111 高普考高考二級 建築工程 建築構造與施工 考古題詳解

核心觀念

本題旨在測驗考生對於既有建築物耐震補強工法之理解，特別是在空間使用受限情境（如醫院急診／病房不可中斷、廠房產線持續運轉、集合住宅產權複雜不便入內施工等）下所發展之**「外加構架補強工法（External Frame Retrofit）」**之力學傳力機制、系統組成及關鍵施工品質控制。

相關法規與技術依據：

1. 內政部國土管理署《既有建築物耐震能力評估及補強作業程序》（依民國 111 年規定辦理）。
2. 國家地震工程研究中心（NCREE）研發之《建築物外加構架耐震補強技術手冊》。
3. 規範採用之界面抗剪傳力力學理論：剪力摩擦理論（Shear-Friction Theory）與錨栓受剪/受拉破壞模式。

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解題方法

本題為標準之申論問答題，切入策略應採取「由原理架構到工法實務」的層次化剖析：

1. 外加構架工法概述：從功能需求切入（不中斷使用），說明其結構系統分類（鋼抗彎構架、鋼斜撐構架、制震消能構架等）與力學傳力途徑（水平地震力由既有結構樓版／梁柱 $\rightarrow$ 接合界面／錨栓 $\rightarrow$ 外加構架 $\rightarrow$ 擴大基礎／基樁 $\rightarrow$ 地盤）。
2. 施作重點：依施工生命週期及關鍵構件切入，重點必須著重於**「界面傳力（植筋／化學錨栓）」、「無收縮填縫灌漿」、「基礎加固與抗翻轉」及「放樣安裝公差」**等致命環節。

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選項分析

本題為高考二級工程類科之申論題，非選擇題，故無選項分析。答題關鍵在於切中「外側施工不影響室內使用」的核心訴求，並完整申論構架組成與接合界面的施作精髓。

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解題技巧與常見陷阱

1. 破題切入點：強調「接合界面」與「基礎支承」是外加構架的兩大命脈。許多考生只描寫外側鋼構架的吊裝與防蝕，卻忽略了外加構架若無法將剪力有效傳遞進去（界面失敗），或新基礎無法抵抗巨大翻轉力矩，補強將完全失效。
2. 記憶架構口訣：

• 「介面牢」（打毛、化學錨栓、拉拔試驗）
• 「灌注密」（自密實／無收縮砂漿、排氣孔）
• 「基礎穩」（微型樁、擴大基礎抗翻轉）
• 「配合順」（管線避讓、防水恢復、採光通風維護）

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【答案】

一、外加構架補強工法之定義與系統概述

1. 工法定義： 外加構架補強工法係於既有建築物外側立面（周邊周界柱梁構架外部），增設獨立或半獨立之結構構架（多採鋼結構，亦有採鋼筋混凝土或預力構架者），藉由錨栓、植筋或鋼剪力連接件（Shear Keys）等接合界面，與既有結構體牢固連結，使兩者形成一體共同抵抗水平地震力之耐震改善技術。
2. 主要優點與適用性：

• 營運不中斷：所有高噪音、粉塵及大型機具作業均在建築物外側施作，無須進入室內，極適用於醫院、精密廠房、公務機關或無搬遷彈性之私有集合住宅。

核心觀念

本題聚焦於我國建築工程品質管理與耐震安全評定機制，主要考核考生對「耐震標章認證制度」之行政規範定位、技術依據及工程實務運作之掌握。涉及的核心法規與技術依據包括（以命題當年民國 111 年法規為準）：

1. 行政作業依據：內政部訂定發布之《耐震標章認證作業要點》。
2. 結構技術基準：《建築法》第 34 條之 1、《建築技術規則》建築構造編及其授權訂定之《建築物耐震設計規範及解說》。
3. 政策誘因與法制連結：《都市危險及老舊建築物建築容積獎勵辦法》（危老條例授權）、《都市更新建築容積獎勵辦法》（都更條例授權）。
4. 核心機制：效法美日工程品保思維，導入「第三方獨立同儕審查（Peer Review）」與「特別監督人（Special Inspector）」制度。

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解題方法

本題屬政策制度與工程管理整合題，解題切入點應分為「法源依據與推動脈絡」及「做法內涵」兩大構面，論述邏輯如下：

1. 法源與推動依據：釐清「直接作業依據」（內政部行政規則）、「實體技術法規」（建築技術規則與耐震設計規範）與「引導性獎勵法規」（都更與危老容積獎勵），說明標章雖為自願性申請，但在實務上透過法定容積獎勵已形成高度實質約束力。
2. 做法內涵：以工程生命週期為軸線，說明其「雙階段認證架構」（設計階段 $\rightarrow$ 施工階段），並精準點出耐震標章之靈魂——「特別監督人制度」以及「第三方公正查核機制」。

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選項分析

本題為高普考申論題型，無選擇題選項。在申論閱卷標準中，本題主要有以下關鍵評分指標：

• 法源完整性：若僅提及《建築法》而未寫出《耐震標章認證作業要點》及都更／危老容積獎勵關聯者，難得高分。
• 階段區隔性：必須清楚區分「耐震設計標章」與完整「耐震標章」，不可混為一談。
• 專業制度術語：能否明確寫出「特別監督人」、「特別監督計畫」及「第三方同儕審查」為能否拿取前 10% 頂尖分數的關鍵。

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解題技巧

1. 法規年份提醒：以命題當年（民國 111 年）法規為準；現行法規歷經部分要點調整，但兩階段架構與特別監督核心精神始終維持一致。
2. 記憶架構口訣：「一要點、二獎勵、雙階段、一監督」

• 一要點：《耐震標章認證作業要點》。
• 二獎勵：都更容積獎勵、危老容積獎勵。
• 雙階段：耐震設計標章（紙上設計查核）、耐震標章（完工現場查核）。
• 一監督：結構特別監督人（派駐工地嚴密把關關鍵結構工項）。

3. 常見陷阱：切勿誤將「耐震設計標章」直接當作全棟取得耐震標章；施工階段若無執行特別監督或中途放棄，僅能止步於設計標章，無法取得耐震標章。

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【答案】

國內「耐震標章認證制度」之主要法源依據與做法內涵，分項說明如下：

一、主要法源依據與法制背景

國內耐震標章認證制度係屬自願性申請認證機制，但透過國家法令、行政規則及政策誘因之整合，形成完整的法制運作架構：

核心觀念

本題以命題當年（民國 111 年）法規為準，核心依據為內政部《建築物耐震設計規範及解說》第 9 章「非結構構件之耐震設計」、內政部建築研究所及國家地震工程研究中心（NCREE）之「懸吊式輕鋼架天花板耐震設計與施工指南」，並參照國際標準 ASTM E580 及 CISCA（天花板與內裝系統協會）之耐震施工準則。

1. 重要建築物之耐震需求： 學校禮堂震後常被指定為避難收容處所，其非結構構件耐震用途係數 $I_p$ 應提高為 $1.5$。設計水平地震力 $F_{p}$ 依規範公式檢核： $F_p = \frac{0.4 S_{DS} I_p}{R_p} \left(1 + 2 \frac{z}{h}\right) W_p$ 且其值應落於規範規定之上、下限範圍內。
2. 挑高空間震災破壞機制：

• 長吊筋壓曲與彈跳：挑高禮堂的懸吊長度常超過 $2.5\text{ m}$，傳統細鋼絲或吊桿長細比過大，地震引發垂直加速度時無法承受壓力，產生向上衝擊（彈跳）與向下壓曲，造成天花板骨架扭曲、面板震落。
• 水平碰撞與脫軌：缺少側向斜撐時，天花板在水平震動下如同單擺晃動，撞擊周邊牆體使收邊角材脫落，或邊緣支承搭接長度不足導致主支骨脫軌墜落。
• 重設備拉扯連鎖破壞：大型燈具、音響或空調風口重量直接由天花板骨架承載，震動時產生額外慣性力拉垮骨架。

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解題方法

本題為標準的技術型申論題，答題策略應採取「破壞機制對策化、施工細節模組化、圖文並茂系統化」的架構作答：

1. 結構模組切入：將懸吊系統耐震工法依傳力途徑拆解為四個核心模組：

• 垂直防壓曲系統（抗壓支柱 Compression Strut）
• 水平抗震斜撐系統（四向斜撐 Splayed Bracing）
• 周界抗震收邊處理（固定端與浮動端之伸縮縫與寬邊料）
• 設備獨立懸吊與防墜（獨立吊索與安全線）

2. 繪製標準工程圖示：

• 繪製「抗側力斜撐與垂直抗壓支柱剖面圖」，說明力學傳遞路徑。
• 繪製「周界耐震收邊詳圖（固定端 vs. 滑動端）」，標註搭接與耐震間隙尺寸。

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選項分析

本題為申論題，無選擇題選項。在申論評分架構中，得分高低取決於考生能否精確指出「一般平頂天花板」與「挑高禮堂耐震天花板」的工法差異：

• 僅回答一般吊筋吊掛（失分點）：若只寫出一般每隔 $1.2\text{ m}$ 吊膨脹螺栓與吊筋，完全未觸及「抗壓柱」與「抗側力斜撐」，無法取得及格分數。
• 涵蓋耐震斜撐與防挫屈構件（高分關鍵）：點出四向斜撐與直立抗壓柱之組合，並精準繪出周界留設耐震間隙（Seismic Joint）與防墜拉索，即為閱卷評審認可之標準專業答案。

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解題技巧

1. 背誦記憶口訣：「吊、撐、邊、重」

• 吊：垂直剛性吊桿／防壓曲柱（防彈跳壓曲）。
• 撐：四向抗震斜撐（角度 $45^\circ$，控制晃動擺幅）。
• 邊：周界加大承寬（$\ge 50\text{ mm}$）、相鄰兩邊固定、兩邊留縫滑動（$10\sim 20\text{ mm}$）。
• 重：重型燈具、設備獨立吊掛，不共用天花骨架。

2. 圖面繪製訣竅： 試卷繪圖不需要尺規細畫，但必須明確標註「材料名稱」、「錨定節點（Expansion Bolt）」、「角度（$45^\circ$）」及「關鍵尺寸（間隙 $15\text{ mm}$、寬度 $50\text{ mm}$）」，標註文字即代表專業度。

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【答案】

學校禮堂屬於高挑高、大跨距空間，且地震時具避難收容之重要功能。依現行《建築物耐震設計規範及解說》非結構構件耐震要求，其懸吊式輕鋼架天花板系統之施工要點及相應圖示說明如下：

一、 懸吊系統耐震施工要點

1. 垂直防壓曲吊柱設置（防彈跳與壓曲）

• 挑高長度管制：挑高空間吊筋長度通常大於 $2.5\text{ m}$，傳統 $\phi 4\text{ mm}$ 鍍鋅鐵線或薄吊桿受壓時極易挫屈。

核心觀念

本題評量重點為「鋼筋混凝土（RC）劣化機理」、「鋼筋電化學腐蝕成因」及「結構構件修補工法與施工程序」。相關原理與規範重點如下：

1. 鋼筋之鈍化保護機制： 健全混凝土內部的水泥水化產物含有大量氫氧化鈣 $\text{Ca(OH)}_2$，呈現強鹼性（$\text{pH} \approx 12.5 \sim 13.5$）。在此高鹼環境下，鋼筋表面會生成一層緻密的「$\gamma\text{-Fe}_2\text{O}_3$ 鈍化膜（Passive Film）」，隔離水分與氧氣，防止鋼筋氧化生鏽。
2. 鈍化膜破壞與腐蝕成因：

• 保護層厚度不足與搗實不良：致使混凝土內部孔隙率過高、產生蜂窩或冷縫，提供有害介質快速滲入之通道。
• 中性化（碳酸化，Carbonation）：大氣中之二氧化碳 $\text{CO}_2$ 擴散進入孔隙，與 $\text{Ca(OH)}_2$ 反應生成碳酸鈣： $\text{Ca(OH)}_2 + \text{CO}_2 \to \text{CaCO}_3 + \text{H}_2\text{O}$ 當孔隙液之 $\text{pH}$ 值降至 $9.0 \sim 10.0$ 以下時，鈍化膜即告分解瓦解。
• 氯離子侵蝕（Chloride Attack）：海砂、鹽霧或除冰劑滲入，游離氯離子（$\text{Cl}^-$）達到臨界濃度（約 $0.6 \sim 1.2\,\text{kg/m}^3$）時，會穿透並破壞鈍化膜，形成局部孔蝕（Pitting Corrosion）。

3. 銹蝕膨脹與開裂破壞： 鋼筋氧化後生成鐵銹（如 $\text{Fe(OH)}_3$、$\text{Fe}_2\text{O}_3\cdot n\text{H}_2\text{O}$ 等），其體積為原鋼筋體積之 $2 \sim 6$ 倍。體積膨脹對周圍混凝土產生極大的內向引張應力，當應力超過混凝土之抗拉強度（約 $0.56\sqrt{f'_c}$ 至 $0.62\sqrt{f'_c}\,\text{MPa}$）時，便沿鋼筋軸向產生開裂、保護層剝落（Spalling）甚至主筋外露。
4. 修補目標： 斷開電化學腐蝕迴路、清除已變質基底、恢復鋼筋防銹機能、補足缺損斷面並恢復梁構件之受力承載力與耐久性。

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解題方法

梁底主筋為承受正彎矩之主要受拉構件。當梁底混凝土產生嚴重裂縫且內部主筋已鏽蝕時，單純施作「裂縫表面塗封」或「裂縫低壓環氧樹脂灌注」無法接觸並處理鋼筋表面鐵銹，內部腐蝕仍會持續進行膨脹破壞。

因此，本題必須採用**「斷面修復工法」（又稱局部剔除充填工法、聚合物改質水泥砂漿修補工法）。若經量測鋼筋斷面折損率超過容許值，則須輔以「鋼筋補強或外貼纖維／鋼板複合加固工法」**。

一、施工步驟詳解

1. 施工準備與安全支撐設置（Shoring）：

• 梁底混凝土打除會暫時削弱受拉斷面，且打除時之震動可能危及結構安全。
• 施工前必須於梁跨度兩側下方架設活動式鋼管千斤頂支撐（Shoring Post），將梁之部分靜載重及施工活載重予以承托，確保施工安全。

2. 劣化範圍標定與混凝土打除（Chipping）：

• 使用敲擊回音法與酚酞指示劑（測試中性化深度）標定劣化界線，標定範圍應向外延伸至少 $100\,\text{mm}$ 至健全混凝土處。
• 以手提切割機沿修補輪廓線切出深約 $15 \sim 20\,\text{mm}$ 之垂直斷面（切邊須垂直，嚴禁打鑿成羽狀斜邊 Feather Edge，避免修補材邊緣剝離）。
• 以輕型電鎬（小於 $15\,\text{kg}$）打除鬆動與中性化之混凝土。
• 鋼筋背後間隙要求：鋼筋背後之混凝土必須向內打除凹入至少 $20\,\text{mm}$（或大於粗骨材最大粒徑加 $5\,\text{mm}$），使新修補材料能全周圍包裹鋼筋。

3. 鋼筋除銹與斷面評估：

• 採用噴砂、鋼絲輪刷或除銹化學劑徹底清除鋼筋表面鐵銹，直至露出金屬光澤（表面清潔度達 SIS Sa 2.5 或 St 3 級）。
• 量測除銹後鋼筋直徑：
• 若斷面折損率 $\le 15\%$：保留原筋施作防銹處理。
• 若斷面折損率 $> 15\%$：須增焊同級配同號數之補強鋼筋，或植入剪力補強筋，焊接搭接長度須依規範辦理。

4. 鋼筋防銹塗層施作（Anti-Corrosion Coating）：

• 於乾燥、乾淨之鋼筋表面均勻塗布環氧樹脂富鋅防銹漆（Zinc-Rich Primer）或阻銹劑，形成物理屏障與陰極防蝕保護。

5. 素地面整理與介面接著劑塗布（Bonding Agent）：

• 高壓水刀清洗基面粉塵，使基底達到「飽和面乾」（SSD, Saturated Surface Dry）狀態。
• 均勻塗刷環氧樹脂介面黏結劑或高分子乳膠水泥漿，以確保新舊混凝土界面的抗剪黏結強度。

6. 修補材料充填填補（Patching & Compaction）：

• 材料選用：選用高強度、低收縮之「聚合物改質水泥砂漿（PMM）」或「無收縮環氧樹脂砂漿」。
• 分層壓抹：若深度超過 $30\,\text{mm}$，應分層施作並充分壓密搗實，防止下垂及內部產生包壓空隙；大面積時可架模進行無收縮自流平水泥砂漿灌注。
• 表面修飾：於修補砂漿初凝前整平表面，使其與原有梁底面齊平。

7. 養護與表面防護塗裝（Curing & Surface Sealing）：

• 進行濕治養護至少 3 至 7 天，防止水化乾燥收縮龜裂。
• 養護完成後，於梁外表塗布防碳酸化、防水、耐候性彈性塗料（如矽烷/矽氧烷浸透劑或聚甲基丙烯酸塗料），隔絕水分、二氧化碳及氯離子再次侵入。

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