114 公務人員升官等薦任 建築工程 建築結構系統 考古題詳解

核心觀念

本題考查《建築物耐震設計規範及解說》第四章「附屬於建築物之結構物部分構體、非結構構材與設備之地震力」的設計理念。以命題當年（民國 114 年）法規為準。

建築物結構系統具有整體性，通常由結構專業人員按規範設計；但天花板、隔間牆、外牆飾材、管線、空調與電氣設備等非結構構材及設備，常由其他專業人員指定，或於竣工後由業主、住戶添購。這些物件未必納入建築結構的整體耐震分析，固定方式與耐震能力也常有差異，因此地震時更容易發生掉落、傾倒、滑移、破裂或管線接頭損壞。

此外，建築物受地震作用時會振動，樓層加速度會傳遞並放大至所附屬的構材與設備；構材或設備本身的週期若與樓層運動接近，還可能產生共振放大。因此，非結構構材與設備所承受的慣性力，不宜直接以建築物整體結構所採用的折減後地震力估算，而須依規範按其所在樓層、位置、共振特性及重要性等因素計算設計地震力。

解題方法

作答時抓住兩個層次即可：

1. **易受損、易造成危害：**非結構構材與設備的設計及安裝來源分散，耐震細節未必經過整體結構分析；破壞機率高，掉落或失效可能造成人員傷害、財物損失及建築物功能中斷。
2. **所受地震反應較大：**它們附著於振動中的建築物，承受樓層加速度及自身動態特性造成的放大效應；

核心觀念

本題考查「建築物外形規則，不代表結構系統一定規則」。即使樓層平面幾何對稱、沒有凹角或側翼，樓板隔膜、抗側力構件的配置或整體受力反應仍可能形成平面不規則性。

依命題當年（民國 114 年）適用的《建築物耐震設計規範及解說》，平面不規則性可由下列原因造成：

1. 扭轉不規則：在包含意外扭矩的地震力作用下，沿地震力方向最大側邊層間變位，大於兩側邊平均層間變位的 $1.2$ 倍。
2. 橫隔版不連續：樓板開口過大，或樓板有效剛度發生明顯變化，使樓板無法有效傳遞地震力。
3. 平面外偏移：抗側力系統構件在樓層間有平面外錯位，力流須轉折傳遞。
4. 非平行系統：抵抗地震力的結構系統彼此不平行，地震力傳遞方向與抗側力構件配置不一致。

解題方法與圖說

作答時應把「外框幾何形狀」和「結構配置及樓板傳力」分開判斷。以下均以矩形樓層外框為例；外框規則，不妨礙內部抗側力構件或樓板傳力造成平面不規則。

一、質量與剛度分布不均，產生扭轉不規則

樓層質量中心與剛心不重合時，地震力除造成平移，也會造成扭轉。即使外框對稱，若剪力牆、斜撐或抗彎構架集中在一側，剛心便可能偏離質量中心。

 地震力 →
┌────────────────┐
│ ● 質量中心 │
│ │
│ ║ │ 抗側力構件集中一側
│ ║ │
└────────────────┘

設兩側邊層間變位為 $\Delta_{\max}$ 與 $\Delta_{\min}$，其平均值為

若

即屬扭轉不規則。判斷重點是實際地震作用下的樓層變位，不是只看建築物外觀是否對稱。

二、樓板開口或樓板剛度突變，造成橫隔版不連續

核心觀念

本題考查斜向鋼索的受力分解，以及屋面荷重與鋼索垂直分力的平衡。鋼索拉力 $T$ 與水平屋面夾角為 $\theta_i$ 時，其垂直分力為 $T\sin\theta_i$。

解題方法

依圖示，屋面各區段的重量以單位寬度表示為 $wL_i$。採用各區段荷重由相對應鋼索承擔的理想化方式，對每一區段作垂直力平衡：

題目指出所有鋼索拉力均達極限載重 $T$，因此：

由圖可判斷角度由外側往 A 字型桁架逐漸增大，即 $\theta_1<\theta_2<\theta_3<\theta_4$。在此角度範圍內，正弦值亦依序增大，所以：

其比例為：

核心觀念

本題考查平面桁架的節點法。桁架各桿件視為二力構件，桿力沿桿件軸線作用；對每個節點使用平衡條件：

以下以桿件受拉為正，計算結果為負表示受壓。斜桿的幾何比例為水平 $4\,\text{m}$、垂直 $3\,\text{m}$、桿長 $5\,\text{m}$，故方向餘弦為 $4/5$、$3/5$。

解題方法

先求支承反力，再由反力已知的節點依序解桿力。

設 $A$ 點反力為 $A_x,A_y$，$D$ 點反力為 $D_y$。整體平衡：

以 $A$ 點取力矩，$F$ 點的水平力作用高度為 $3\,\text{m}$：

由 $A$ 點求 $AB、AE$

令桿力拉力為正：

因此 $AE$ 為壓力。再由水平平衡：

因此 $AB$ 為張力。

由 $D$ 點求 $CD、FD$

因此 $FD$ 為壓力。由水平平衡：

因此 $CD$ 為張力。

由 $B$ 點判定 $BE、BC$

核心觀念

本題考《建築物耐震設計規範及解說》第九章「隔震建築物設計」中，隔震系統的五項基本要件。依命題當年（民國 114 年）適用規定，隔震系統須兼顧垂直承載、水平隔震、位移控制、抗風及震後復位。

隔震的基本原理是降低系統水平方向的勁度，使結構週期延長、減少地震力傳入；但週期延長可能增加相對位移，因此還須有消能與回復能力，並確保正常使用時抵抗風力。

解題方法

題幹引用規範中的隔震系統定義，關鍵字是「至少須具備哪些基本要件」，因此直接依規範逐項列出即可。作答時可按「承重、隔震、消能、抗風、復位」的功能順序說明：

1. 垂直承載：在垂直方向具有足夠的剛性及承載容量，以承受上部結構重量。
2. 水平柔性：強震作用下，水平方向具有足夠柔性，使結構週期延長，隔離地震波進入建築物並降低水平地震力。