113 高普考普通考試 建築工程 建築圖學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查設備基礎的載重估算、淺基礎選型與尺寸初估、鋼筋混凝土配置，以及排水、錨定與抗震細節。設計順序是：先估算設備傳給基礎的垂直力，再加計基礎自重，檢核地盤承載力，最後確認基礎尺寸、厚度、配筋及設備固定方式。

題目未提供地盤容許承載力、設備運轉振動、地震力、錨栓規格與地下水資料，因此以下採**堅實且均勻地盤、容許承載力 $q_a=100\ \text{kN/m}^2$、設備垂直動力放大係數 $1.3$**作初步設計示範。實際工程仍須依現場地質調查、設備廠商資料及所在地設計條件確認。法規依命題當年（民國113年）適用規定為準；當年「建築物基礎構造設計規範」已於112年修正發布。

解題方法與設計建議

1. 負荷計算

設備總重量換算為力：

$$W=1500\times 9.81=14715\ \text{N}=14.72\ \text{kN}$$

四個支撐點對稱分布，假設重心位於正方形中心、各支點反力均分，則每點靜載重為：

$$R_s=\frac{14.72}{4}=3.68\ \text{kN}$$

設備可能產生振動，初步將垂直載重乘以 $1.3$：

$$W_d=1.3W=19.14\ \text{kN}$$ $$R_d=\frac{19.14}{4}=4.79\ \text{kN/點}$$

此係數是本題示範用的估算假設，不是由題目資料直接得出。正式設計應依設備運轉資料確認動載重、偏心、水平力及振動頻率。

2. 基礎類型選擇

建議採用鋼筋混凝土獨立筏板式基礎，以一整塊基礎板承接四個支撐點。四支點間距為 $1.5\ \text{m}$，設置整體板可使支點反力共同分布，也能提供設備錨定所需的混凝土厚度與邊距。

若地盤鬆軟、存在不均勻沉陷風險，或設備運轉振動明顯，應先取得地質及設備資料，再評估加大基礎、地盤改良、連梁或其他抗振作法；不得只憑設備重量即直接採用樁基礎或認定地盤安全。

3. 基礎尺寸計算

採基礎平面尺寸 $2.0\ \text{m}\times2.0\ \text{m}$、厚度 $0.30\ \text{m}$。取鋼筋混凝土單位重 $24\ \text{kN/m}^3$，基礎自重為：

$$W_f=2.0\times2.0\times0.30\times24=28.8\ \text{kN}$$

以設備動力放大後垂直力加上基礎自重，估算平均地盤壓力：

$$q=\frac{W_d+W_f}{A} =\frac{19.14+28.8}{2.0\times2.0} =11.99\ \text{kN/m}^2$$

與假設容許承載力比較：

$$q=11.99\ \text{kN/m}^2<q_a=100\ \text{kN/m}^2$$

在本示範假設下，地盤承載力初步符合。尺寸平面每邊超出支點中心線的距離為：

$$\frac{2.0-1.5}{2}=0.25\ \text{m}$$

此尺寸可作初步配置，但支點至基礎邊緣的距離仍須配合底板錨栓邊距、混凝土保護層與錨定要求調整。正式設計還應檢核偏心造成的最大、最小地壓、沉陷、基礎彎矩、剪力及局部承壓；地盤承載力符合不代表以上檢核可以省略。

4. 材料選擇

• **基礎混凝土：**建議採 $f'_c=21\ \text{MPa}$ 以上普通混凝土；若處於潮濕、含氯鹽或具腐蝕性的環境，應依環境條件提高耐久性要求。
• **鋼筋：**採符合規範的竹節鋼筋，例如 SD420W。
• **設備支撐與錨定：**支點末端為鋼材，應以底板、錨栓或預埋件將鋼構支點固定於混凝土基礎。