有關高樓建築結構系統之特性，下列敘述何者正確？

本題考點

高樓建築結構系統的動力特性與系統選擇，包括基本振動週期與高度的關係、立面量體配置、水平載重由地震或風力控制的判斷，以及承重牆系統與筒狀結構在高樓的效率比較。

正解理由

結構的基本振動週期取決於質量與側向勁度：週期與質量的平方根成正比、與側向勁度的平方根成反比。建築物越高，參與振動的總質量越大；同時整棟樓就像一支豎立在地面上的懸臂桿，頂部受側力時的變形量隨高度急遽放大，換算成側向勁度就是相對變小。質量變大、勁度變小，兩個因素都讓週期拉長，所以高樓的水平基本振動週期一般比低矮建築物長。建築物耐震設計規範關於基本振動週期經驗公式的內容，也是以基面至屋頂面高度來估算週期，高度越高、估得的週期越長，與上面的力學推論一致。(A) 的敘述正確，故選 A。

逐項排除

1. (A)

   正確。高樓質量大、側向勁度相對小，水平基本振動週期一般長於低矮建築物。這個特性使高樓的地震反應與風力反應都和低矮建築物不同，也正是 (C) 不能一概而論的原因。

2. (B)

   錯誤。往上逐層加大樓板面積，等於把質量往上堆，形成上大下小的倒置量體。地震力是質量的慣性力，質量越往上集中，頂部的慣性力越大、作用高度越高，對基礎造成的傾倒彎矩就越大；下層柱與牆還得承擔上方外伸部分的重量，穩定性反而變差。此外各層面積與勁度逐層改變，形成立面不規則，變形容易集中在某些樓層。正確的敘述應為「高樓量體宜下大上小或沿高度均勻，使質量與勁度沿高度平順變化」。

3. (C)

   錯誤，錯在「必為」二字。水平載重有地震與風力兩個來源，《木構造建築物設計及施工技術規範》第 2.3.1 節也把地震、風力並列為應以梁柱構架或剪力牆抵抗的水平載重。高樓週期長，地震引起的設計加速度通常隨週期拉長而降低；但建築越高、迎風面積越大、高處風速越強，柔性高樓還會出現順風向、橫風向與扭轉向的振動，《建築物耐風設計規範及解說》第 1.2 節的符號說明就列有柔性建築物之陣風反應因子，以及順風向、橫風向、扭轉振動引致最高樓層之尖峰加速度等項目。因此高樓的水平載重可能由地震控制，也可能由風力控制，必須兩者分別檢核、取較不利者，不能事先斷定。正確的敘述應為「高樓建築水平載重須同時檢核地震力與風力，視何者較不利而定」。

4. (D)

   錯誤。承重牆系統以牆同時承擔垂直載重與水平力，牆量多、自重大，而地震慣性力隨質量增加；樓層越多，下層牆體越厚，占去樓地板面積，開口配置也受限，用於高樓並不經濟。筒狀結構則把外周的柱子排得很密、以深梁串接，使整個外周像一支空心的懸臂筒，以整體斷面的彎曲抵抗傾倒彎矩；抗側力構材集中在離平面中心最遠的外周，力臂最大，材料使用效率高，所以是高樓常用的經濟系統。《建築技術規則建築構造編》第 47 條之 1 要求結構系統應以整體之耐震性設計，筒狀結構正是讓外周整體共同抵抗側力的做法。正確的敘述應為「相較承重牆系統，以密柱構成之筒狀結構進行高樓建築耐震設計較為經濟」。

記憶點