如下圖所示,一構件斜面之中心點受一水平力 P=1000 N 作用,此斜面與水平方向之夾角為 θ=45°,若該構件垂直面之面積 A0 =100 cm2,則沿斜面之平均剪應力 τave 為多少? P=1000 N P=1000 N A0=100 cm2 θ =45°

- A5 N/cm2正解 ✓
- B10 N/cm2
- C15 N/cm2
- D20 N/cm2
官方答案 A
出處:112 年專門職業及技術人員高等考試建築師考試「建築結構」乙段測驗第 12 題(場次代碼 112190,全卷 40 題)。答案以考選部公布為準,本站不修改官方答案。
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本題考點
軸向受拉構件斜截面上的應力轉換。斜面面積比垂直斷面大,作用力又要分解成垂直斜面與沿斜面兩個分量,平均剪應力 τ = (P/A₀)·sinφ·cosφ(φ 為斜面法線與桿軸的夾角)。
正解理由
依題圖所示,構件兩端各受 P=1000 N 的水平拉力,屬軸向受拉;垂直斷面面積 A₀=100 cm²,斜面與水平方向夾角 θ=45°。設斜面法線與桿軸的夾角為 φ,斜面面積 A = A₀/cosφ,P 沿斜面方向的分量 V = P·sinφ,所以沿斜面的平均剪應力 τ = V/A = (P/A₀)·sinφ·cosφ。斜面與水平夾 45° 時,其法線與桿軸的夾角也是 45°,sin45° 與 cos45° 相等,sin45°×cos45° = 2/4 = 1/2,角度取哪一個量都得到同一個乘積。代入:P/A₀ = 1000 N/100 cm² = 10 N/cm²,τ = 10 N/cm² × 1/2 = 5 N/cm²,故選 A。
逐項排除
- (A)
5 N/cm²:符合題目所問。斜面面積放大與力分解各帶一個 45° 的三角函數因子,相乘得 1/2,τ = 1000/100×1/2 = 5 N/cm²。
- (B)
10 N/cm²:不符合題目所問。10 N/cm² 是 P/A₀,即垂直斷面上的正應力,不是斜面上的剪應力;要求斜面剪應力,還須乘上 sinφ·cosφ = 1/2。
- (C)
15 N/cm²:不符合題目所問。軸向受力構件任一斜面上的剪應力最大只到 P/A₀ 的一半(發生在 45° 斜面),即 5 N/cm²;15 N/cm² 已超過這個上限,也超過垂直斷面的正應力。
- (D)
20 N/cm²:不符合題目所問。理由同 (C),20 N/cm² 比任何斜面可能出現的剪應力都大,也大於 P/A₀,不可能是平均剪應力。
演算步驟
- 垂直斷面正應力:σ = P/A₀ = 1000 N / 100 cm² = 10 N/cm²
- 斜面剪應力公式:τ = (P/A₀)·sinφ·cosφ
- 角度因子:sin45°×cos45° = 2/4 = 1/2(無因次)
- 平均剪應力:τ = 10 N/cm² × 1/2 = 5 N/cm²
記憶點
軸力構件 45° 斜面的剪應力最大,等於 P/A₀ 的一半。
內容更新 2026-10-12 · 詳解為 AI 生成並經程式關卡與覆核,僅供國考複習,不構成建築設計、結構設計、施工或法規諮詢建議 · 回報錯誤