專技高考-建築師建築結構106 年第 19 題單選題
下圖剛架中,若梁的勁度趨近於無限大,則柱挫屈的有效長度係數 K 值為何?
C正確答案
梁勁度無限大時,柱頂無轉動但可側移,相當於頂端固定可平移、底端鉸接,K=1.0。
為什麼答案是 C
梁勁度無限大使柱頂不能轉動但可側移,配合鉸支底,K=1.0。
載入中…
完整詳解
Pro · 無限重點 梁勁度無限大時,柱頂無轉動但可側移,相當於頂端固定可平移、底端鉸接,K=1.0。
1. 圖中為單層門型剛架,兩柱底為鉸支承(三角斜線),柱頂以梁剛接,且整個結構未設斜撐 → 屬於有側移(sidesway)剛架。
2. 判斷柱端旋轉束制:梁 \(EI_b \to \infty\),柱頂 G 值 \(G_{top}=\dfrac{\sum EI_c/L_c}{\sum EI_b/L_b}\to 0\),相當於『不可轉動但可側移』。
3. 柱底為鉸接,\(G_{bottom}=\infty\)(理論上取 10)。
4. 查有側移之 Alignment Chart(或對應公式):上端固定(G=0)、下端鉸接(G=∞)、有側移 → K=1.0。
5. 也可由挫屈微分方程解:邊界為頂端 \(\theta=0\)、可側移;底端 M=0。解得臨界載重 \(P_{cr}=\pi^2 EI/H^2\),故 \(K=1.0\)。
逐選項分析
✕
K=0.5 對應兩端皆固定且無側移之情況,與本題鉸接底+有側移不符。
✕
K=0.7 對應一端固定、一端鉸接且無側移之柱,本題為有側移剛架。
✓ 正確
梁勁度無限大使柱頂不能轉動但可側移,配合鉸支底,K=1.0。
✕
K=2 對應底端固定、頂端自由(懸臂柱)的情況,本題柱頂受梁束制,並非自由端。
柱有效長度係數 K 對照
| 邊界條件 | K(無側移) | K(有側移) |
|---|
| 兩端固定 | 0.5 | 1.0 |
| 一端固定一端鉸接 | 0.7 | 2.0(鉸-固自由側移) |
| 兩端鉸接 | 1.0 | ∞(機構) |
| 頂端不轉可側移+底鉸(本題) | — | 1.0 |
| 底固定頂自由(懸臂) | — | 2.0 |
看到 \(EI_b\to\infty\) 容易誤以為柱頂完全固定而選 K=0.5;但本題未設斜撐,仍可側移,正確 K=1.0。