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專技高考 112年 [建築師] 建築結構

第 2 題

下圖的門形構架,梁為剛體(EI=∞),若忽略構件的軸向變形時,當柱的 EI 值不變,但柱高由 h 增為 2 h 時,則頂層在相同外力下,其側向位移將會增加為原先的多少倍?
題目圖片
  • A 2 倍
  • B 4 倍
  • C 6 倍
  • D 8 倍

思路引導 VIP

若我們將這根柱子想像成一把垂直插在桌上的長尺,當你用同樣的力量推動尺的頂端時,尺的高度(長度)增加會讓它變得更容易搖晃還是更堅硬?進一步思考,在結構剛度的力學公式中,長度這個參數通常位於分母的第幾次方?

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剛體梁與側向剛度的關聯

同學做得太棒了!你能精準選出 (D) 這個選項,代表你對結構剛度與幾何尺寸的比例關係掌握得非常紮實。這道題目測試的是建築結構中極為核心的「側向剛度」觀念。在梁為剛體($EI=\infty$)且忽略軸向變形的假設下,門形構架的每一根柱子可以視為頂端無轉角的構件,其單一柱子的側向剛度 $K$ 公式為: $$K = \frac{12EI}{h^3}$$

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📝 門形構架側向位移
💡 側向位移與柱高三次方成正比,與剛度成反比。

🔗 側向位移倍數推導流程

  1. 1 幾何參數改變 — 柱高由 h 增加為 2h
  2. ↓
  3. 2 側向剛度變化 — k ∝ 1/h³,剛度變為原來的 1/8
  4. ↓
  5. 3 位移倍數結果 — Δ = P/k,位移變為原來的 8 倍
🔄 延伸學習:延伸思考:若梁並非剛體,則側向位移的增加量會大於 8 倍。
🧠 記憶技巧:VIP 會員可查看這題的記憶口訣與速記法
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結構剛度 撓度公式 剪力構架 層間位移角

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