113 高普考高考三級 建築工程 建築營造與結構系統 考古題詳解

核心觀念

工程木材（engineered wood）是將木材或木質纖維、單板、木片等較小單元，經過定向排列、膠合、加壓或機械組合，製成尺寸、強度與性能較穩定的木質材料。製程也能把短料、小徑木及等級不同的木材組合利用。

作答時可依原料形態與組合方式分類：木條或層板膠合、單板膠合、木片定向或平行排列、木纖維或碎料壓製，以及木材與其他材料組合的複合構件。題目要求說明製品與加工方式，宜同時交代「原料如何排列」及「如何膠合、加壓成形」。

解題方法與製品分類

一、實木層板膠合類

膠合木（Glulam, glued laminated timber）

木板層 ━━━━━━━━━━━━━
木板層 ━━━━━━━━━━━━━ → 沿構件長度方向膠合
木板層 ━━━━━━━━━━━━━

將木板或層板依纖維方向大致平行排列，逐層塗膠後加壓膠合成梁、柱等構件。層板可經挑選與分級，並可將不同強度等級的材料配置於構件不同位置；構件也可製成曲線形。

交錯層積木（CLT, cross-laminated timber）

第 3 層 ━━━━━━━━━
第 2 層 ┃┃┃┃┃┃┃┃┃
第 1 層 ━━━━━━━━━
 ↑ 相鄰層纖維方向約成 90°

將實木板材分層排列，使相鄰層的纖維方向互相垂直，再塗布結構用膠黏劑、加壓膠合成大型板材，常用於牆、樓板及屋頂構件。

二、單板膠合類

合板（Plywood）

面板 ━━━━━━━━━
芯板 ┃┃┃┃┃┃┃┃┃
芯板 ━━━━━━━━━
背板 ┃┃┃┃┃┃┃┃┃

將原木旋切或刨切成薄單板，乾燥後分層塗膠，使相鄰層木紋方向交錯，通常約呈直角，再經熱壓膠合。交錯排列可降低木材順紋與橫紋方向性能差異所造成的尺寸變化。

單板積層材（LVL, laminated veneer lumber）

單板 ━━━━━━━━━━━━━━━━━
單板 ━━━━━━━━━━━━━━━━━ → 多數單板纖維方向平行
單板 ━━━━━━━━━━━━━━━━━

將薄木單板乾燥、塗膠後，通常使纖維方向沿構件長度平行排列，再經熱壓製成板材或大型材。與合板的主要差異是：LVL 的單板纖維多數沿長度方向排列，合板則以相鄰層交錯排列為特徵。

三、木片或木條定向膠合類

定向粒片板（OSB, oriented strand board）

表層木片： ━━━ ━━━ ━━━
芯層木片： ┃┃┃ ┃┃┃ ┃┃┃
表層木片： ━━━ ━━━ ━━━

將木材削製成長片狀木片，乾燥並混入膠黏劑後，按層定向鋪裝；表層木片通常沿板材長向排列，芯層木片則與表層方向大致交錯，再經熱壓成板。

核心觀念

安裝鐵件是連接帷幕牆體與主結構的介面，包含預埋件、連結扣件、調整鐵件等。它除了要把帷幕牆可靠固定於結構體，也要配合帷幕牆與主結構的相對變位，並能在施工時完成定位與固定。

本題重點可依安裝鐵件的結構作用、物理性能、施工要求及耐久性能四方面作答。帷幕牆屬外部圍護構材，鐵件須承受並傳遞風力、地震作用及自重等作用；同時不能妨礙帷幕牆吸收層間變位、溫度變化等需求。

解題方法

由安裝鐵件在系統中的功能切入：先確認它須安全傳力，再檢查其是否容許必要變位、能否準確安裝，以及長期使用是否可靠。依此分述如下。

一、結構安全與承載能力

鐵件、螺栓、銲道及其與結構體的錨定部分，均須具備足夠強度與剛度，能將帷幕牆自重及風力、地震力等作用安全傳至主結構。設計應檢核鐵件本身、接合部、預埋件及錨定部位，避免局部屈服、破壞、滑脫或帷幕牆脫落。

二、變位吸收與物理性能

鐵件須配合帷幕牆系統吸收主結構層間變位、梁柱撓度及構材溫度伸縮等相對變位；固定點與滑動點的配置應符合設計，使帷幕牆在受力及變位時不致被過度拘束，造成框架、面板或接縫損壞。

需要吸收變位的鐵件，應在安裝及正式固定後仍能發揮預定功能，不得因焊死、螺栓鎖固方式錯誤或施工干涉而失效。

三、定位調整與施工性能

核心觀念

本題考查兩件事：焊後非破壞檢測方法的適用範圍，以及抽驗結果如何判定、擴大檢測與處置。

非破壞檢測（NDT）是在不破壞構件的情況下，檢查焊道表面或內部缺陷。檢測方法須配合缺陷位置與接頭型式選用；檢測比例及不良率門檻則依工程契約、設計圖說與適用施工規範辦理。

解題方法：先分表面與內部缺陷

答題時先列出常見方法，再說明各方法的檢測範圍，最後交代抽驗判定與不合格處置。這樣可以避免把「檢測方法」和「合格率」混成同一件事。

常見焊後非破壞檢測方法

方法	常用代號	主要用途與特性
目視檢測	VT	檢查焊道外觀、尺寸、表面裂紋、咬邊、焊瘤等；適用範圍廣，通常作為基本檢查。
磁粒檢測	MT	利用磁化後的漏磁場顯示缺陷，適用於鐵磁性材料的表面及近表面缺陷。
液滲檢測	PT	利用滲透液及顯像劑顯示表面開口缺陷；材料不必具有磁性，但缺陷須與表面相通。
超音波檢測	UT	以超音波反射訊號檢查焊道內部缺陷，常用於鋼結構厚板焊道；檢測結果需由合格人員依程序判讀。
放射線檢測	RT	以 X 射線或 γ 射線形成影像，檢查焊道內部缺陷；須管制輻射作業與安全範圍。

表面檢測以 VT、MT、PT 為主；內部缺陷檢測以 UT、RT 為主。MT 適用於鐵磁性材料，PT 則適用於表面開口缺陷，不能用來直接判斷深埋於焊道內部的缺陷。

合格標準與合格率的執行方式

1. 檢測比例依契約與施工規範決定

以命題當年（民國 113 年）適用的《鋼骨鋼筋混凝土施工規範》及鋼結構工程施工規範為準，焊道檢測長度、抽驗比例及不良率管制，原則上依工程契約及設計圖說辦理。規範沒有適用於所有工程的單一固定「合格率」；答題時應明確說明，不能把特定工程的抽驗比例當成通案標準。

核心觀念

本題考查：

1. 內鉸（internal hinge / pin connection）的結構特性。
2. 靜定與靜不定結構之判斷。
3. 分割梁體後，利用靜力平衡方程式求支承反力。
4. 由剪力與彎矩的微分關係繪製剪力圖、彎矩圖：

$\frac{dV}{dx}=-w,\qquad \frac{dM}{dx}=V$

內鉸的關鍵條件為：

$M_C=0$

且內鉸可傳遞水平力與垂直力，但不能傳遞彎矩。

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（一）靜定性判斷

A 點為鉸支承，提供水平反力 $A_x$ 與垂直反力 $A_y$；B、D 點為滾支承，各提供一個垂直反力 $B_y$、$D_y$。

外部未知反力共有：

$A_x,\ A_y,\ B_y,\ D_y$

共 4 個未知數，而平面剛體僅有 3 個獨立平衡方程式：

$\sum F_x=0,\qquad \sum F_y=0,\qquad \sum M=0$

若只視為單一梁體，會多出 1 個未知反力。然而 C 點為內鉸，具有附加條件：

$M_C=0$

因此可將梁在 C 點分割，分別對 $CD$ 段及 $AC$ 段分析，未知反力即可由平衡方程式求得。

故本梁為：

$\boxed{\text{靜定結構}}$

判斷依據為：內鉸提供了額外的彎矩條件 $M_C=0$，使原本的 4 個外部反力可由平衡條件完全求出。

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（二）剪力圖與彎矩圖

1. 求 $CD$ 段支承反力

$CD$ 長度為 $3\ \mathrm{m}$，承受均布載重：

$w=5\ \mathrm{kN/m}$

均布載重合力為：

$W=5\times 3=15\ \mathrm{kN}$

作用於 $CD$ 中點，距 C 點 $1.5\ \mathrm{m}$。

對 $CD$ 段取 C 點力矩：

$\sum M_C=0$

$D_y(3)-15(1.5)=0$

$D_y=7.5\ \mathrm{kN}$

再由垂直力平衡：

$C_y+D_y-15=0$

$C_y=7.5\ \mathrm{kN}$

因此，對右側 $CD$ 段而言，C 點鉸接反力向上 $7.5\ \mathrm{kN}$，D 點反力向上 $7.5\ \mathrm{kN}$。

作用於左側 $AC$ 段的 C 點反力則為向下：

$7.5\ \mathrm{kN}$

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2. 求 A、B 點支承反力

對左側 $AC$ 段分析。A、B、C 的水平距離分別為：

$AB=3\ \mathrm{m},\qquad BC=3\ \mathrm{m}$

C 點有向下 $7.5\ \mathrm{kN}$ 的作用力。

對 A 點取力矩：

$\sum M_A=0$

$B_y(3)-7.5(6)=0$

$B_y=15\ \mathrm{kN}$

垂直力平衡：

$A_y+B_y-7.5=0$

$A_y+15-7.5=0$

$A_y=-7.5\ \mathrm{kN}$

負號表示 A 點反力實際方向向下。

水平方向無外力，因此：

$A_x=0$

支承反力整理如下：

位置	反力
A	$7.5\ \mathrm{kN}$ 向下
B	$15\ \mathrm{kN}$ 向上
C 對右段	$7.5\ \mathrm{kN}$ 向上
C 對左段	$7.5\ \mathrm{kN}$ 向下
D	$7.5\ \mathrm{kN}$ 向上

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3. 剪力圖

取左截面剪力向上為正。

A 至 B 段

A 點反力向下 $7.5\ \mathrm{kN}$，故：

$V=-7.5\ \mathrm{kN}$

剪力維持常數。

B 至 C 段

通過 B 點時受到向上反力 $15\ \mathrm{kN}$：

$V=-7.5+15=+7.5\ \mathrm{kN}$

剪力維持常數，至 C 點仍為：

$V_C=+7.5\ \mathrm{kN}$

C 至 D 段

均布載重使剪力以斜直線下降：

$V(x)=7.5-5x$

核心觀念

本題考查《建築物耐震設計規範及解說》中的勁度不規則性，以及集合住宅常見的「軟弱底層」如何形成、如何預防或補強。軟弱底層的關鍵，在於某一樓層的側向勁度或抗震強度相對於上層明顯不足；地震時變形容易集中在該層，使柱、梁柱接頭及其他抗側力構件承受過大需求。

法規與數值依**命題當年（民國 113 年）**適用的《建築物耐震設計規範及解說》作答。民國 113 年 3 月 1 日規範曾修正部分規定；以下軟層與極軟層的判定數值，依當年規範表列定義說明。

（一）軟層與極軟層之判定標準

設第 $i$ 層側向勁度為 $K_i$，第 $i+1$ 層為其上一層，並以 $K_{i+1}$、$K_{i+2}$、$K_{i+3}$ 表示再往上的兩層及三層勁度。

軟層（Soft Story）：符合下列任一條件，即屬勁度不規則性中的軟層：

$$\frac{K_i}{K_{i+1}}<0.70$$

或

$$\frac{K_i}{\left(K_{i+1}+K_{i+2}+K_{i+3}\right)/3}<0.80$$

也就是該層勁度低於上一層的 $70\%$，或低於其上三層平均勁度的 $80\%$。

極軟層（Extreme Soft Story）：符合下列任一條件，即屬極軟層：

$$\frac{K_i}{K_{i+1}}<0.60$$

或

$$\frac{K_i}{\left(K_{i+1}+K_{i+2}+K_{i+3}\right)/3}<0.70$$

也就是該層勁度低於上一層的 $60\%$，或低於其上三層平均勁度的 $70\%$。極軟層屬更嚴重的勁度不規則；依規範表列，極軟層為不容許的結構系統。

分析時，可將樓層側向勁度理解為樓層剪力與層間側向位移的比值：

$$K_i=\frac{V_i}{\Delta_i}$$

其中 $V_i$ 為該層剪力，$\Delta_i$ 為該層層間側向位移。實際檢核應依規範分析模型與勁度計算方式辦理。

容易混淆的名詞：「軟層」是勁度不規則性；「弱層」則是強度不規則性，判定涉及該層極限層剪力強度與設計層剪力的比值。兩者可能同時存在，但不可把軟層的勁度百分比誤當成弱層的強度判定標準。

（二）軟弱底層之具體成因與因應對策

1. 具體成因

1. 一樓採開放式空間：集合住宅常將一樓規劃為停車空間、騎樓、門廳或商店，牆體少、隔間少；上層住宅則有較多外牆與隔間牆，導致一樓側向勁度遠低於上層。