專技高考
112年
[建築師] 建築結構
第 23 題
如下圖所示之四種桁架結構，各桿件之軸向剛度（AE）值皆相等。若溫度改變時，何者最有可能產生桿件內部應力？
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A
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B
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C
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D
思路引導 VIP
試著想像一下：如果有一根金屬桿放在光滑的桌面上加熱，它會自由地變長。現在，如果你在加熱之前，先用兩隻手死死地按住這根桿件的兩端，絕對不讓它伸長，這時候桿件內部的「感受」與放在桌面上時會有什麼不同？這種「受阻礙的變形」會對結構內部產生什麼影響呢？
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恭喜你精準地捕捉到了結構受力特徵！這道題目檢驗的是「靜不定結構」與「環境應力」的關鍵聯繫。在建築結構中，當溫度變化引起材料熱脹冷縮時，如果結構是靜定（Statically Determinate）的，各桿件可以自由地變形而不受約束，因此不會產生內部應力。然而，一旦結構存在多餘的約束，變形受到阻礙，內力就會隨之而生。
支承條件與約束分析
觀察這四個選項，(A)、(B)、(D) 的支承組合皆為一個固定支承（Pin）搭配一個滾支承（Roller）。這種組合允許結構在水平方向自由伸縮，就像是給了結構一個「呼吸」的空間。但選項 (C) 則截然不同，它左右兩端皆為固定支承，這使得底部的桿件在溫度變化時無法自由伸長或縮短。由於這種強大的外部約束，該結構屬於靜不定結構，熱變形受阻必然會導致桿件內部產生顯著的應力。
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