專技高考-建築師建築結構109 年第 15 題單選題
如圖所示構架,A 點水平反力 Ax 及垂直反力 Ay 各為何?(A、C、E 為鉸接)
A$A_{x}=15\ kN\ (\rightarrow)\cdot A_{y}=20\ kN\ (\uparrow)$
B$A_{x}=15\ kN\ (\rightarrow)\cdot A_{y}=20\ kN\ (\downarrow)$
C$A_{x}=15\ kN\ (\leftarrow)\cdot A_{y}=20\ kN\ (\uparrow)$
D$A_{x}=15\ kN\ (\leftarrow)\cdot A_{y}=20\ kN\ (\downarrow)$正確答案
D正確答案
門型剛架含內部鉸 C,利用整體力矩平衡求垂直反力,再取右側自由體圖對 C 點取力矩求水平反力,即可秒解 A 點反力方向與大小。
為什麼答案是 D
正確。A_x = 15 kN (←),A_y = 20 kN (↓)。計算過程完全符合靜力平衡(ΣF=0, ΣM=0)與內部鉸彎矩為零(M_C=0)的條件,數值與方向皆正確。
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完整詳解
Pro · 無限重點 門型剛架含內部鉸 C,利用整體力矩平衡求垂直反力,再取右側自由體圖對 C 點取力矩求水平反力,即可秒解 A 點反力方向與大小。
整體對 A 取力矩:E_y × 6 = 30 × 4 ⇒ E_y = 20↑,故 A_y = 20↓。取右半部對 C 取力矩:E_y × 3 + E_x × 4 = 0 ⇒ E_x = 15←。整體水平平衡:A_x + 30 = 15 ⇒ A_x = 15←。選 D。
逐選項分析
A✕
錯誤。A_y 與 A_x 方向皆錯。未正確進行力矩平衡計算,導致垂直與水平反力方向判斷完全相反,屬於基礎靜力平衡概念未建立。
B✕
錯誤。A_x 方向錯。可能誤以為 A_x 與外力 30kN 同向,未正確計算內部鉸 C 傳遞的剪力與 E 點水平反力,導致水平平衡方程式列錯。
C✕
錯誤。A_y 方向錯。整體對 A 點取力矩時,外力 30kN 產生順時針力矩,E_y 必須向上產生逆時針力矩才能平衡,故 A_y 必向下以維持垂直力平衡。
D✓ 正確
正確。A_x = 15 kN (←),A_y = 20 kN (↓)。計算過程完全符合靜力平衡(ΣF=0, ΣM=0)與內部鉸彎矩為零(M_C=0)的條件,數值與方向皆正確。
靜定構架反力計算步驟
| 步驟 | 方法 | 本題應用 | 結果 |
|---|
| 1. 整體垂直平衡 | ΣM_A = 0 | E_y × 6 = 30 × 4 | E_y = 20 kN (↑) |
| 2. 整體垂直力平衡 | ΣF_y = 0 | A_y + E_y = 0 | A_y = 20 kN (↓) |
| 3. 內部鉸條件 | ΣM_C (右側) = 0 | E_y × 3 + E_x × 4 = 0 | E_x = 15 kN (←) |
| 4. 整體水平平衡 | ΣF_x = 0 | A_x + E_x + 30 = 0 | A_x = 15 kN (←) |
計算反力時,假設方向與最終正負號的對應是最大陷阱。若假設向右/向上為正,算出負值代表實際方向向左/向下。許多考生算出數值正確,卻在最後選項判斷時把方向搞反,導致選錯。