的觀念其實來自三位作者合作多年的教學經驗。Francis D.K. Ching, Barry S. Onouye, 與 Douglas Zuberbuhler 均為美國西雅圖華盛頓大學建築系的教授，共同肩負建築系主修學程第一學期的主要課程，包含由 Ching 與 Zuberbuhler 所主導的設計與圖學課，以及 Onouye 所開授的結構課。這樣的整合式課程，又被稱為隱含了木結構之意的 StickStudio。Stick Studio 的操作十分特別，近五十位學生分為六組，設計與圖學的整合課在每週一、三、五下午上課。每次上課時首先會由教師群為全班講授，隨後分為兩個時段，讓各組以輪動的方式分別操作設計討論、數位操作、與工廠實作。在「週」的時程框架下，透過輪動的學習方式讓學生同時以手繪、數位建模、與實作結構模型，平行並重地發展設計與討論設計。而設計的題目則分為四柱空間與登山避難屋兩階段，首先透過四柱空間讓學生熟悉木構造、手繪與數位圖說、與建構實體模型所需要的工廠機具操作技術；登山避難屋則是考量基地環境與使用機能的設計操作，目的是為了讓學生整合應用所學的設計工具，並且在結構設計的基礎上體認空間的營造建構。

　　Stick Studio 的課程操作與題目設計是經過多年的教學觀察所演化與建構而來，教授的設計工具與操作題目或許時有變動，但所要傳遞的基礎觀念總是不變，即是要學生在進入多元且多變的建築設計領域前，能用心體認建築設計的本質便是要「建造」。這個觀念看似理所當然，但是建築設計往往以縮小比例與模擬材質來進行，在設計工具與表現媒材日新月異下，學習設計的過程中很容易就不自覺地忽略了建築設計的初衷。因此，三位作者在屆齡退休之時，以教學所堅持的相同理念規劃了這本以建築設計思考為視點的結構專書。也因此，三位作者在自序中期許本書能為建築系學生和年輕建築師，提供設計建築時可實現設計的結構參考，讓設計能在可被建造出來的設計思考下進行。

戴楠青
美國西雅圖華盛頓大學建築碩士、建成環境博士
美國西雅圖華盛頓大學兼任教師／2005∼2009 負責 Stick Studio 的數位圖學教學
國立台北科技大學互動設計系專任助理教授


推薦文二

建築設計與結構系統的應用及探索

　　美國與台灣的建築教育，也許在制度面上是雷同的，但是其各自的教學內容，仍然呈現非常顯著的差異。美國大學建築系的課程大都受到NAAB（National Architectural Accrediting Board）的規範，長年經驗不斷地精進、修正，其思路既清晰又豐富，又西方教育重視理性及邏輯，因此系統化的教學模式及實務案例研究皆成為獲取知識的不二法門。本人有幸前後就讀於卡內基美倫大學（Carnegie Mellon University）及哥倫比亞大學（Columbia University）的大學及研究所，因此對結構、構造等課程有較深入的想法，特別推薦本書《圖解建築結構：樣式、系統與設計》的條理式歸納解說，相信將有助於學生及一般大眾更進一步了解建築的奧妙。

　　學業完成後，本人在紐約的 Rafael Viñoly Architects（拉斐爾‧維諾里，烏拉圭裔美國建築大師，代表作品有東京國際論壇大樓、匹茲堡會展中心）及 Pei Cobb Freed & Partners（以貝聿銘大師為首的建築師事務所，作品遍及100座城市，獲得超過200個獎項）工作，因此有機會近距離的觀察這些頂尖建築師們的設計思維及技術應用，不難發現他們兩位都對幾何物理、結構系統、構造細部等，有過人的見解，而且都能在設計初期就與各工程顧問進行深度的討論，透過雙向溝通達到共同研發的目的。我深切地期望在不久的將來，台灣的學生們可以透過系統式的學習，快速地與世界接軌，在世界上發光發亮。我誠摯地推薦《圖解建築結構：樣式、系統與設計》一書，期許學生們能透過精闢的分析與歸納，打開建築設計的大門，拓寬視野，發現新的可能性。

曾柏庭 Borden Tseng
Q-LAB 曾永信建築師事務所
主持人暨設計總監

推薦序 (依姓氏筆畫排列)

1 王聰榮（國立台北科技大學建築系暨建築與都市設計研究所系教授）

　　Francis D.K. Ching 是位建築理論知識與實務能力兼備的建築教育家。國立台北科技大學建築系邀請 Ching 教授來台講授「2016建築速寫──空間的圖像筆記」工作營。於來台指導教學期間，Ching 殷切期待學員們能夠藉由眼睛（Seeing）進而在腦中對建築整體進行分析與理解後，在內心沉澱萃取出該建築的意涵（Thinking），並進一步地透過手的描繪（Drawing），勾勒出建築的真（技術→結構）、善（規律→機能）、美（形式→造型）。他始終相信，建築專業者必須深入理解建築結構，才能讓建築散發自身之善，以便能夠在人與大自然之間和諧共存。《圖解建築結構：樣式、系統與設計》一書，清楚地詮釋並剖析古典建築到後現代主義不同時代建築結構間的演變，不僅讓我們再次理解建築結構的重要性，也提醒我們做為建築專業者，應恪守建築專業的倫理與道德，方能取得社會對建築專業的敬重。Ching 不僅為建築專業者傳授了一堂課，在這同時，他也為建築相關領域的初探者，開啟了追求建築真、善、美的門扉。


2 余　烈（新北市土木技師公會理事長、余烈土木技師事務所負責人）

　　結構技師的工作內容依其執業範圍所述，包括從事橋樑、壩、建築及道路系統等結構物與基礎等的調查、規劃、設計、研究、分析、評價、鑑定、施工、監造及養護等業務；土木技師則包括從事混凝土、鋼架、隧道、涵渠、橋樑、道路、鐵路、碼頭、堤岸、港灣、機場、土石方、土壤、岩石、基礎、建築物結構、土地開發、防洪、灌溉等工程、以及其他有關土木工程之調查、規劃、設計、研究、分析、試驗、評價、鑑定、施工、監造、養護、計畫及營建管理等業務。然建築物結構之規劃、設計、研究、分析業務限於高度36公尺以下。（於民國67年9月18日以前取得土木技師資格，並於76年10月2日以前具有36公尺以上高度建築物結構設計經驗者不受建築物結構高度36公尺之限制）如此工作性質對於上述構造物之安全性掌握具有絕對及關鍵性的主導地位，因此土木、結構技師專業養成教育、長期累積之實務工作經驗、及對於面對問題的解決能力等訓練甚為重要。

　　台灣位於環太平洋地區，地震發生頻繁，有鑑於1999年9月21日發生規模7.2的集集大地震，和中國大陸2008年5月12日發生規模達8.0的汶川大地震，造成傷亡人數、房屋倒塌及嚴重受損之棟數，對該地區而言均屬空前。經檢討構造物損壞原因大部分與設計、規劃、施工、法規等因素，與土木、結構技師的執業範圍息息相關。基於上述理由，社會上對於構造物之特性除了要求其應具備美觀，創意變化等條件外，尚需慎重考慮實用性，故對於涉自身生命財產等安全性考量之重視程度與日俱增不言可喻。再者，建商、建築師、或相關從業人員對於結構系統及安全的認知方面，不僅要著重於市場銷售導向和成本考量為主軸，更應以安全設計為主要依歸，兼顧社會責任為終極目標；至於政府所處的角色定位方面，除了確實督促各相關人依法行政外，亦應賦予設計者更重的責任及使用感，嚴格把關，將所有必要的環節緊緊相扣，使得整體品質有效提升。

　　最後，特別要強調這本《圖解建築結構：樣式、系統與設計》的一大特色，書中有系統地整理多種結構樣式，奠定基礎概念，圖文講解更為重點，破除傳統的引導方式，由於傳統的引導方式往往以艱深的文字及公式推導呈現，不具活潑性也不易表達清楚，讓初學者或工程師難以接受，甚至拒之於千里之外，無法引發興趣，降低其可看性。本書圖文並俱的呈現方式已是時代所趨，尤其在目前百字爭鳴的飽和市場中走出一條不一樣的道路，成為本書最大的亮點，故值得本人在此推薦。


3 呂良正（國立台灣大學土木工程學系教授）

　　本書最大特點是用大量的圖示來說明建築結構系統的主要概念，讓讀者可以很快又清楚地了解到構成建築的這些結構元素是如何有效整合成一體，提供足夠的勁度與強度來傳遞與抵抗各種形式的外力。一般學建築的人對於建築美學及建築歷史較為熟悉與感興趣，但對於結構系統則掌握度較為不足。建築美學固然重要，但是如果沒有合理的結構系統做為基礎，往往會造成結構材料的過度浪費。

　　現代建築強調永續，永續概念之一是「輕量化」，因此結構系統不合理的建築絕對是不永續的！許多土木人對建築結構系統也十分很感興趣，結構學理論及設計修習上一般多著墨於結構元素觀點，這本書可以補足此方面之不足，讓學習上更有系統、更加完整。


4 許俊美（第13屆中華民國全國建築師公會理事長）

　　建築物為多元系統的組合，近年來雖力行專業分工的精神，然而建築師仍為統合的主導者，對各種系統均須涉獵，尤其結構更與建築物之優劣息息相關，建築師雖不一定要精通於結構的分析計算，但針對系統及規劃的素養與能力則不可或缺。有良好的結構素養，在設計過程中能將空間配置造型與結構類型一併思考，將更能達成卓越與安全的創作。書中有關結構的系統、樣式、分類與設計規劃均有詳實且生動的介紹。結構網格的圖解說明對結構系統概念的訓練與啟發更有獨到之見解，對有志從事建築設計者、未來建築師與相關從業人員，均極具研讀與參考價值。


5 謝紹松（永峻工程顧問股份有限公司董事長）

　　結構安全是確保各種載重下都能維持建築設計機能的重要元素，理想的結構設計必須兼顧結構安全與建築空間的設計需求。一般建築結構的書籍多從工程師的角度探討分析與設計，內容以力學理論與計算為主，而本書則是從建築設計的角度介紹基本的結構構件﹑接合與結構系統型式，及其與建築空間的相關性，並針對不同的建築幾何形狀提供可能的結構配置模式，有助於正在學習或已從事結構設計的工程師讀者，發展結構方案時，兼顧結構安全與建築設計構想。

　　此外，本書以簡要的文字有系統地介紹各種結構設計載重，並以大量的圖形描述這些力量如何透過不同形式的結構構件及路徑傳遞到大地。對於學習建築設計的讀者而言，不需透過複雜的力學原理與計算，即能掌握各種結構構件與系統的基本力學特性，進而學習如何針對建築個案的空間設計配置初步可行的結構系統。

　　台灣的建築，因為必須考慮到颱風與地震作用的影響，載重設計的標準比全球大部分的區域高。其中結構構件形式﹑配置與系統是影響建物安全性﹑經濟性與使用性的主要參數，重要性不言可喻，而本書的出版恰可提供一珍貴的學習平台，樂為之序。


6 戴雲發（台灣建築安全履歷協會理事長、戴雲發結構技師事務所執行長）

　　在台灣平均每30至50年就會發生一次接近921規模的大地震，也就是說居住在台灣，每個人一輩子會遇到二∼三次致命的大地震。

　　一棟能夠代表一個地區地標的經典建築，除了有特別的外觀、以及能夠表現當地文化或是設計風格為基本條件之外，若要能夠百年流傳為世人欣賞、讚頌，必定要有強而有力的建築結構安全做支撐。因為就算花費了大量的金錢和人力，打造得金碧輝煌，美輪美奐，但沒有好的結構安全，也不可能成為一棟傳世經典的百年建築。

　　本書作者非常用心地以建築師角度導入及推廣正確的結構概念，因為在現今的建築分工制度下，建築物的結構安全規劃設計皆交由專業的土木、結構技師負責。而負責設計和監造的建築師若能對結構理論和實務有更充份的認知，與結構工程師在規劃初期即緊密合作，同時考慮美學、空間規劃及結構系統安全規劃與施工性，才能成就一棟內外兼具的完美建築。而這也和我多年來一直在國內推動結構安全品質重要性的理念是一致的，故推薦這本書給需要了解建築結構的學子與建築相關專業人士閱讀，相信這本工具書一定能讓您受益良多。