民國112年 地方三等 建築工程 建築結構系統
第3題
建築物之水平載重抵抗系統，一般可採用斜撑、加大構材斷面或剪力牆 等方式，若以剪力牆進行設計時，其平面與立面配置原則為何？試就其 抵抗扭轉及避免軟弱層效應等要項，…
題目
建築物之水平載重抵抗系統，一般可採用斜撑、加大構材斷面或剪力牆 等方式，若以剪力牆進行設計時，其平面與立面配置原則為何？試就其 抵抗扭轉及避免軟弱層效應等要項，請配合圖示論述。（25 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、剪力牆之角色與力學特性：剪力牆（shear wall）為面內受剪之鋼筋混凝土牆體，平面內具有極高之側向勁度與強度，可有效將地震引致之水平剪力與傾覆力矩傳遞至基礎，並抑制層間變位。相較於斜撑（brace）或加大構材斷面，其優點為勁度大、變位小、可兼作隔間牆；缺點為自重較大、平面配置受限、開孔會顯著削弱強度與韌性。
- 二、平面配置原則：牆體應力求對稱、均勻、分散，並儘量配置於建築物外周，使側向勁度中心（center of rigidity）與質量中心（center of mass）接近重合，以降低偏心。避免僅單側、角落集中或前後不對稱之配置；宜形成閉合箱型或核心筒（core）配置，可同時提高扭轉勁度 J=Σ(A_i·d_i²)，其中 A_i 為各牆段水平投影面積、d_i 為其至扭轉中心之距離，牆體愈外移則 J 愈大。
- 三、抵抗扭轉之要項：地震作用下若勁度中心與質量中心存在偏心距 e，即產生扭轉力矩 M_t=V·e 及附加剪力，使外側牆體受力放大。設計時應（1）縮小 e，使兩中心靠近；（2）將牆體外移以增大扭轉勁度；（3）依建築物耐震設計規範檢核「扭轉不規則」，必要時提高設計地震力或改採動力分析；（4）避免長寬比過大及 L 形、U 形平面之偶合扭轉。繪圖時可繪出平面配置圖，並標註質量中心、勁度中心與偏心距 e 之位置關係。
- 四、立面配置與避免軟弱層：牆體應自基礎連續貫通至屋頂，避免中途中斷、退縮或突然減量，以免形成軟弱層（soft story）或弱層（weak story）。常見情形為底層作開放空間、騎樓或停車場而取消牆體，致使底層勁度遠低於上層，地震時變位集中於底層而崩塌。因應方式包括底層增設翼牆或短牆、加大柱斷面、採 SRC 或鋼骨構架、或將上部牆體適度減量以緩和勁度突變。
- 五、開口、配筋與整體檢核：牆面開口應上下對齊、避免過大或偏於一側，開口角隅須配置斜向補強鋼筋以防應力集中；牆體兩端宜設置邊界構材（boundary element）以抵抗撓曲壓力與握裹需求；牆厚、配筋率與剪力強度須依建築物混凝土結構設計規範檢核。另應避免短柱效應，確保牆與梁柱接頭之韌性，並以層間變位角（drift ratio）與扭轉位移量作整體檢核。考生依上述原則繪製平面對稱配置圖與立面連續配置圖，並標註軟弱層位置即可。
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