111 高普考高考三級 建築工程 建築營造與估價 考古題詳解

核心觀念

本題測驗鋼構造工程中銲接接合（Welding Connection）的施工品質管制與非破壞檢測（Non-Destructive Testing, NDT）體系。相關法規與技術依據以命題當年（民國 111 年）之內政部《鋼構造建築物鋼結構施工規範》第十三章（銲接）及第十八章（檢驗與驗收）為準（並銜接美國銲接學會規範 AWS D1.1）。

1. 銲接接合型式與缺陷定義：

• **開槽銲（Groove Weld，全滲透／部分滲透）與填角銲（Fillet Weld）**為鋼結構最常見的銲道型式。
• 缺陷（Defects）指超出規範容許限度、可能造成應力集中或脆性破壞的幾何不連續性或冶金瑕疵。常見缺陷分為表面外觀幾何缺陷（咬邊、重疊、未填滿）與內部組織不連續缺陷（氣孔、夾渣、滲透不足、熔合不良、銲裂）。

2. 品質檢驗架構：

• 銲接完成後之檢測包含目視檢測（VT）與非破壞檢測（NDT）。
• NDT 依檢驗深度與物理機制分為：
• 表面及近表面檢測：液體滲透檢測（PT）、磁粒檢測（MT）。
• 內部/體積檢測：超音波檢測（UT）、射線照相檢測（RT）。

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解題方法

本題為高普考建築營造與估價標準申論題（滿分 25 分），解題架構採「三段式作答」：

1. 第一部分：缺陷成因與剖析（圖文並列） 選取開槽銲與填角銲中最具代表性之四大缺陷（咬邊、氣孔/夾渣、滲透不足/熔合不良、裂紋），以斷面剖面 ASCII 圖示繪出幾何位置，並分點闡明「缺陷特徵」與「產生原因（電氣參數、操作手法、母材或銲材環境）」。
2. 第二部分：銲後檢驗方法體系化陳述 由外而內、由淺入深，依序說明 VT（基礎第一道防線）、PT/MT（表面裂紋利器）、UT/RT（內部體積缺陷判定），逐項列出檢驗原理、適用缺陷與工程限制。
3. 邏輯串聯： 說明檢測方法與缺陷型態的對應關係（例如：UT 善於抓出開槽銲之內部層狀撕裂與未熔融，VT 與 MT 則針對表面微裂與咬邊），展示全方位品管知識。

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選項分析（申論題各題分點剖析）

本題為非選擇題型之申論題，依評分標準將核心評分項目拆解分析如下：

• 評分點一：銲接缺陷繪圖與說明（佔分約 12～15 分）
• 咬邊（Undercut）：屬於表面幾何缺陷，成因為電流過大、電弧過長或運棒速度過快，造成母材邊緣熔蝕凹陷，極易形成應力集中。
• 氣孔（Porosity）與夾渣（Slag Inclusion）：氣孔為氣體未逸出即冷卻凝固所致（銲條受潮、防護氣體不足、母材有油脂或鐵銹）；夾渣為熔渣混入金屬層間未完全浮出（層間清渣不徹底、入熱量不足）。
• 滲透不足（Incomplete Penetration）與熔合不良（Lack of Fusion）：開槽角度過小、根部間隙不足、鈍端過厚、電弧指向偏移或入熱量不足，直接削弱銲道有效喉厚。
• 裂紋（Crack）：結構危害最大之缺陷，分熱裂與冷裂（氫脆引發），主因為接頭拘束力過大、預熱溫度不足、冷卻速率過快、銲材含氫量過高等。
• 評分點二：完成銲接後之檢驗方法（佔分約 10～13 分）
• 目視檢測（Visual Testing, VT）：所有銲道 100% 必須進行之首要檢驗，檢測外觀尺寸（喉厚、腳長）、咬邊、表面氣孔與嚴重裂紋。
• 液體滲透檢測（Liquid Penetrant Testing, PT）：毛細現象原理，專門檢測非多孔性材料表面開口裂紋。
• 磁粒檢測（Magnetic Particle Testing, MT）：漏磁場原理，適用於鐵磁性鋼材之表面及近表面（約 2～3 mm 深度）微細裂紋。
• 超音波檢測（Ultrasonic Testing, UT）：高頻聲波反射原理，為建築鋼結構開槽銲內部檢測最主流之方法，對面狀缺陷（裂紋、未熔融）特別敏感。
• 射線照相檢測（Radiographic Testing, RT）：X 射線或 $\gamma$ 射線衰減成像，可留存永久底片紀錄，對體積型缺陷（氣孔、夾渣）判讀準確度高。

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解題技巧

1. 考場手繪圖技巧： 在試卷上繪製剖面圖時，務必以單純線條勾勒出「母材（Base Metal）」與「銲道（Weld Metal）」，並用箭頭清楚標明缺陷位置，圖旁輔以幾何名稱。
2. 成因分析「四要素」口訣： 寫成因時，從「機（電氣參數）、料（銲材母材受潮髒污）、法（運棒手法/坡口開口）、環（風速/預熱/拘束度）」四個維度條列，架構嚴謹且不漏點。
3. 檢驗方法記憶階梯： 以「先外後內、先非破壞後破壞」編排：$\text{VT} \rightarrow \text{PT / MT} \rightarrow \text{UT / RT}$。清楚交代「適用對象」與「檢測盲點」，能大幅拉開與一般考生的分數差距。

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【答案】

一、銲接缺陷型態、繪圖剖面與發生原因

在鋼構造之**填角銲（Fillet Weld）及開槽銲（Groove Weld）**施工過程中，常見缺陷可依其位置分為「表面幾何缺陷」與「內部連續性缺陷」：

核心觀念

本題旨在考驗考生對「鋼構造柱腳（Column Base）」與「鋼筋混凝土（RC）基礎」介面應力傳遞機制、錨栓（Anchor Bolt）埋設施工工法及其施工精度控制的掌握程度。

1. 應力傳遞與介面行為： 鋼構造柱腳負責將上部結構的軸力（壓力／拉力）、剪力及彎矩傳遞至 RC 基礎。在拉力與彎矩作用下，錨栓主要承受拉拔力與剪力，其埋設深度、錨定長度及握裹力必須符合規範要求；柱底板與 RC 基礎頂面之間則需預留間隙，後續以無收縮水泥砂漿（Non-shrink Grout）充填傳力。
2. 施工規範與精度依據： 依據命題當年（民國 111 年）適用之內政部《鋼構造建築物鋼結構設計規範》及《鋼結構工程施工規範》，錨栓的中心位置、標高、垂直度及外露長度均有嚴格的容許誤差限制（通常平面中心偏差須控制在 $\pm 3\text{ mm}$ 至 $\pm 5\text{ mm}$ 以內）。若埋設產生偏差，將導致鋼柱無法準確吊裝就位。
3. 分類邏輯： 工程實務上，錨栓固定（埋設）方法主要依據「埋設時機」與「位置容許調整能力」，劃分為三大主流工法：

• 先埋直接固定法（固定構架／樣板法）
• 套管預留調節法（波紋管／鋼套管法）
• 預留孔後埋法（箱涵預留孔法／後鑽孔化學植栓法）

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解題方法

本題題型為「試繪圖及說明」之標準申論題，答題切入點應採「圖文並茂、條理分明」之架構：

1. 系統化分類：開門見山點出錨栓埋設的三大主要工法（先埋直接固定法、套管預留調節法、預留孔後埋法）。
2. 繪製示意圖：針對各工法繪製清晰之剖面草圖，明確標示主要構件：鋼柱、柱底板（Base Plate）、錨栓（含螺帽與墊圈）、錨定板或彎鉤、無收縮砂漿層、RC 基礎頂面、定位樣板／套管／預留孔。
3. 結構化說明：每一工法均依「施工步驟」、「優點」、「缺點與限制」、「適用場合」四項要點進行系統性對比與說明，展現營造施工的實務深度。

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選項分析（工法綜合比較與評析）

本題為非選擇題（申論繪圖題）。閱卷評分重點在於能否完整辨析各工法之技術特性、容許公差調節能力及適用情境，各工法之特性剖析如下：

工法名稱	錨栓定位機制	平面誤差微調能力	施工難易度	結構承載力表現	適用範圍與評價
先埋直接固定法<br>（樣板／構架法）	澆置前以鋼製定規板（樣板）及型鋼構架焊固	極低<br>（澆置後即無法調整）	中～高<br>（前置測量與構架定位要求極嚴）	最優<br>（錨栓與基礎混凝土一體澆置，握裹與抗拔最佳）	正確且最常用於重要結構。<br>適用於剛接柱腳、高層建築、重型鋼構。
套管預留調節法<br>（波紋管／套管法）	錨栓外圍套設鋼製波紋管或鐵皮套管，預留擺動間隙	良<br>（具備水平方向約 $\pm 10 \sim 20\text{ mm}$ 微調彈性）	中等<br>（需兩階段灌漿：套管內部灌漿與底板灌漿）	良<br>（以無收縮高阻抗砂漿灌注充實，承載力可靠）	最平衡之標準工法。<br>兼顧現場安裝容許誤差與結構安全性，廣泛應用於一般鋼構廠房與大樓。
預留孔後埋法<br>（箱涵拔孔法）	預埋木盒或鋼盒留出較大孔洞，吊柱時置入錨栓	高<br>（調整範圍最大）	繁瑣<br>（需拆盒、清孔、多次灌漿，界面接合面易生冷縫）	普通<br>（二次灌漿體積較大，收縮與剪力傳遞須嚴格控制）	次要或特殊工法。<br>適用於大型重機械基礎、巨型柱腳，或現場放樣誤差容許度較大之工程。
後鑽孔化學植栓法<br>（化學錨栓法）	RC 硬化後放樣鑽孔，注入環氧樹脂植入螺栓	高<br>（依實際放樣墨線精準鑽孔）	低～中<br>（依賴鑽孔清孔品質與樹脂耐候耐火性）	有限<br>（耐高溫防火性較差，高溫下樹脂可能劣化蠕變）	限制使用。<br>主要作為施工錯誤之補救措施、隔間輕鋼構、外加雨遮或老舊建物補強增設，不宜作為主要耐震柱腳。

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解題技巧

1. 圖面標記要齊全： 繪製剖面圖時，務必標出「無收縮砂漿（Non-shrink Grout）」、「雙螺帽／墊片」、「預留調節間隙」與「底部錨定板（Anchor Plate）」，這是閱卷委員判斷是否具備實務工法經驗的關鍵得分點。
2. 切記註明無收縮砂漿的作用： 不論何種工法，柱底板下方均設有約 $30 \sim 50\text{ mm}$ 之無收縮砂漿層，其目的為吸收基礎混凝土面之高程誤差，並將柱底壓力均勻傳遞至 RC 基礎。
3. 作答避坑重點： 切勿只回答「直接埋」與「鑽孔埋」，必須寫出「定規板（樣板）」與「套管（Sleeve）」的專業工程術語，並清楚說明混凝土澆置時防止錨栓位移的固定支撐架設機制。

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【答案】

當以鋼筋混凝土（RC）構造為基礎時，鋼構造柱腳錨栓之固定（埋設）方法主要有以下三種：

一、先埋直接固定法（樣板構架固定法）

1. 構造示意圖

核心觀念

本題測驗「木構造建築系統分類」、「柱樑構架式（軸組式）之構造原理」及「多層木構造現場組立施工程序與細部構成」。

1. 法規依據與定義（以命題當年民國 111 年法規為準）： 依據《建築技術規則》建築構造編第四章「木構造」及內政部《木構造建築物設計及施工規範》，木構造主要分為「柱樑構架式（軸組式）」、「框組壁式（2×4 輕型木構架）」及「原木疊落式（原木構架）」。

• 柱樑構架式木構造（Post-and-Beam Timber Frame Construction / 軸組式工法）：以垂直之「柱」與水平之「梁／桁」為主要承重骨幹（線性構件），透過榫接（Mortise and Tenon）或現代抗震金屬五金連接件固定，構架內部配置「斜撐（筋交）」或「構造面材（剪力牆）」以抵抗地震力與風壓力等側向載重之結構系統。

2. 力學機制：

• 垂直載重：屋頂及樓板活載重、靜載重 $\rightarrow$ 椽木／小梁 $\rightarrow$ 梁、桁 $\rightarrow$ 柱（管柱、通柱） $\rightarrow$ 基礎土台 $\rightarrow$ 鋼筋混凝土基礎 $\rightarrow$ 地盤。
• 側向載重（風力、地震力）：外壁面材／斜撐（剪力抗阻） $\rightarrow$ 水平隔膈（樓板、屋頂面合板之剛性剪力傳遞） $\rightarrow$ 柱梁節點五金及地錨螺栓抗拉拔（Hold-down） $\rightarrow$ 基礎。

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解題方法

本題為標準的觀念與實務整合型申論題，解題切入點應分為三大部分：

1. 名詞釋義：簡明扼要點出柱樑構架式的結構本質、載重傳遞特徵與主要適用場域。
2. 圖示說明（2 層樓規模）：繪製立面透視／剖面構架示意圖，明確標出地盤、基礎土台、通柱、管柱、胴差（樓梁）、屋架（小屋組）、斜撐等關鍵構件名稱。
3. 構成構件與組立步驟（分條列述）：按照營造施工之物理順序（由下而上、由骨架至外皮），分階段陳述組裝工法與抗震加固細節。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題。閱卷評分點與對應答題比重分析如下：

• 子題一：定義闡述（約佔 25%）：若僅回答「用木頭做柱子和梁」，未點出「線性承重骨架」、「節點接合性質（榫卯或五金）」及「抵抗側力之構件（斜撐／剪力面材）」，分數將大幅折損。
• 子題二：2 層樓圖示繪製（約佔 45%）：圖面須清楚表達 1 樓至 2 樓交接處（胴差系統）以及 2 樓至屋頂（屋架系統）之立體層次；特別須標明「通柱（貫穿兩層）」與「管柱（單層柱）」之區別，此為 2 層樓軸組構造之關鍵判斷指標。
• 子題三：組立方式（約佔 30%）：必須以專業營造工序條列，從地錨預埋、土台鋪設、柱梁吊裝、二樓樓板組裝、上棟（屋架）到抗震五金固定，邏輯順序不可顛倒。

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解題技巧

1. 構件專有名詞掌握：採用規範標準詞彙（括注業界常用之日系軸組名詞更顯專業），例如：

• 基礎墊木：土台（Sill plate）
• 二層貫通柱：通柱（Through column / 通し柱）
• 單層柱：管柱（Story column / くだ柱）
• 二樓樓層梁：胴差（Rim girder / どうざし）
• 屋架連繫梁：小屋梁（Roof tie beam）
• 斜撐：筋交（Diagonal brace）
• 屋脊木：棟木（Ridge board）

2. 繪圖標記要訣：

• 畫出 2 層樓時，角隅處務必繪出貫穿 1、2 樓的「通柱」，中間繪出被胴差中斷的「管柱」，這是閱卷委員尋找的得分關鍵亮點。
• 基礎與木構交接處，務必畫出「地錨螺栓（Anchor bolt）」與防潮層。
• 柱梁方格間務必交替繪出「斜撐（筋交）」與「金物扣件」，展現抗震構架之完整性。

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【答案】

一、何謂柱樑構架（軸組）式木構造

柱樑構架（軸組）式木構造（Post-and-Beam / Heavy Timber Frame Construction）係指由直立之柱（Post）與水平之梁、桁（Beam/Girder）組裝成基本承重骨架（軸組），以承載垂直載重；並於構架框架單元內增設斜撐（Brace）或釘結構造用合板（Shear Wall），以抵禦地震力與風力等側向載重的結構系統。構件節點多採用傳統榫卯接合，或以現代專用五金金物（金屬連接鐵件、螺栓、扣件）加固，為亞洲傳統及現代日式木造住宅廣泛採用之工法。

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二、2 層樓規模軸組木構之構成圖示

核心觀念

本題考查既有鋼筋混凝土（RC）建築物之耐震補強工程技術，法規與技術依據以命題當年（民國 111 年）之《建築物耐震設計規範及解說》及內政部營建署《既有建築物耐震能力評估與補強準則》為準。

既有早期興建之 5 層樓 RC 建築物，常因箍筋間距過大（如 $15\sim 20\text{ cm}$）、未採用 $135^\circ$ 耐震耐剪彎鉤、主筋搭接長度不足，或因窗台開口造成「短柱效應」，在大地震下易發生突發性的脆性剪力破壞與受壓壓碎破壞。 針對「既有柱構件」之單元補強，其核心力學機制與設計目標包含：

1. 提升剪力強度（Shear Strength）：滿足「強剪弱彎」之耐震耐震準則，防止柱在達到降伏彎矩前先發生剪力破壞。
2. 提高橫向圍束能力（Confinement）：透過橫向束制核心混凝土，提升混凝土受壓極限應變與構件延展比（Ductility Capacity, $\mu$），使破壞模式由脆性轉化為延性。
3. 提升抗彎強度與軸向承載力（Flexural & Axial Capacity）：視結構整體需求，擴大受壓斷面與補強主筋。

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解題方法

考卷作答應依「工法原理 $\rightarrow$ 構造示意圖 $\rightarrow$ 施工要點與界面處理」架構呈現。針對柱構件之耐震補強，業界公認且規範明訂之主流工法主要有四種：鋼筋混凝土擴大斷面法（擴柱法）、鋼板包覆補強法（包鋼法）、纖維複合材料包覆法（CFRP法），以及增設RC翼牆法。

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工法一：鋼筋混凝土擴大斷面法（RC Jacketing，擴柱補強）

• 原理與功效：在既有柱外圍增設主筋與高密度耐震閉合箍筋，並澆置無收縮混凝土或自充填混凝土（SCC）。能同時顯著提升柱之抗彎強度、剪力強度、軸向承載力與側向勁度。
• 斷面構造圖：

 ┌───────────────────────────────┐
 │ ── ── ── ── ── ── ── ──│ ── 灌注無收縮/自充填混凝土
 │ │ ┌─────────────────────────┐ │
 │ │ │ │ │ │
 │ │ │ 既有 RC 柱斷面 │ │ │ ── 新設耐震閉合箍筋 (135°彎鉤)
 │ ● │ │ ● │ ── 新設主鋼筋 (上下樓版植筋穿透)
 │ │ ┌─────────────┐ │ │
 │ │ │ 原有箍筋/ │ │ │
 │ │ │ 主筋位置 │ │ │
 │ ● │ └─────────────┘ │ ● │
 │ │ │ │ │ │
 │ │ └─────────────────────────┘ │ │
 │ ── ── ── ── ── ── ── ── ── ── │ ── 新舊混凝土交介面（鑿毛+植剪力摩擦筋）
 └───────────────────────────────┘

• 關鍵施工細節：

1. 介面處理：既有柱表面保護層須全面「打毛（Chipping）」至露出粗骨材，清除粉塵後塗抹環氧樹脂黏著劑。
2. 抗剪摩擦：原柱鑽孔植入剪力釘（Shear Dowels）或化學植筋，確保新舊混凝土應力充分傳遞。
3. 主筋錨錠：新設縱向主筋須向上、下樓版鑽孔植筋或貫穿樓版錨錠，方能發揮抗彎效能。

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工法二：鋼板包覆補強法（Steel Jacketing，包鋼補強）

• 原理與功效：採用厚度約 $4.5\sim 9\text{ mm}$ 之鋼板包覆柱構件（矩形柱可加四角角鋼與綴條，或全包鋼板焊接），鋼板與既有混凝土表面注入高強度環氧樹脂（Epoxy）或無收縮水泥砂漿。主要提供側向高圍束應力，大幅增加剪力強度與延展韌性，斷面尺寸增加極少。
• 斷面構造圖：

 ┌──┬─────────────────────────┬──┐
 │▲ │ │ ▲│ ── 四邊外包鋼板（現場對接電焊封閉）
 ├──┘ └──┤
 │ ░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░ │ ── 注入環氧樹脂(Epoxy)或無收縮砂漿
 │ ░ ┌─────────────────────┐ ░ │
 │ ░ │ │ ░ │
 │ │ 既有 RC 柱構件 │ │ ── 化學錨栓（加強鋼板密合度）
 │ ░ │ │ ░ │
 │ ░ └─────────────────────┘ ░ │
 │ ░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░░ │
 ├──┐ ┌──┤
 │▲ │ │ ▲│
 └──┴─────────────────────────┴──┘

• 關鍵施工細節：

1. 角隅處理：柱角隅處配合角鋼或將鋼板彎折預製，現場縱向接縫採全滲透對焊封閉。
2. 注漿排氣：由下端設灌注孔，上端留排氣孔，採用低壓注入環氧樹脂，確保內部無蜂窩中空。
3. 上下淨空間隙：鋼板頂底端與樓版/梁底通常預留約 $20\sim 30\text{ mm}$ 間隙，避免地震時鋼板直接承受過大額外軸力而發生局部挫屈。

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工法三：纖維強化高分子複合材料包覆法（FRP/CFRP Wrapping）

• 原理與功效：利用環氧樹脂將高抗拉強度之碳纖維布（CFRP）或玻璃纖維布（GFRP）橫向環包貼附於柱表面。藉由材料之高抗拉彈性模數限制混凝土橫向膨脹，提供優異之圍束剪力補強與韌性提升。其施工輕便快速、不增加建築結構自重、不縮減室內淨空間。
• 斷面構造圖：