113 地方特考三等 建築工程 建築營造與結構系統 考古題詳解

核心觀念

低碳建築是以建築全生命週期減碳為目標，降低建材生產與運輸、營建施工、更新修繕及拆除廢棄等階段的「蘊含碳排」。蘊含碳排是建築物因材料與工程活動所產生的碳排放，與建築使用期間因空調、照明等能源消耗產生的「使用碳排」不同。

我國以低碳建築評估系統（LEBR）評估建築物的蘊含碳排，參照 EN 15978 全生命週期評估概念。申論時應掌握兩點：一是說明低碳建築的定義與評估範圍，二是提出營造階段可執行的減碳措施。依民國 113 年推動政策脈絡，低碳（低蘊含碳）建築標示制度自 113 年 7 月 1 日起推動；本題依命題當年之政策與評估制度作答。

解題方法

以「減少建材本身的碳排、降低施工現場排放、提高資源循環、落實量測管理」為作答主軸，按營造工程生命週期列出措施。低碳建築並非只看營運節能，也不等於完全零碳；應兼顧建材、施工、修繕及拆除等階段，並透過評估與施工管理確認減碳成果。

碳排估算的基本概念為：

例如，材料用量、運輸距離、燃料或用電量等活動數據，乘以相對應的排放係數，可估算各項工程活動的碳排量，供比較方案與追蹤減碳成效。

營造階段的推動作法

一、將減碳要求納入規劃、設計與採購

工程於規劃及設計階段即應檢討建築量體、結構系統、材料規格及施工方法，避免過度設計及不必要的材料使用。工程招標文件與契約可明列低碳材料、材料追溯、施工碳排紀錄、廢棄物管理等要求，並納入廠商評選與履約管理，使減碳責任由業主、設計者、承包商及供應商共同承擔。

二、選用低碳建材及減少材料用量

優先採用具低碳或環保標示、碳排資料可查證的建材；在符合安全、耐久、法規與設計要求下，選用低碳混凝土、再生材料或可循環材料。藉由結構合理化、材料尺寸整合及減少施工損耗，降低水泥、鋼材及其他高碳材料的需求。

材料選擇不能只看單價或材料名稱，還要確認其碳排資料、品質、耐久性、供應來源及使用條件，避免因品質不足而造成頻繁更新或修繕，反增全生命週期碳排。

三、降低材料運輸排放

核心觀念

本題是比較兩種模板系統的施工特性，再把材料與工法差異連結到施工階段的職業災害風險。作答時要分清楚「模板材料本身的差異」與「模板支撐、組立、澆置、拆除等作業共同具有的風險」；鋁模的系統化有助於標準化與減少部分現場作業，但不代表沒有墜落、倒塌或物體飛落風險。

法規部分以命題當年（民國 113 年）法規為準。當時相關規定主要見《職業安全衛生法》及《營造安全衛生設施標準》，包括模板支撐設計與施工管理、材料檢查、模板支撐作業主管、拆模時機及高處作業防護等。現行法規後續已有修正，以下依命題當年規定說明。

解題方法

依「材料與系統特性 → 施工流程影響 → 主要危害 → 預防管理」作答。先分別說明鋁合金模板與木模板在設計、組立、周轉、品質及拆除上的特性，再比較各自較突出的危害，最後指出兩者共有的模板支撐與高處作業風險，並以法規與現場管理措施收束。

一、鋁合金模板的施工特性

1. 系統化、模組化：鋁模板由預製面板及配件組成，依圖面配置後組立，適合樓層平面與構件尺寸重複性高的工程，例如標準層住宅。工廠化加工可減少現場放樣、裁切及臨時拼裝。
2. 組拆速度快、重複使用率高：構件可按編號重複周轉，施工流程容易標準化，能縮短重複樓層模板作業時間，並減少木材耗用及營建廢棄物。
3. 成型品質較穩定：面板剛度及接合方式較一致，若設計、組立與支撐正確，較能控制混凝土構件尺寸及表面平整度，降低漏漿、變形或爆模風險。
4. 前期規劃與尺寸配合要求高：須先完成模板深化設計及構件編碼；建築平面、開口或構件尺寸臨時變動時，現場修改彈性較低，通常需另行配置非標準板或修補作法。初期材料及設計成本較高，需有足夠周轉次數才較具經濟效益。
5. 搬運、吊運及邊角管理重要：鋁模單片重量依尺寸而異，仍有人工搬運負荷；大量構件集中吊運時，須防止吊掛不牢、碰撞及物料墜落。金屬邊角或接合件亦可能造成割傷、夾傷。

二、木模板的施工特性

1. 現場加工彈性大：木合板、角材及支撐材可依現場尺寸裁切、釘接，適用於造型不規則、尺寸變化較多或單次使用的構件，施工調整彈性高。
2. 材料取得及初期投入較容易：施工班組熟悉度高，設備需求相對簡單，適合規模較小或重複性不足的工程。
3. 品質與精度較受現場作業影響：裁切、接縫、加固及支撐若不一致，較容易出現尺寸偏差、漏漿、變形或爆模；材料使用次數增加後，板材及支撐材可能磨損、變形或受潮。
4. 周轉及廢料較多：裁切後常有剩料，板材重複使用能力有限；拆除後須清理、分類及堆放，增加現場整理與搬運作業。
5. 釘、鋸及搬運作業較多：組立、修改與拆除常使用手工具或電動工具，增加釘刺、割傷、木屑飛散、粉塵、噪音及不當姿勢搬運等危害。木材及木屑也較易燃，現場須妥善管理火源與堆置。

三、建築施工職災風險差異

核心觀念

本題考查：

• 內鉸接 $C$ 的彎矩必為零：$M_C=0$。
• 集中力使剪力圖產生垂直跳躍。
• 集中力作用處彎矩圖連續，但斜率改變。
• 支承反力可由靜力平衡及內鉸接兩側撓度相容條件求得。
• 無分布荷載時：
• 剪力圖為水平線段。
• 彎矩圖為直線。
• 剪力圖的面積等於彎矩變化量。

以下令各跨距為 $L$，集中力均為 $P$，梁之 $EI$ 為常數。

解題方法與支承反力

圖中三個集中力分別作用於：

支承反力設為 $R_A,R_B,R_D,R_E$。

由內鉸接 $C$ 左側取彎矩平衡：

因此：

右側構件經內鉸接分析，並配合 $C$ 點撓度相容條件，可得鉸接處剪力為：

右側取彎矩平衡：

代入 $Q_C=-P/2$：

再由整體梁之垂直力平衡及對 $A$ 點取矩：

解得：

內鉸接處兩側剪力分別為：

其中 $C$ 點集中力造成剪力圖下降 $P$。

（一）彎矩分布圖

彎矩圖各重要位置之彎矩如下：

因此彎矩圖依序為：

再由右半部：

各段均以直線連接。

反曲點位置：

• $A$ 至左側集中力之間無反曲點。
• 左側集中力至 $B$ 之間：

$M=0\quad\Rightarrow\quad x=\frac{4L}{3}$

• $B$ 至 $C$ 間僅在 $C$ 為零彎矩點。
• $C$ 至 $D$ 間僅在 $C$ 為零彎矩點。
• $D$ 至右側集中力之間：

核心觀念

本題考查老舊無筋磚牆房屋在水平地震力、風力作用下的破壞機制。房屋已失去屋頂結構，牆體缺乏水平向繫結與樓頂水平力傳遞構件，且兩立面設有門、窗開口，因此具有下列弱點：

1. 磚牆抗拉、抗剪能力低，容易形成斜向剪力裂縫。
2. 門窗開口使牆體有效面積減少，開口角隅產生應力集中。
3. 門窗間牆肢狹窄，容易發生剪壓破壞或彎矩破壞。
4. 無屋頂及樓板提供水平隔板作用，牆體容易向外傾倒。
5. 轉角及牆體交接處缺乏拉結，容易產生分離。
6. 門窗上方過梁及其支承磚牆容易發生裂縫或局部崩落。

以命題當年（民國 113 年）法規為準，相關判斷依《建築物耐震設計規範及解說》及既有建築物耐震評估、補強相關規範之基本耐震原理說明。

受力與解題方法

先將兩面牆分別視為承受水平力的牆肢，再依下列順序判斷：

1. 判斷水平力方向及牆面內、牆面外受力。
2. 觀察門窗開口四角，這些位置屬應力集中區。
3. 觀察門窗間的狹窄牆肢，判斷剪力、彎矩及軸力所造成的破壞。
4. 觀察牆角及牆頂，判斷牆體是否因缺乏屋頂繫結而外翻、傾倒。
5. 對各破壞位置提出具有力流連續性的補強措施。

剪力牆平均剪應力可用下式作概念判斷：

其中 $V$ 為牆體承受的水平剪力，$A_w$ 為有效牆面積。設有門窗開口時，$A_w$ 減少，牆肢及開口角隅的局部應力隨之增加。

牆體向外傾倒時，水平力所造成的傾覆力矩可表示為：

其中 $H$ 為水平力，$h$ 為水平力作用高度。若牆頂沒有屋頂、樓板或拉結構件提供反力，牆體抗傾覆能力不足，便容易發生牆面外倒塌。

破壞情形與對應補強

一、門窗開口角隅斜向剪力裂縫

門、窗四角因幾何不連續而產生應力集中，水平力作用時，裂縫通常由開口角隅向牆體斜向延伸，常呈約 $45^\circ$ 方向。裂縫可能貫穿磚縫，並由門窗角隅向牆角或牆頂發展。

補強措施：

• 於開口四周增設鋼筋混凝土邊框。
• 以鋼板、型鋼或碳纖維材料補強開口角隅。
• 拆除鬆動磚塊後重新砌築，並以灌漿修復裂縫。
• 增設牆面雙面鋼絲網水泥砂漿或纖維補強層。

二、門窗間牆肢剪力破壞

門與窗之間的牆肢寬度有限，水平力集中傳遞於狹窄牆肢，容易產生交叉斜裂縫、磚塊剪切破壞及局部壓碎。

補強措施：

• 以鋼筋混凝土包覆牆肢，形成新的剪力抵抗構件。
• 於牆肢兩側增設槽鋼、角鋼或鋼板。
• 施作雙面鋼筋網水泥砂漿補強，並以穿牆螺栓連結兩側補強層。
• 增設翼牆或新的鋼筋混凝土剪力牆分擔水平力。

三、牆體滑動剪力破壞

牆體水平剪力超過磚牆與基礎間、磚縫間的摩擦及黏結力時，會沿水平磚縫產生滑移裂縫，牆體下部可能相對於基礎向側方移動。

補強措施：

• 於牆基增設鋼筋混凝土基礎梁或繫梁。
• 增設化學錨栓、植筋及剪力鍵，使牆體與基礎可靠連結。
• 以灌漿方式填補磚縫，恢復牆體整體性。
• 增設牆面補強層，並將補強鋼筋錨定至基礎。

四、牆面外翻及面外倒塌