於體育館大跨度空間的結構設計中，下列何種結構系統最不符合結構效益？

本題考點

大跨度空間的結構型式選擇，比較桁架、薄殼、纜索與梁柱系統在傳力方式上的效率差異——以軸力或面內膜力傳遞載重的系統效率高，以彎矩傳遞載重的系統效率低。

正解理由

體育館這類大跨度空間，結構自重往往占總載重的大部分，跨度越大，「用多少材料才能跨過去」越關鍵。梁柱系統的梁以撓曲（彎矩）傳遞垂直載重，斷面上的彎曲應力只在上下緣達到高值、靠近中性軸的材料使用率很低；而且彎矩與撓度都隨跨度快速放大，梁深與自重必須跟著大幅增加，自重又反過來增加彎矩，形成惡性循環。相較之下，桁架、薄殼、纜索都把載重轉成軸力或面內膜力，整個斷面都能充分受力，所以梁柱系統是四者中最不符合大跨度結構效益的系統，故選 D。

逐項排除

1. (A)

   符合效益。桁架由直桿以節點組成三角形單元，載重作用於節點時，各桿件只承受軸向拉力或壓力，材料應力均勻、使用率高；整體以上下弦桿形成大力臂抵抗彎矩，以腹桿傳遞剪力，用較少材料就能取得很大的結構深度，是大跨度屋頂常用的系統（立體桁架、平面桁架皆是）。

2. (B)

   符合效益。薄殼以曲面「形狀」抵抗載重，載重主要轉為殼面內的膜力（壓力與剪力）傳遞，幾乎不靠彎矩，因此厚度可以很薄、自重很輕，就能覆蓋很大跨度，是典型的形態抵抗結構。《建築物混凝土結構設計規範》第 1.5.4 節將薄殼列為混凝土結構中需另依專門規範設計的型式，正因其受力機制與一般梁柱不同。

3. (C)

   符合效益。纜索只能受拉，載重使纜索自然形成懸垂曲線，全斷面均勻受拉，能把高強度鋼材的抗拉強度發揮到極致，單位重量能跨越的距離在各系統中最大，常用於懸吊屋頂、索網、張力膜結構。它需要搭配足以承受拉力的錨定或壓力環，並以預力或配重抵抗風吸上揚與振動，但就結構效益而言屬於高效率系統。

4. (D)

   最不符合效益，為本題答案。梁柱系統屬於斷面抵抗型，依賴彎矩傳力，材料在斷面中央附近幾乎閒置；跨度增大時梁深、自重與撓度同時快速上升，經濟性迅速惡化。它適合一般跨度的樓層構架，不是大跨度空間的有效率選擇。

記憶點