設計工程結構成果展示

在本學期「設計工程結構」的深碗課程中，結構學分配到36小時的上課時數，教學的目的是讓學生能具備對穩定結構之基本觀念，清楚了解各種結構型式(桁架、梁及構架)的結構分析理論與應用，並了解結構分析的一些重要古典方法，經由這些方法的應用，能更加瞭解載重如何傳遞到結構物及結構物如何變形。

本學期的結構學共分成七個主要單元: 穩定與靜定、平衡方程式的應用、靜定結構內力分析、影響線、靜定結構變位計算、諧和變位法及傾角撓度法。為了讓同學更清楚了解教學的目的，授課教師先向同學詳細說明課程的學習成效評量尺規，讓同學可以清楚理解個單元中必須學會的技能。因大部分同學的基礎不佳，需反覆講解基本觀念並進行由淺至深的例題演練，故實際授課進度受到些微影響，不過在助教及同儕相互協助下大部分同學皆可以完成第二或第三等級的學習成效，少部分同學表現優良。

課程以由淺入深的方式編排，首先介紹結構的基本型式，教導學生如何將結構理想化建模以進行結構分析，並讓學生熟悉基本結構學原理，具備判別結構穩定、静定度和静定穩定結構力學分析之學識能力。亦學習對各種結構型式包含桁架、梁及構架內力分析之方法，了解變位圖與彈性曲線之基本觀念，透過載重加載，載重如何傳遞到結構物及結構物如何變形，並學習如何使用力法來分析求解靜定與靜不定結構之點的傾角和撓度。

課程進行方式除上課講演外，課堂練習與隨堂測驗是非常重要的環節。課堂中除了進行各單元的理論講授與例題計算外，每隔一至二周會進行一次課堂練習或隨堂測驗，目的是為了增加學生的學習動力，確實也達到了提升學生的學習成效。此外課堂練習或隨堂測驗的題目型式，皆是依照課程的學習成效評量尺規，讓同學可以清楚理解各單元中的學習成效。

在本學期「設計工程結構」的深碗課程中，結構模擬試驗課程共分配到15小時的上課時數，分為五個單元，分別為梁、桁架、簡支及懸臂梁撓度、構架以及桁架結構創作。

結構模擬試驗課程各單元教學目的如下:
(A) 樑：本實驗讓學生了解載重的大小與位置對梁某固定截面彎矩之影響。
(B) 桁架：利用此儀器，使學生了解受力後桁架之應變以及各桿件應變之差異性。
(C) 簡支及懸臂梁撓度：讓學生了解載重變化與跨度變化對梁撓度的影響，以及(彎矩/慣性矩)與曲率的關係，並由此關係得到彈性模數。
(D) 構架：讓學生了解載重變化對構架結構撓度、反作用力、彎矩與側向變位的影響。
(E) 桁架結構創作：讓學生利用基本桿件，自由發揮創作各種桁架結構或橋樑。

結構模擬試驗課程各單元操作細節敘述如下:

a.梁彎曲力矩實驗:

b.簡支及懸臂梁撓度實驗:

c.桁架結構創作：讓學生利用基本桿件，自由發揮創作各種桁架結構或橋樑。

d.門型構架實驗：讓學生了解載重變化對構架結構撓度、反作用力、彎矩與側向變位的影響。

e.銷連結桁架實驗:

實驗課程上課的過程敘述如下，首先由老師進行實驗流程進行說明，包括實驗目的、實驗步驟、材料與儀器準備、理論依據、實驗數據記錄、實驗圖表製作、實驗結果與理論比較、誤差探討等。全部過程中，助教皆有在旁邊示範實驗操作，並進行錄影及錄音，事後會將此影音檔上傳至學校教學網站平台，供學生下載觀賞。同時上傳至學校教學網站平台的，還有老師個人撰寫的結構力學實驗手冊，學生亦可下載用以瞭解整個實驗流程。

「設計工程結構」深碗課程以「學城人行陸橋的規劃設計」作為主軸工程問題來引導學生的學習結構工程的相關理論與應用，主要實作在「設計工程結構實作」課程中執行，另三個課程則為理論部份，以課堂講授為主要授課方式，然部份單元含力論的驗證實驗。本課群延續「解構工程力學」課群，從單一物件的受力行為延伸至探討複合結構受力後的內力與變位。「結構工程特論一」的應力/應變、軸向力、橫向剪力等材料力學觀念是「設計工程結構理論」課程結構內力分析、變位分析的基礎。「設計工程結構理論」涵蓋基本結構學理論範疇包括靜定結構的內力與變為分析、影響線及靜不定結構的力法與位法，課程也包括模擬實驗部份讓學生利用Strain Gauge量測基本結構的應力與應變，理論與模擬實驗的配合讓學生能將理論中所習得剪支梁、桁架與鋼架的內力及變位與實測值進行比對，進一步驗證理論的正確性。

「設計工程結構 - 實作」部分以四個與橋梁相關的實作專題讓學生體驗結構工程理論如何應用在實務工程問題上。一開始學生先利用義大利麵建構小型的橋梁模型認識基本的橋梁結構形式並探究支撐與對結構的影響。教師首先以Proj-0瞧橋與 Proj-1親愛的橋 –個人橋計畫引導學生對橋梁結構的理解，讓學生建立實作問題與理論的連結，提升學習興趣。

Proj-0 瞧橋講義

Proj-1 親愛的橋 –個人橋計畫講義

第二部分讓學生建構木橋並以結構設計軟體SAP2000同步建模，在軟體中模擬木橋受力時內力的變化。教師利用Proj-2 橋什麼橋 - 團隊木橋創作與分析，將力學原理與設計進行串接。為讓學生理解實作材料受力之基本行為，授課教師在課堂中演示木頭受壓挫曲實驗、麻線拉力、簡支梁載重實驗。在完成木橋成品後，學生利用荷重試驗破壞木橋，並將橋的的極限應力與模擬結果進行比較。實作過程可以讓學生深化材料性質、彎曲應力與撓曲之理解。

Proj-2 橋什麼橋 - 團隊木橋創作與分析講義

木牆強度測試

接著進入規範的學習，橋梁設計規範係工程師進行橋梁設計之重要依據，目的是讓橋梁結構能承受各種載重，並達成使用性與安全性之目標；設計規範同時讓工程師進行設計時，可以同步考量施工、檢測維修、經濟、景觀、生態環保及公路交通安全等相關問題。本課程邀請專業技師分享橋梁設計的實務經驗並提供規範運用的範例。課群邀請專業技師分享過去在吊橋、小型桁架橋與公路橋梁的設計實績，說明設計的主要考量因素、遭遇的問題與解決方案，技師也以引導學生進行設計計算書的閱讀與理解。

「設計工程結構實作」課程以「學城人行陸橋的設計」作是最後的實作主題，同學進行構想提案、建立橋梁3D模型，並以SAP2000軟體分析依據規範來確保安全性以及可用性，設計出來的橋梁必須能承受靜動荷載與氣候變化、自然災害，同時不能有過大變形，影響使用者之舒適性。課程中教師提出義大學城人行陸橋的設計要求，包括設計條件與設計內容要件；學生經實地勘查與規範的閱讀提出設計構想、空間配置計畫、使用材料說明等，並在SAP2000中建立設計模型，依據規範設定設計載重，檢視主要結構的安全係數，最後進行成果書面與口頭簡報。

Proj-3: 純粹陸橋講義

學生作品成果