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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:
四、回答下列問題:
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (二)

韌性對於結構物之耐震有何影響?(10 分)

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看到「韌性與耐震」,首先應想到力學上「應力-應變曲線」中降伏後的變形能力。接著連結耐震設計理念:建築物如何透過「塑性變形」來吸收/耗散地震能量(遲滯迴圈面積),並提及法規實務上如何藉由結構系統韌性容量(R值)來折減設計地震力,達到經濟與安全平衡的「大震不倒」目標。

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【破題】 韌性(Ductility)是現代建築耐震設計的靈魂,指結構物在承受超過彈性極限的載重(降伏)後,不發生顯著強度衰減且能持續發生塑性變形的能力。其對耐震的影響主要體現在「能量耗散」、「降低設計力」與「避免脆性破壞」三大面向。 【論述】

小題 (一)

說明結構韌性比(ductility ratio)之定義。(5 分)

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面對名詞解釋題,首要任務是給出精確的『文字定義』與『數學公式』。接著,需從建築結構的角度補充其『物理意義』(如吸收地震能量)與『實務應用』(如耐震設計的地震力折減),以展現專業深度並穩拿滿分。

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「結構韌性比(Ductility Ratio,通常以 $\mu$ 表示)」指結構物、構件或斷面在達到降伏(Yielding)狀態後,至發生嚴重破壞或極限狀態(Ultimate State)前,所能承受之最大非彈性變形能力與降伏時變形量之比值。 其計算公式為:$\mu = \frac{\Delta_u}{\Delta_y}$ (其中,$\Delta_u$ 為極限變形量,$\Delta_y$ 為降伏變形量;變形量依分析對象可為位移、轉角或曲率)。

小題 (三)

在 RC 結構設計時,為確保結構韌性,對於結構和構件的破壞機制應採行那些設計準則?(10 分)

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看到「RC結構韌性」與「破壞機制設計準則」,應立刻聯想到耐震設計的「容量設計法(Capacity Design)」。解題時請從「整體系統層次」與「單一構件層次」切入,寫出「強柱弱樑」、「強剪弱彎」、「強節點」及「確保拉力破壞(次筋設計)」等核心原則,並說明其力學意義。

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【破題】 在RC結構耐震設計中,為確保結構具備良好的韌性(Ductility)以耗散地震能量並防止瞬間崩塌,結構與構件的破壞機制應遵循「容量設計法(Capacity Design)」之精神,有計畫地控制結構的破壞模式與先後順序。 【論述】

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