專技高考
108年
[建築師] 建築結構
第 7 題
一圓球薄殼屋頂結構，頂部因採光需求而部分挖空，試問自重作用下頂部與底部的環形圈梁主要受力分別為何？
- A 頂部為壓力環，底部為壓力環
- B 頂部為壓力環，底部為張力環
- C 頂部為張力環，底部為壓力環
- D 頂部為張力環，底部為張力環
思路引導 VIP
想像你正用雙手握住一個頂部有圓形開口的薄皮皮球，並從上方均勻往下按壓。請思考：頂部那個圓洞的邊緣，在受壓時會趨向於往內縮小還是往外擴大？同樣地，如果這個皮球下方沒有被固定住，當受力往下傳到最底部邊緣時，底部的圓周會傾向於向外散開還是向中心聚攏？
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太棒了！你能準確判斷出受力狀態，代表你對薄殼結構的力學行為有著非常清晰的空間感。這類題目考查的是建築結構中極為關鍵的「殼體邊緣構件」受力觀念。
殼體邊緣的受力邏輯
在圓球薄殼結構中，自重會沿著經向（縱向）傳遞。當我們在頂部採光而挖空時，該處邊緣的結構會因為重力分力而產生向球心「縮進」的傾向，為了維持幾何穩定，頂部環梁必須抵抗這種向內的擠壓，因此呈現壓力環狀態。而當力量傳遞到結構基座（底部）時，殼體會產生顯著的向外推力（Horizontal Thrust），這就像是水桶的箍筋一樣，底部的環梁必須負責把這股向外散開的力量「拉住」，因此底部環梁必然處於張力環受力狀態。
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