看圖讀懂結構力學

　　結構力學到底是什麼？
　　簡單說就是用來防止建築物等結構物發生倒塌、傾斜，確保其結構安全的力學
　　要想建造安全的建築物等結構物，就一定要懂結構力學！

　　牛頓與帕司卡、外力．內力．反力、「重量」這種力、構建內部的力、桁架的原理與解法、構建大小設計、耐得住地震與風壓的壁量．壁倍率計算……
　　用輕鬆插圖，讀懂基本知識、原理和計算
　　從基礎中的基礎開始學起，步步變身精通達人！

　　●「結構力學」好難學？
　　「結構力學」是土木工程、結構技師、機械學科的必修科目，除了多應用在建築、工業上，也是高普考、專技考試、基層及各種特種考試必考科目，但因為看不見「力」，也沒有時鐘或溫度計這種能夠以可見形式表示的裝置，所以讓人在學習時倍感困難，導致很多人都不擅長這門學問。
　　不過，只要正確理解計算的基本方式與觀念，就一點都不難學！

　　●從基礎徹底解說
　　之所以會覺得結構力學難學，主要原因出在「最初的啟蒙入門」。
　　只要能先搞懂一開始的基礎概念，之後的學習就能一帆風順。
　　例如，要破壞堅硬的構件是一件很困難的事，但用羊羹來做實驗就容易多了！想想看，你會怎麼隨意破壞羊羹呢？
　　本書專為從基礎開始學結構力學的讀者所寫，初階解說簡潔明快，愈是深入，愈花時間仔細說明。
　　因此不會出現難以消化的情況，可以按照自己的步調來學習。

　　★應力有幾種？
　　三種。
　　①軸向力（同一軸上相反的力）－－作用於構件軸方向的力。依照力的方向，會造成構件壓縮或拉伸。
　　②彎矩（會造成構件彎曲的作用力）－－沿垂直於軸的方向作用，將構件折彎的力。
　　③剪力（同為與軸垂直的力，會切斷構件）－－如同使用工具來切斷構件般的作用力。

　　★力的特性有哪些？
　　①力矩－－力的大小與支點距離的乘積。距離支點越遠，力的效率越高。
　　②向量－－能夠合成和分解，且具有方向性，所以不同方向的力不能像純量般進行加減計算。

　　★在建築結構力學裡，作用力有幾種表現形式？
　　①垂直方向的力
　　②水平方向的力
　　③力矩

　　★重量的單位是固定的嗎？
　　不是。
　　地球引力（又稱為重力）幾乎可視為固定不變的，但嚴格來說，重力在地球各地還是會有不同的變化，而且任何東西原本在地球上的重量，到了太空中會通通變成零。

　　正是因為知道結構力學難學，所以本書會盡量不使用計算公式，而是使用大量插圖，以加深形象化的理解。
　　例如桁架的構造計算，是採用克里蒙納圖解法，而不用三角函數的公式去解
　　除了理論，本書還考量到了實用性，讓讀者能夠透過本書而具備確認小型住宅規模建築物安全性的能力
　　講解完後還有小練習可做，讓你立刻檢視自己究竟了解了多少！
　　非常推薦給剛開始學結構力學的人，以及想重頭再學一次的人！

　　※本書為《圖解超簡單結構力學》之改版

前言

Part0力學裡用的單位有哪些？
0.1單位的基礎來自於地球
0.2重量的單位是不固定的
0.3從重量單位轉換成質量單位（牛頓）
0.4壓力．應力的單位是帕（Pa）
◎練習問題──熟練SI單位

Part 1力的基本性質
1.1結構力學的特色在於「靜止」
1.2「力」看不見，因此令人難以理解
1.3重量也是一種力
1.4力以箭頭表示
1.5力的特性（力矩．向量）
1.6什麼是力矩？
1.7槓桿原理也是力矩的應用
◎練習問題──計算力矩
1.8純量與向量
1.9向量能夠合成與分解
1.10力的合成（畫出平行四邊形）
1.11力的分解（畫出平行四邊形）
1.12將平行四邊形置換成三角形的「力線圖」
1.13力線圖就是力走過的路線圖
1.14合成多個力．分解成多個力
1.15平行的力如何合成與分解？
◎練習問題──合成平行力
1.16力偶無法合成也無法分解
◎練習問題──求力偶的大小
1.17任何力都能夠以垂直力．水平力．力矩來表現
◎練習問題──力的合成與分解─11個問題
＊Part 0， Part 1總結

Part 2 什麼是外力、內力、反力？
2.1外力、內力、反力以及三者間的關係
2.2簡單結構物的外力、內力、反力及穩定
2.3外力有哪些？
2.4垂直荷重與水平荷重
2.5集中荷重與等均佈荷重
2.6結構物的支承反力
2.7每個構造構件都有反力
2.8支承結構物的支點有3種
2.9移動端．轉動端．固定端
2.10什麼是簡支梁？
2.11反力數3個是重點
2.12樞接（鉸接）與節點
2.13樞接節點與剛性節點的不同
2.14什麼是構架結構？
2.15外力、內力、反力的總整理
◎練習問題──求出反力─12個問題

Part 3構件所產生的應力？
3.1構件內部所產生力，即應力（stress）
3.2破壞構件
3.3應力有3種
3.4應力的正負
3.5繪製應力圖
3.6分析結構物
◎練習問題──分析簡支梁．懸臂梁─18個問題
＊總結Part 2．Part 3

Part 4 桁架的原理與解法
4.1什麼是桁架（Truss）？
4.2三角形桁架可使力分散
4.3三角形是最穩定的形狀
4.4各種桁架種類
4.5桁架的分析
4.6以力線圖表現
4.7什麼是克里蒙納圖解法？
4.8克里蒙納圖解法~之一
4.9克里蒙納圖解法~之二
4.10克里蒙納圖解法~之三
4.11克里蒙納圖解法~之四
4.12克里蒙納圖解法~之五
4.13克里蒙納圖解法~之六
4.14克里蒙納圖解法~之七
4.15克里蒙納圖解法~之八
4.16克里蒙納圖解法~之九
4.17克里蒙納圖解法~之十

Part 5如何設計構件的尺寸（截面）？
5.1終於要進入結構設計
5.2拉伸構件的設計
5.3發揮材料的強度
5.4壓縮構件要注意拱起
5.5挫曲受長度和截面形狀影響
5.6細長比與挫曲係數
5.7計算構件的挫曲
5.8柱子的短邊長在建築基準法中的限制
5.9確認剪力方面的安全性
5.10單面剪與雙面剪的不同
5.11彎曲構件所產生的應力
5.12不易彎曲的截面形狀
5.13截面二次矩與截面係數
5.14截面二次矩與截面係數的關係
5.15各種截面的截面二次矩
◎練習問題──求截面二次矩
◎練習問題──求截面係數
5.16抗彎曲構件的設計
◎練習問題──設計抗彎構件
＊總結Part 4．Part 5

Part 6如何設計壁量
6.1設計耐地震、耐風壓力的建築物
6.2壁量計算的基本概念
6.3壁量計算的流程
6.4投影面積的推算（計算前的準備）
6.5計算時使用的投影面積
6.6投影面積的計算
6.7必要壁量的計算（單位壁量）
6.8必要壁量的計算（實際壁量）
6.9壁倍率（日本建築基準法施行令第46條第4項）
6.10壁倍率（昭和56年建設省告示第1100號）
6.11牆壁配置的1/4規則（平衡的配置）
6.12實際檢查壁量
6.13柱頭．柱腳．斜撐之端部的橫向接合
6.14牆壁．加入有斜撐的構造其柱頭．柱腳的橫向接合（1）
6.15牆壁．加入有斜撐的構造其柱頭．柱腳的橫向接合（2）
6.16縱向接合．橫向接合的樣式…A
6.17縱向接合．橫向接合的樣式…B
6.18縱向接合．橫向接合的樣式…C
6.19縱向接合．橫向接合的樣式…D
6.20縱向接合．橫向接合的樣式…E
6.21縱向接合．橫向接合的樣式…F
6.22縱向接合．橫向接合的樣式…G
6.23縱向接合．橫向接合的樣式…H
6.24縱向接合．橫向接合的樣式…I
6.25縱向接合．橫向接合的樣式…J
6.26斜撐端部的橫向接合…A
6.27斜撐端部的橫向接合…B
6.28斜撐端部的橫向接合…C
6.29斜撐端部的橫向接合…D
6.30斜撐端部的橫向接合…E
＊總結 Part6

 

作者簡介



高木任之（Tadayuki Takagi）

　　西元1932年生。西元1955年自北海道大學工業部建築工學科畢業。進入日本政府建設省，歷任千葉縣建築指導課課長、住宅都市整備公團都市開發事業部部長等職，西元1983年退休。

　　歷任（財團法人）住宅保證機構專務理事、（社團法人）日本木造住宅產業協會專務理事。期間亦擔任一級建築士考試委員、一級建築士考試委員、東洋大學建築學科講師、芝浦工業大學建築學科講師。具一級建築士資格。

　　主要著作有《讀懂建築基準法的訣竅》《圖說建築基準法》《圖說都市計畫法》（學藝出版社出版）《圖解雜學　建築基準法》（NATSUME社出版）、《圖解結構力學》《圖解建築法規》（日本實業出版社出版）等。
 
審訂者簡介

林輝政  教授
　　
　　專長：
　　複合材料、結構力學、風力能源

　　學歷：
　　國立臺灣大學造船工程博士

　　經歷：
　　國立澎湖科技大學校長、副校長
　　國立澎湖科技大學海洋資源暨工程學院院長
　　臺大與工研院合設奈米科技研究中心副主任
　　Visiting Professor, Dept. of Information and Electrical Eng., UMBC, U.S.A.
　　Visiting researcher, Lab. of Material Science and Engineering, NIST, U.S.A.
　　國立臺灣大學 工程科學及海洋工程系教授、系主任、所長
　　國立臺灣大學 造船及海洋工程系教授、系主任、所長
　　Visiting scholar, School of Aeronautics and Astronautics, Purdue University, U.S.A.



譯者簡介



陳銘博

　　國立臺灣科技大學電子工程系畢。踏入職場三年後前往日本就讀語言學校，回國後任職於專利事務所負責日文專利文件業務。目前為專職譯者。