專技高考
111年
[建築師] 建築結構
第 17 題
關於在既有建築物的屋頂施做綠化工程前的考量，下列敘述何者正確？
- A 覆土深度不應超過樓地板厚度
- B 綠化工程依植栽種類而有不同工法。若僅打算以草本植物進行屋頂綠化，則可用磚、石材料先圍出植栽預定區，然後將覆土直接填入、覆蓋於屋頂上，最後再植入植物
- C 進行結構評估時，僅需考慮的額外載重為植栽、覆土與建材的重量
- D 屋頂綠化可能會改變建築物在地震時的結構振動反應
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請試著想像，如果在一個原本晃動規律的單擺頂端，突然綁上一個沉重的鉛球，當你再次推動它時，它的晃動頻率與原本沒有鉛球時相比，會發生什麼樣的變化？這種物理特性的改變，對於承受地震波衝擊的建築物來說，代表了什麼意義？
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同學觀察得很敏銳，正確選出了關於結構動態反應的選項！這題的關鍵在於理解「質量」對結構系統的本質影響。當我們在既有建築頂層增加綠化工程時，實質上是大幅增加了建築物的頂部質量 ($m$)，這會直接改變結構的物理特性。
質量與動力反應的關係
從結構動力學的角度來看，建築物的自然週期 $T$ 與質量及剛度密切相關，其基本關係可簡化為 $T = 2\pi\sqrt{\frac{m}{k}}$。當屋頂增加了覆土、植栽及蓄水重量後，質量 $m$ 隨之增加，在結構剛度 $k$ 不變的前提下，建築物的自然震動週期會變長。這將直接影響建築物在地震力作用下的位移與受力分配，甚至改變其與地震波產生共振的風險，因此選項 (D) 是最核心的結構安全考量。
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