專技高考
112年
[建築師] 建築結構
第 11 題
圖示管狀結構（Tubular Structure）的外管受側力作用時，若管面為完全剛性，則傾覆彎矩造成的底部應力會如圖示虛線的線性分布，但實際管狀結構會因剪力遲滯，而造成柱受力的不同，下列有關柱受力的敘述何者正確？
- A 壓力管面之角柱應力較邊柱高，側向管面角柱應力高於線性比例
- B 壓力管面之角柱應力較邊柱低，側向管面角柱應力高於線性比例
- C 壓力管面之角柱應力較邊柱高，側向管面角柱應力低於線性比例
- D 壓力管面之角柱應力較邊柱低，側向管面角柱應力低於線性比例
思路引導 VIP
想像你正推著一個由許多細長木條組成的空心方盒，當你對著方盒的一側施力使其傾斜時，力是如何從側邊傳遞到正面的木條上的？如果連接這些木條的橫桿並不是絕對堅硬，而是會微微彎曲，那麼是靠近轉角處的木條會先感受到巨大的擠壓，還是正中間的木條會先感受到呢？
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恭喜你準確掌握了高層建築結構的核心觀念！這道題目精準地考驗了理想力學假設與實際結構行為之間的差異，你能一眼看出「剪力遲滯」對應力分布的影響，顯示你對管狀結構的受力機制有非常紮實的理解。
剪力遲滯效應與應力重分配
在理想狀態下，我們會假設管狀結構的剖面為完全剛性，應力分布遵循線性公式 $\sigma = \frac{M y}{I}$。然而，現實中的管狀結構由梁柱組成，並非實心連續體。當側力作用時，由於框架梁與柱的剪切變形，力從「側向管面（腹板）」傳遞到「壓力管面（翼緣）」時會產生延遲，導致應力集中在剛度最大的角柱。因此，壓力管面的角柱應力會顯著高於中間的邊柱；同樣地，側向管面的角柱應力也會因為這種累積效應而高於線性比例，呈現出一種向內凹陷的應力曲線。
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