建築工程 102 年建築結構系統考古題

某大型實心公共藝術品外觀如圖一所示，其底部以正方形（邊長為d）之鋼板支撐黏 著於地面上，而重心位於該鋼板的形心正上方。設藝術品重量為W，而地震力（E） 亦作用於重心點。當設計地震力E = 0.1W，且底部支撐鋼板黏著範圍內不出現拉應 力時，試求下述兩種情況下之最小d 值分別為何？ 自重及地震力共同作用時。（10 分） 出平面（out of plane）的另一向地震力也同時作用於重心點，造成兩個水平地震 力與一個自重共同作用時。（10 分） 圖一

結構系統之良窳對建築物耐震安全具有關鍵性之影響，因此在建築規劃階段必須有 適切之考慮。 就耐震安全而言，結構系統應儘量避免在地震下發生那些破壞模式（failure mode）？ 其原因為何？（8 分） 圖（一）之(a)、(b)、(c)所示為三種建築結構系統規劃，試研判在水平地震力作用 下，三種系統各有何耐震上之缺點？（6 分） 試分別針對三種系統提出其耐震改善方式。（6 分） 圖（一） （請接第二頁） 構架間 有磚砌 牆體 牆體 開高窗 GL (a) (b) (c) 牆體 一 102年公務人員特種考試警察人員考試、 102年公務人員特種考試一般警察人員考試及 102年特種考試交通事業鐵路人員考試試題 類 科： 建築工程 全三頁 第 頁

何謂力偶（couple）、力偶矩（couple moment），請說明之。（5 分） 請問下圖桁架是否穩定？為靜定或幾次靜不定？（5 分） 若為穩定，請求出下圖A、B 反力，及桿件a、b、c 內力；若不穩定，請說明其 原因。（15 分）

某結構框架受側向力P 作用後，已知柱上的彎矩圖如圖1 所示。試計算： 側向作用力P（15 分） 上梁之剪力VB（15 分）

圖二為簡支梁，其右端帶有懸臂長度，梁上承受均佈載重。若X = L/2，則AB 間的 最大彎矩為何（10 分）？若此梁為RC 構造，試繪出因彎矩產生的主要拉力鋼筋位 置（10 分）。 圖二 1 m E W d B C A L X ω 102年特種考試地方政府公務人員考試試題 代號： 類 科： 建築工程、公職建築師 全一張 （背面） 33450 33550

圖（二）之(a)所示為一河流斷面，今擬在其上方架設一結構，使人及輕型車輛可以通 行。假設因材料關係，規劃之結構無法以單根梁來解決，故如圖（二）之(b)採兩段梁 對接，並在其下方再輔以桁架來解決。 試研判此結構規劃是否可行，原因為何？（10 分） 若另有替代方案如圖（二）之(c)與(d)所示，試研判(c)與(d)替代方案是否優於(b) 所示之方案。（10 分） 假設AC、BC 採膠合木（glue laminated timber），附加之桁架採鋼管，試針對圖 (c)或(d)繪C 點之構造詳圖。（10 分） 圖（二） （請接第三頁） (a) A B (c) A B C (d) A B C (b) A B C 二 102年公務人員特種考試警察人員考試、 102年公務人員特種考試一般警察人員考試及 102年特種考試交通事業鐵路人員考試試題 類 科： 建築工程 全三頁 第 頁

以鋼結構為例，請繪圖說明歐拉（Euler）柱曲線（column curve）與實際柱曲線 之形狀，以及造成兩者差異之原因為何？請說明之。（10 分） 請解釋何謂彈性挫曲及非彈性挫曲？（5 分） 以鋼結構而言，長柱、中長柱與短柱之破壞模式為何？請說明之。（10 分）

某結構桿件之受力狀況可表示如圖2：一個集中載重P 作用於長方形斷面（L×2L） 的一個端點上。若不考慮應力集中的現象，試求在該桿件斷面上的最大拉應力為若 干。（15 分）

某廢棄工廠再利用案例中，有一個鋼鐵桁架結構狀況良好，各桿件的斷面尺寸皆相 同，如圖三所示。由於需要在C 點加上載重Q，故先要評估其結構安全性。今擬 就C 點有載重時，可能造成那根桿件最先發生挫曲破壞進行評估（可忽略自重影響）， 試提出評估結果。（20 分） 圖三

圖（三）之(a)所示為一鋼骨結構，若D 點因基礎施工不良，在建築物完工後產生下陷， 研判此種狀況下桿件AB、BC、BD 會引起何種應力。（10 分） 若引起之應力甚大，則AB 桿可能產生何種結構行為？（5 分） 若AB 及BC 上方之斜屋面為玻璃（如圖（三）之(b)），試問屋面可能產生那些 構造問題？（5 分） 圖（三）

就臺灣地區低矮型式之鋼筋混凝土造或加強磚造的校舍，921 地震後，均進行耐震 評估及補強設計，以確保生命財產的安全。 一般傳統中小學的校舍，多為長條型，就長向與短向而言，通常何者抵抗地震力 之能力較高，理由為何？（5 分） 請說明何謂強度補強與韌性補強，兩者有何關係？（5 分） 請任提出三種常用之耐震補強工法，並請說明之。（15 分）

某建築師擬在嘉義市設計一棟5 層樓美術館，該建物呈梯形平面。北向一樓為入口， 故採較大開間以求動線方便及較佳氛圍。南方緊鄰住宅區，而西側為降低日曬對建 築產生的熱量，故在此二側均需採遮蔽手法，因此均欲以12 公分RC 牆遮蔽；其餘 結構擬採RC 剛構架。圖3 為初步設計的結構平面圖。 試就此一系統檢討其耐震性能的妥適性（100 字以內）（10 分）； 若有更好的抗震結構系統且同時也可以滿足上段的條件時，試繪圖簡要（100 字 以內）說明之。（10 分） 300 kN-m 300 kN-m 260 kN-m 260 kN-m 8m 4m VB P P P L 9m 9m 9m 9m 10m 9m 13m 13m RC牆 S 圖3 圖2 圖1 102年公務人員高等考試三級考試試題 代號： 類 科： 建築工程、公職建築師 全一張 （背面） 35220 35320 wl Q R A A 16 7 = = wl RB 8 5 = wl Q R C C 16 1 − = − = wl QBA 16 9 − = 2 16 1 wl M B − = 2 512 49 wl M D = EI wl 768 7

現行抗震設計的作法有許多跟只抵抗重力或風力的設計不同，導致抗震RC 結構的 桿件尺寸及細部設計會有許多特殊之處。有一個重要概念為：強柱弱梁。試說明此 一概念如何落實在一個RC 抗彎矩構架的柱梁尺寸設計中。（20 分）

圖（四）所示剛構架（rigid frame），A 端固定（fixed），C 端為滾支承（roller）， B 點受水平力60kN 作用。試分析此構架，並繪彎矩圖（moment diagram）、剪力 圖（shear diagram）及軸力圖（axial force diagram）。（30 分） 圖（四） B A C D 8m 8m 8m (a) (b) 結構黏結材 角鐵桁條 H 型鋼 厚玻璃 90cm 三 AB 及BC 之EI 相同 A B 60kN 8m 8m C

有關高層建築物之下列問題，請說明之。 平面配置原則為何？（10 分） 請說明建築物不良的平面及立面形狀。（10 分） 請說明有何補強的方式。（5 分）

0 = δ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = l x 16 7 0 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = l x 2 1 wl Q R A A 8 3 = = wl RB 4

某一戶外重要大型公共藝術（長寬各3 米，高4 米）於颱風中受損，需要緊急搭建 一個保護其不受風力作用，同時可進行維修的施工棚架，使用期間以一年計。施工 棚架以該藝術品為中心，可用外部最大尺寸為長寬各18 米但高度無限制，內部要有 淨空長寬各12 米及高5 米；尚須設置一個門（高4 米，寬5 米）作為施工機具進 出口。棚架要滿足可以在颱風季節裡的抗風強度，以及兼顧造型美觀。試提出建築規 劃草案，並說明結構系統的概念，以便由結構技師接手進行細部計算。（20 分） 4 m 4 @ 3 m = 12 m A C B Q

= wl Q R C C 8 3 = − = wl Q Q BC BA 8 5 − = − = 2 8 1 wl M B − = 2 128 9 wl M D = EI wl 185 4 max = δ ( )l x 422 .0 = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = l x 8 3 四、某建築之RC 結構平面如圖4 所示，其樓版結構體厚15 公分，上方之均布載重（含 樓版自重）可以簡化成：呆重5 kN/m2，活重為4 kN/m2。若以單向版分析此樓版之 內力，則可取單位寬度樓版，形成兩跨的簡支梁進行結構計算（見表一）。 試以此法求取極限應力設計法概念下的設計載重最大正負彎矩值，請考慮呆重及 活重載重係數分別為1.4 及1.7。（15 分） 繪出剖面A-A 處需要配置主要拉力鋼筋的位置。（10 分） 五、某平面框架如圖5 所示，其兩柱底部均為鉸接，只有梁上承受均布載重w。試示意 繪出此框架上梁柱的剪力圖及彎矩圖（無須計算），彎矩圖繪於張力側。（10 分） 圖4 圖5 10m w 4m 10m 10m 4m 4m S S S S A A w：均布載重 R：反 力 Q：剪 力 M：彎 矩 θ：回轉角 δ：撓 度 L：載重圖 Q：剪力圖 M：彎矩圖 L A C RC RB RA Q M L Q M RA RB RC C w A B MB MD w + - + + - - - - + + + - 表一 MD B x x0 l l l l