111 地方特考三等 建築工程 建築營造與估價 考古題詳解

核心觀念

本題評量建築結構抗震體系中「塑性設計哲學」與「既有建物耐震補強技術」。涉及的核心法規與規範（以命題當年民國 111 年法規為準）：

1. 耐震設計哲學：依《建築物耐震設計規範與解說》及《混凝土結構設計規範》，韌性抗彎矩構架的核心目標在於確保結構受極限地震力作用時，能透過多數構件之非彈性變形消散地震能量，達成「大震不倒」的防崩塌準則。
2. 容量設計原則（Capacity Design）：為避免發生無預警的脆性破壞，抗彎矩構架節點需滿足「強柱弱梁」準則。在特別抗彎矩構架（SMRF）中，柱端彎矩強度總和與梁端彎矩強度總和必須符合下式： $\sum M_c \ge 1.2 \sum M_b$ 其中 $\sum M_c$ 為節點處上下柱之設計彎矩強度總和，$\sum M_b$ 為節點處左右梁之對應彎矩強度總和。
3. 破壞機構型態：柱為主要重力支承構件，若柱先屈服將形成「層破壞機構（軟弱層崩塌）」；若梁先屈服則形成「梁破壞機構（全面整體消能）」。
4. 耐震補強評估依據：參照《既有建築物耐震能力評估及補強準則》，補強手段區分為「構件層級補強（提高個別柱之剪力強度、軸壓容量與圍束韌性）」與「系統層級補強（增設剪力牆、斜撐，降低柱負擔之層剪力）」。

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解題方法

1. 第 (一) 子題（15 分）切入點：

• 採對比論述架構，從**「破壞機構型態」、「軸重承載與 $P$-$\Delta$ 崩塌風險」、「能量消散機制與韌性容量」**三大核心面向切入。
• 條列「強梁弱柱」引發層剪力破壞之致命性，並對應論證「弱梁強柱」如何引導塑性鉸於梁端均勻發展，達成漸進、可修復且具預警性的極限破壞形態。

2. 第 (二) 子題（10 分）切入點：

• 分為「構件韌性補強法」與「系統抗側力補強法」兩大體系，列出實務最成熟、考場最常考的工法。
• 繪製清晰的構件剖面圖與立面結構示意圖，標記工法施作元件（如化學錨栓、鋼板、灌漿孔、無收縮砂漿、碳纖維布等），以達評分標準「圖文並茂」之要求。

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選項分析

（本題為申論與圖解計算題，非選擇題，無選項分析。考生應注意各破壞機制的特徵差異：強梁弱柱屬於不可逆的突發性脆性破壞；弱梁強柱屬於大位移、長週期的延性消能機制。）

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解題技巧

1. 圖形繪製訣竅：

• 答申論題務必以簡潔的「文字方塊工程草圖」繪製於試卷中。繪製梁柱破壞機構時，黑圓圈 $\bullet$ 清楚點出「塑性鉸（Plastic Hinge）」位置，閱卷委員一目了然。
• 補強工法圖示必須包含構件斷面細部（標示外包材料與錨固方式），切忌只畫外框不標註材料名。

2. 得分踩分點：

• 明確寫出特別抗彎矩構架的柱梁彎矩容量比 $\sum M_c \ge 1.2 \sum M_b$，直接展現結構規範深度。
• 解釋 $P$-$\Delta$ 效應（二階效應）是導致「強梁弱柱」引發瞬時樓層倒塌的主因。

3. 常見失分陷阱：

• 誤以為「弱梁」是指把梁做得很脆弱。應強調是「讓梁的抗彎容量相對於柱較低，使梁端先降伏」，柱構件始終維持在彈性或微小非彈性範圍內。
• 補強手段只寫出名詞（如碳纖維、鋼板），卻未交代補強的「工程目的」（補剪力、補圍束、或增設抗側力剛度）。

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【答案】

(一) 為何要避免「強梁弱柱」，而採「弱梁強柱」設計？

在建築耐震設計規範中，結構受強震作用時，必須依循「容量設計原則」誘導非彈性變形發生在預期的次要構件上。避免「強梁弱柱」並堅持「弱梁強柱」的原因如下：

1. 避免形成致命的「層破壞機構（軟弱層崩塌）」：

• 強梁弱柱：若梁的抗彎容量大於柱，地震力作用下塑性鉸（Plastic Hinge）將優先在同一樓層之「柱頂與柱底」形成。當單一樓層的所有柱端皆降伏產生塑性鉸時，結構將形成局部「層機構（Story Mechanism）」，產生過大的側向集中變形，造成軟弱層瞬間剪力倒塌（如台灣 921 地震及美濃地震許多底層軟弱倒塌案例）。
• 弱梁強柱：將柱之設計抗彎強度提高（規範要求特別抗彎矩構架節點需滿足 $\sum M_c \ge 1.2 \sum M_b$），強迫塑性鉸先在各跨「梁端」發生，柱構件則全程保持在彈性範圍內。結構整體呈現「梁機構（Beam Mechanism）」，變形均勻分布於各樓層，能維持全棟結構的幾何穩定性。

 【強梁弱柱：層破壞機構】 【弱梁強柱：梁破壞機構】
 （集中軟弱層倒塌） （整體多點延性消能）
 ┌───────────┐ ┌─────●─────●─────┐
 │ 強 梁 │ │ ● 弱 梁 ●│
 └───┬───┬───┘ └───┬───────┬───┘
 ● ● <-- 柱端產生塑性鉸 │ │
 ───/───/─── (柱降伏產生大變形) │ 強 柱 │
 ● ● │ │
 ┌───┴───┴───┐ ┌───┴───────┴───┐
 │ 強 梁 │ │ ● 弱 梁 ●│
 └───────────┘ └─────●─────●─────┘

核心觀念

本題考查我國公共工程管理之核心基石——「公共工程三級品質管理制度」。 以命題當年（民國 111 年）法規為準，本制度之法源基礎為《政府採購法》第 70 條，以及行政院公共工程委員會訂定之《公共工程施工品質管理作業要點》。

三級品管制度的核心理念在於「分層負責、權責分明」：

1. 第一級（廠商自主品質管制）：製造與施工者負起品質之直接責任（品質是做出來的）。
2. 第二級（監造單位品質保證）：代表業主獨立客觀查驗，確認符合契約規範（品質是稽核審查出來的）。
3. 第三級（主辦及主管機關品質查核）：透過體制監督、制度考核與督導抽驗，促使一、二級落實運作（品質是輔導考核出來的）。

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解題方法

本題為典型之「制度型申論題」結合「情境案例應用」。答題切入點應採取「三層架構對比法」：

1. 情境設定：具體設定一處「校園新建工程」（例如：市立國民小學校舍新建工程）。
2. 三級結構化解析：依序剖析各級之「組織組成（誰來做）」與「執掌概要（做什麼）」，並具體結合校園工程特性（如校舍結構安全、學生活動安全、無障礙設施、綠建築標章等材料設備與工項）。
3. 層次推進：由基層施工自主落實，推展至專業監督，再至行政監督與跨部會查核，條理清晰地展現品管閉環（PDCA 循環）。

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選項分析（申論題各層評分核心解析）

本題為專業申論題，閱卷評分重心在於考生是否能精準區分三級品管之「主體定位」與「具體權責」，非選擇題型。作答時三大層級之關鍵評分要素分析如下：

• 第一級評分關鍵：不可僅寫「施工」，必須明確指出組織為「得標營造廠」，包含專任工程人員、工地主任與合格品管人員；核心職責在於編寫整體與分項「品質計畫」、建立「自主檢查表」並落實各工項出廠與現地檢查。
• 第二級評分關鍵：主體為受委託之「監造單位（建築師事務所）」，核心職責在於編寫「監造計畫」、材料設備與施工計畫「審查」，以及在「檢驗停留點（Hold Point）」進行抽查驗證，不可與第一級之自主檢查混淆。
• 第三級評分關鍵：主體涵蓋雙層面，即工程主辦機關（學校／縣市政府工務或教育局）及上級主管機關與行政院工程會之「工程施工查核小組」；核心職責為定期與不定期查核、制度輔導考核與缺失追蹤改善。

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解題技巧

1. 記憶口訣：「一自主、二保證、三查核」。

• 一級營造廠：動詞為「自主管制、編品管、做檢查」。
• 二級建築師：動詞為「審查核定、編監造、抽查驗」。
• 三級主辦與主管：動詞為「內部督導、組查核、追缺失」。

2. 實務情境強化法：在說明職責時，適度帶入校園工程常見項目（如：教室 RC 結構混凝土抗壓試驗、鋼筋綁紮、門窗防夾手與無障礙坡道、操場跑道 PU 材料抽驗），能大幅提升卷面專業度與實務說服力。
3. 常見陷阱：

• 陷阱一：將「學校營繕組」誤歸為第二級。學校為工程主辦機關，屬於第三級的內部督導者；受委託之「建築師事務所」才是第二級。
• 陷阱二：漏掉第一級與第二級交接的關鍵機制——「檢驗停留點（Hold Point）」。未經監造抽驗合格，不得進行次一階段施工。

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【答案】

以「市立國民中學教學大樓新建工程」為例，三級品管制度之組成及其分別執掌概要說明如下：

核心觀念

本題考核鋼筋混凝土（RC）構件之「結構補強工法」與「梁構件受彎力學行為」。 依據內政部頒布之《混凝土結構設計規範》（以命題當年民國 111 年規定為準）及結構力學基本原理：

1. 簡支梁受力特性：在均布載重或集中載重作用下，簡支梁全跨承受正彎矩（底面受拉、頂面受壓），最大彎矩值發生於跨中附近。
2. 斷面抗彎強度機制：RC 單筋矩形梁之標稱抗彎強度可表為： $M_n = A_s f_y \left(d - \frac{a}{2}\right)$ 式中，$A_s$ 為受拉鋼筋截面積，$f_y$ 為鋼筋降伏強度，$d$ 為梁有效深度，$a = \frac{A_s f_y}{0.85 f'_c b}$ 為等價矩形應力塊深度。
3. 抗彎補強核心原則：梁抗彎強度不足（$M_u > \phi M_n$）之補強重點，在於「不拆除原梁」前提下，於梁底受拉區補充拉力承載機制（增加受拉合力 $T$）或增加力臂（加大有效深度 $d$），並確保新舊介面抗剪傳遞順暢與端部錨定穩固，避免發生早期脫層或剝離破壞。

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解題方法

針對「抗彎強度不足」且「不拆除重做」之簡支梁，應聚焦於梁底受拉區強化。提出以下兩項公職考試標準作答之補強措施，並提供第三項作為備選：

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措施一：外貼纖維強化高分子複合材料補強法（CFRP 貼片／板）

1. 力學原理

利用碳纖維複合材料（CFRP）具有極高抗拉強度（通常大於 $3000\text{ MPa}$）及高彈性模數之特性，以高強度環氧樹脂（Epoxy）黏結貼附於簡支梁底部。當梁受彎變形時，CFRP 與梁底混凝土協同變形共同承受拉應力，提供額外的抗拉合力 $T_{\text{frp}}$，進而大幅提升斷面極限抗彎強度 $\phi M_n$。

2. 施工步驟與要點

1. 基底處理：梁底混凝土表面打磨、去除劣化層、粉塵與油污，轉角處打磨成圓弧角（半徑 $R \ge 20\text{ mm}$）。
2. 裂縫修補與整平：原有受彎裂縫採環氧樹脂低壓灌注，表面凹陷處以環氧補平膠修補平整。
3. 底膠塗布：塗刷專用底漆（Primer）以增強黏著力。
4. 貼附浸漬樹脂與 CFRP：均勻塗布環氧浸漬樹脂，鋪設碳纖維布／板並以滾輪沿纖維方向反覆滾壓滾平，排除氣泡。
5. 端部錨定與 U 型束帶：為防止 CFRP 在極限狀態下因界面剪應力集中而提前發生剝離破壞（Debonding），於梁跨兩端及特定間距配置垂直或斜向之 CFRP U 型封口包覆（U-wrap）以作機械式錨定。
6. 表面防護：外層塗布耐候、抗紫外線塗料或施作防火披覆（因樹脂耐高溫性能較差）。

3. 補強構造圖說

【斷面圖：CFRP 補強】

 +-----------------------+
 | 原有 RC 梁 |
 | o o | <--- 頂部受壓鋼筋
 | |
 | |
 | o o o o o | <--- 原有梁底受拉鋼筋
 +-----------------------+
 ==== ======================= ==== <--- 環氧樹脂接著層 + CFRP 碳纖維貼片
 | | | |
 | | | | <--- 兩側 U 型 CFRP 錨定帶（防止端部剝離）

【側立面圖：CFRP 補強】

 [支承] [支承]
 ▲ ▲
 +------------------------------------------------------+
 | 原有 RC 梁 |
 +======================================================+
 | | CFRP 底部主受拉貼片 | |
 +--+------------------------------------------------+--+
 U型錨定 U型錨定

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措施二：斷面加大補強法（梁底增厚並補配受拉鋼筋）

1. 力學原理

於原梁底部（受拉區）增設新澆置混凝土（或無收縮早強自密實混凝土）並加配縱向受拉主筋與封閉箍筋。此法不僅直接增加了受拉鋼筋面積 $A_s$，同時增加了梁斷面之總高度 $h$ 與有效深度 $d$，使抗彎力臂顯著增大，能大幅度提升標稱抗彎強度 $M_n$ 及斷面彎曲剛度（$EI$），有效抑制梁之使用載重下撓度與裂縫開展。

2. 施工步驟與要點

1. 既有梁表面打毛：梁底及梁側下半部敲除劣化保護層，全面進行人工鑿毛（粗糙度達 $3\sim 5\text{ mm}$），清洗濕潤。
2. 化學植筋錨定：於梁側及梁底鑽孔，利用環氧樹脂植筋膠植入新箍筋（U 型箍筋）與剪力釘，確保新舊混凝土介面可完整傳遞水平剪力。
3. 組配新主筋與箍筋：綁紮新受拉主筋於新 U 型箍筋內，並將受拉主筋兩端可靠錨定於支承柱或托架。
4. 介面黏結劑塗布：在澆置前塗布新舊混凝土環氧介面接著劑。
5. 支模與灌注無收縮混凝土：組設模板，使用高流動性自密實混凝土（SCC）或無收縮水泥砂漿充分灌注並密實搗實。
6. 養護與拆模：充分濕潤養護至少 7 天以降低乾縮裂縫風險。

3. 補強構造圖說

核心觀念

本題考核鋼骨構造（Steel Structure, SS）耐火設計與施工構造之核心規範。鋼材雖為不燃材料，但導熱係數高，當火災溫度達到約 $550^\circ\text{C} \sim 600^\circ\text{C}$ 時，其降伏強度與彈性模數將衰減至常溫狀態的 $50\%$ 以下，導致結構軟化失穩。因此，鋼骨構件必須以防火材料被覆，使其在火災發生後至少二小時內不致喪失承載能力與結構完整性。

本題依據命題當年（民國 111 年）法規——《建築技術規則》建築設計施工編第 71 條「具有二小時以上防火時效之構造」之標準，並結合內政部建築新技術、新工法、新設備及新材料認可制度（依 CNS 12514 標準耐火試驗）之營造實務工法進行解題。（註：現行法規針對材料認可與標章機制有進一步精進整合，但核心耐火規範與技術原則維持不變）。

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解題方法

解答本題採用「法定規格化構造（法條規定）」與「現代營造性能認可工法（工程實務）」雙軌並重的切入方式：

1. 法定規格化構造：依據《建築技術規則》建築設計施工編第 71 條，精確列出符合二小時防火時效之柱與梁法定最小被覆厚度與材料組成。
2. 現代營造組成方式：補充現代高層鋼結構建築最常採用的「噴塗式防火被覆」、「板材包覆（乾式工法）」與「膨脹型防火漆」，詳細說明其構造分層（鋼材底層 $\to$ 防銹/底膠 $\to$ 防火層 $\to$ 保護/飾面包覆）。
3. 柱與梁之受力與受火幾何差異：柱屬於四面受火的受壓構件，破壞具有連帶性；梁通常頂面與鋼承板/混凝土樓板貼合，為三面受火的受彎構件，故在厚度及構造固定細部上有所差異。

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選項分析（構造工法特性與適用性剖析）

本題為申論問答題，針對實務上符合二小時防火時效之四大主要工法組成特性剖析如下：

1. 傳統濕式包覆工法（混凝土／水泥砂漿）：

• 構成特點：以混凝土直接澆置或以金屬鐵絲網打底塗抹水泥砂漿。
• 剖析評估：耐火效能極佳且耐衝擊、耐水氣，但自重大、施工週期長、濕作業繁複，會大幅增加鋼結構自重負擔，在現代超高層鋼骨大樓中較少單純用於梁構件，柱構件則常以鋼骨混凝土（SRC）或鋼管混凝土（CFT）形式存在。

2. 噴塗式防火被覆工法（SFRM，岩棉／蛭石／珍珠岩水硬性灰漿）：

• 構成特點：將無機纖維（岩棉）或輕質粒料（蛭石）搭配卜特蘭水泥或石膏黏結劑，利用噴槍直接噴附於鋼構表面。
• 剖析評估：為現代鋼骨梁、柱最主流工法。質輕（約為混凝土容重的 $1/5 \sim 1/8$）、施工速度快、附著力佳；缺點為表面粗糙易落塵，非隱蔽處（如室內明管、裝修未封板處）需加做面層防護或密封劑。

3. 乾式板材包覆工法（耐火石膏板／矽酸鈣板）：

• 構成特點：利用輕鋼龍骨、扣件，將多層厚度經認可之耐火板材錯縫固定於鋼構外圍。
• 剖析評估：乾式作業、無粉塵飛散問題、外觀平整可直接作為室內裝修底材；但節點與螺栓穿透處容易產生熱橋，板與板接縫必須施作專用防火填縫膠泥，且工料成本較噴塗工法高。

4. 薄膜型膨脹型防火漆（Intumescent Coating）：

• 構成特點：常溫下為數毫米薄膜，遇熱時發泡膨脹數十倍形成緻密碳化隔熱層。
• 剖析評估：外觀美觀、完全保留鋼構線條，常用於挑空大廳等外露柱梁；但二小時防火時效所需之乾膜厚度（DFT）較大，需多道塗刷，造價高昂，且需特別檢核構件之斷面形狀因子（$A/V$ 或 $W/D$ 比值）。

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解題技巧

1. 記憶口訣與數字規律：

• 傳統水泥砂漿與粉刷層厚度：「柱 5、梁 4」（水泥砂漿粉刷：柱 $5\text{ cm}$、梁 $4\text{ cm}$）。
• 輕質骨材（珍珠岩、蛭石）粉刷：因其導熱係數更低，厚度各減 $1\text{ cm}$，即**「柱 4、梁 3」**（柱 $4\text{ cm}$、梁 $3\text{ cm}$）。
• 混凝土保護層：柱與梁之鋼骨混凝土造保護層厚度皆為 $5\text{ cm}$。

2. 答題結構化：

• 作答時分成「一、法定標準構造（條文依據）」與「二、營造實務組成方式（工法分層）」兩大段落，既展現對法規的精確掌握，又展現工地實務營造之專業度，為獲取高分的關鍵。

3. 常見失分陷阱：