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高考申論題 105年 [建築工程] 建築結構系統

第 二 題

📖 題組:
拱(Arch)通常被運用在大跨距的結構中,一般拱的種類有固定拱,二鉸拱與三鉸拱,假設只考慮垂直載重,如圖 1。 (一)試比較三種拱的:⑴水平推力。⑵斷面尺寸。⑶施工難度。⑷垂直載重能力。(20 分) (二)試繪製一拱的中央鉸接點大樣圖。(8 分)(拱為鋼構或木構皆可) 圖 1
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📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (二)

試繪製一拱的中央鉸接點大樣圖。(8 分)(拱為鋼構或木構皆可)

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看到「中央鉸接點大樣圖」,首要聯想「鉸接(Hinge)」的力學本質:傳遞剪力與軸力(通常為拱的壓力),但釋放彎矩(M=0)。在構造上,圖面必須清楚交代「單一旋轉軸心(如鋼插銷 Pin)」以及「預留微小轉動間隙(Gap)」。作答時選擇自己最熟悉的材質(鋼構最佳表達),並務必加上力學行為與構件名稱的文字標註。

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【破題】鉸接(Hinge)構造的核心力學行為在於「傳遞軸向力與剪力,但允許微小轉動以釋放彎矩」。繪製大樣圖時,必須具體呈現旋轉軸心(Pin)及容許變形的間隙。 【繪圖要點與標註指示】 由於試卷需以手繪圖面呈現,以鋼結構(H型鋼或圓管鋼)中央鉸接點為例,圖面上必須畫出以下構造細節,並「拉線標註」中文字幕:

小題 (一)

試比較三種拱的:⑴水平推力。⑵斷面尺寸。⑶施工難度。⑷垂直載重能力。(20 分)

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本題測驗「邊界條件」與「內部鉸」對拱結構力學行為的影響。解題核心應從『結構超靜定度(束縛度)』切入:束縛度越高(固定拱),彎矩分配越均勻、承載力越高,但對基礎沉陷越敏感(施工難度高);反之,靜定結構(三鉸拱)可自由變形吸收溫差與沉陷,施工最易,但局部彎矩較大使得斷面需求高。建議以表格進行綜合比較,並逐項輔以力學與實務原理解釋。

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【破題】 固定拱、二鉸拱與三鉸拱的主要差異在於「支承邊界條件」與「結構超靜定度」(分別為 3 度超靜定、1 度超靜定與靜定)。此差異直接決定了系統的內力分布、變形能力與基礎要求。以下針對四個維度進行比較分析: 【論述】

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