請選擇坡度的輸入方式並輸入數值。下方的水平距離、高低差可以留空(輸入的話,也會算出該長度下的高低差、水平距離和斜邊長度)。
這個頁面可以做什麼
- 用「百分比(%)」「角度(度)」「分數(1/12、1/50 等)」「高低差與水平距離」任一種方式輸入坡度,其他所有寫法一次算出來
- 輸入水平距離,就知道在這個坡度下的高低差和斜邊長度(實際需要的材料長度)
- 輸入高低差,就知道要做成這個坡度需要多少水平距離(斜坡或管線的長度)
- 把輸入的坡度畫成直角三角形,可以看清楚水平距離、高低差、斜邊和角度各在哪裡
- 公式的淺顯解說,以及 Excel、Google 試算表、Python 可直接複製的公式,也都整理在這個頁面
這個計算有什麼用?
台灣「建築物無障礙設施設計規範」規定,無障礙坡道的坡度不得大於 1/12(水平 12 上升 1)。要用這個坡度在高低差 60 cm 的門口做斜坡,所需的水平距離是 \(60 \times 12 = 720\) cm(7.2 m),斜坡板的長度(斜面長度)約 7.22 m。
「空間不夠這麼長」時,若改成 1/8,水平距離只要 4.8 m,但角度會陡到約 7.1°。依規範,只有高低差在 20 cm 以下時才能放寬到 1/10(5 cm 以下 1/5、3 cm 以下 1/2)。公共建築等的設計,請和建築師一起確認適用的法規。
排水管和水溝要做出緩緩向下的坡度(洩水坡度),讓水自然流走。台灣的「建築技術規則建築設備編」規定,排水橫管的坡度在管徑 75 mm 以下時不得小於 1/50,超過 75 mm 時不得小於 1/100。用 1/50 鋪設水平距離 3 m 的管線,兩端需要 \(3000 \div 50 = 60\) mm 的落差(1/100 則是 30 mm)。
管線越長,需要的落差越大。鋪管之前先算好「出口的高度夠不夠」,就能避免回填之後才發現坡度不足。實際施工請依法規和廠商的施工說明。
斜屋頂的坡度可以用百分比、1/n 或角度表示。坡度 40%(水平 10 上升 4)換成角度是 \(\arctan 0.4 \approx 21.8^\circ\),換成分數是 1/2.5。
儲藏室的單斜屋頂若水平寬 3 m、坡度 40%,高低差是 \(3 \times 0.4 = 1.2\) m,沿屋頂的長度(椽木長度的參考)是 \(\sqrt{3^{2} + 1.2^{2}} \approx 3.23\) m。每種屋頂材料都有可施工的最小坡度,選材料之前先把坡度換算好,和廠商討論會更快。
台灣的險坡標誌(險升坡、險降坡)設在縱坡 7% 以上的路段,附牌上會標示坡度和長度。「10%」是水平前進 100 m 上升 10 m 的坡,換成角度約 5.7°,「10% = 10°」是錯的(7% 約 4.0°)。騎單車時 8~10% 的坡已經相當吃力,可以當作選路線的參考。
鐵路用千分比(‰)表示坡度,25‰ 是水平前進 1,000 m 上升 25 m 的坡度(2.5%,約 1.4°)。角度雖小,對沉重的列車卻是很大的負擔,所以鐵路用更細的單位 ‰。
停車場和陽台的地坪,通常會做 1~2% 左右的洩水坡度讓雨水不積水。深 5 m 的停車位做 2% 時,前後的高低差是 \(5 \times 0.02 = 0.1\) m(10 cm)。台灣的建築技術規則規定騎樓地面的洩水坡度為 1/40(2.5%)。
反過來,坡太陡也有問題。建築技術規則規定汽車車道的坡度不得超過 1/6(約 16.7%,約 9.5°)。設計地下室車道或門口斜坡前,先由高低差和水平距離確認坡度(百分比和角度)。
坡度是「高 ÷ 底」,也就是直角三角形的 \(\tan\theta\) 本身。「坡度 1/12 是幾度?」這個計算,是高中三角函數最貼近生活的應用之一(用工程計算機的 \(\tan^{-1}\) 鍵求角度)。
而「由水平距離和高低差求斜邊」就是國中學的畢氏定理。親自確認看看,課本上的公式和斜坡、屋頂這些實物的尺寸是連在一起的。
公式與圖示
符號與用語解說
符號
| \(i\) | 坡度(高低差 ÷ 水平距離)。一般認為取自英文 inclination(傾斜)的字首,土木、建築圖面上也常用 \(i\) 表示坡度。是沒有單位的純數,和 \(\tan\theta\) 的值相同。 |
| \(h\) | 高低差。取自 height(高度)的字首。相當於門檻或台階的高度、屋脊和屋簷的高度差、管線兩端的高度差等。 |
| \(L\) | 水平距離。本頁取 length(長度)的字首。是從正上方看斜面的長度,不是沿著斜面的長度(斜邊 \(s\))。 |
| \(p\) | 百分比坡度。取自 percent 的字首。\(p = i \times 100\),表示「水平前進 100 上升 \(p\)」。 |
| \(k\) | 千分比的值。本頁取 kilo(千)的字首。\(k = i \times 1000\),表示「水平前進 1000 上升 \(k\)」(25‰ 就是 \(k = 25\))。 |
| \(n\) | 分數寫法 \(1/n\) 的分母。\(n = L \div h = 1 \div i\),表示「水平前進 \(n\) 上升 1」(1/12 就是 \(n = 12\))。 |
| \(\theta\) | 斜面相對於水平面的角度(傾斜角)。希臘字母 theta,常用來表示角度。用 \(\theta = \arctan i\) 求出。 |
| \(s\) | 斜邊長度(斜面長度)。本頁取 slope(斜面)的字首。用 \(s = \sqrt{L^{2} + h^{2}}\) 求出。 |
| \(\tan\) | 正切。直角三角形「高 ÷ 底」的值,是 tangent 的縮寫。坡度 \(i\) 就是 \(\tan\theta\) 本身。 |
| \(\arctan\) | 反正切。傳回「\(\tan\) 的值等於這個數的角度」的計算,也寫成 \(\tan^{-1}\)。由坡度求角度時使用。 |
| \(\sqrt{\ }\) | 平方根,表示「平方後等於這個數的正數」。用畢氏定理求斜邊時使用(例:\(\sqrt{25} = 5\))。 |
| \(\approx\) | 表示「約等於」的符號。把除不盡的值或 \(\arctan\) 的結果四捨五入成小數時使用。 |
用語
| 坡度 | 相對於水平前進的長度,上升(下降)了多少的比例,用高低差 ÷ 水平距離求出。同一個坡度可以用百分比(%)、千分比(‰)、分數(1/n)、角度(°)等各種寫法表示。直線在坐標平面上的傾斜程度另稱「斜率」。 |
| 高低差 | 坡度起點和終點的高度差。門檻或台階的高度、從屋脊到屋簷的高度、管線入口和出口的高度差等都是。也稱為落差。 |
| 水平距離 | 從正上方看坡度起點到終點的長度,一定比沿著斜面量的長度(斜面長度)短。計算坡度時,就是用這個水平距離去除高低差。 |
| 斜邊 | 直角三角形中,直角對面最長的邊。在坡度的圖中就是斜面本身,它的長度就是斜面長度。 |
| 斜面長度 | 沿著斜面量的實際長度(斜邊長度)。斜坡板、屋頂椽木、管線等材料實際需要的長度是這個。由水平距離和高低差用畢氏定理求出。 |
| 百分比坡度 | 以「水平前進 100 上升多少」表示坡度的寫法。道路險坡標誌的附牌(例如「10%」)、景觀和整地的圖面常用。坡度 × 100 求出。 |
| 千分比 | 表示千分之幾的單位(符號 ‰)。鐵路的坡度用「25‰」這樣表示,就是水平前進 1,000 m 上升 25 m 的坡度。坡度 × 1000 求出(25‰ = 2.5%)。 |
| 縱坡 | 道路沿著行進方向的坡度(和橫越路面方向、讓雨水流走的「橫坡」相對)。多用百分比表示,例如縱坡 7% 就是水平前進 100 m 上升(下降)7 m。 |
| 險坡標誌 | 提醒駕駛人注意陡坡的警告標誌。依台灣「道路交通標誌標線號誌設置規則」,設在縱坡 7% 以上的路段,分為險升坡和險降坡,並以附牌標示坡度和長度。 |
| 分數坡度 | 把「水平前進 n 上升 1」的坡度寫成 1/n(或 1:n)的寫法。例如無障礙坡道的「1/12」、排水管的「1/50」「1/100」。n 越大坡越緩。 |
| 傾斜角 | 斜面相對於水平面的角度。是把坡度用角度(°)表示,由坡度 \(i\) 用 \(\arctan\) 求出。請注意百分比坡度和角度不成正比(10% 約 5.7°,但 100% 是 45°)。 |
| 正切 | 三角函數的 \(\tan\)。直角三角形「高 ÷ 底」的值,就是坡度的值本身。 |
| 反正切 | \(\tan\) 的反運算(\(\arctan\)),傳回「\(\tan\) 的值等於這個數的角度是幾度」。工程計算機上是 \(\tan^{-1}\) 鍵,Excel 是 ATAN 函數。 |
| 畢氏定理 | 直角三角形中「底的平方 + 高的平方 = 斜邊的平方」成立的定理,又稱勾股定理。由水平距離和高低差求斜邊(斜面長度)時使用。 |
| 洩水坡度 | 為了讓水自然流走,在地板、地面、管線上做出的緩坡,也稱排水坡度。排水管多用 1/50、1/100 這種分數,陽台、騎樓的地面則常用 1%~2.5% 這種百分比或 1/40 這種分數表示。 |
建議先了解的基礎知識
為了能「理解意義」地使用本頁的計算,整理了建議先了解的基礎知識。
遇到卡關時,回頭複習這張表的內容是最快的捷徑。
| 比率與百分率(國小高年級,10~12 歲) |
|
| 分數與小數的互換、倒數(國小高年級,10~12 歲) |
|
| 長度單位的換算(國小低、中年級,7~10 歲) |
|
| 直角三角形與畢氏定理(國中,12~15 歲) |
|
| 三角函數 tan 與反三角函數(高中,15~18 歲) |
|
用 Excel 計算的方法
| 高低差 h(cm) | 60 |
| 水平距離 L(cm) | 720 |
| 坡度 i | =B1/B2 |
| 坡度 i | 0.025 |
| 百分比坡度 p(%) | =B1*100 |
| 千分比 k(‰) | =B1*1000 |
| 角度 θ(°) | =DEGREES(ATAN(B1)) |
| 高低差 h(cm) | 60 |
| 水平距離 L(cm) | 720 |
| 分母 n(坡度 1/n) | =B2/B1 |
| 坡度 i | =1/12 |
| 角度 θ(°) | =DEGREES(ATAN(B1)) |
| 高低差 h(m) | 0.6 |
| 坡度 i | =1/12 |
| 水平距離 L(m) | =B1/B2 |
| 斜邊長度 s(m) | =SQRT(B3^2+B1^2) |
第 1 個表的 B3 約為 0.0833(= 1/12),第 2 個表是 2.5、25、約 1.43,第 3 個表的 B3 是 12,第 4 個表的 B2 約為 4.76。
「ATAN」是求反正切(arctan)的函數,答案以弧度為單位傳回,所以用「DEGREES」換成度。「SQRT」是平方根,「^2」是平方。
第 5 個表用「高低差 ÷ 坡度」求出水平距離 7.2 m,再用畢氏定理求出斜邊約 7.225 m。想由水平距離求高低差時,請把 B3 的公式改成「=水平距離*B2」。
用 Google 試算表計算的方法
| 高低差 h(cm) | 60 |
| 水平距離 L(cm) | 720 |
| 坡度 i | =B1/B2 |
| 坡度 i | 0.025 |
| 百分比坡度 p(%) | =B1*100 |
| 千分比 k(‰) | =B1*1000 |
| 角度 θ(°) | =DEGREES(ATAN(B1)) |
| 高低差 h(cm) | 60 |
| 水平距離 L(cm) | 720 |
| 分母 n(坡度 1/n) | =B2/B1 |
| 坡度 i | =1/12 |
| 角度 θ(°) | =DEGREES(ATAN(B1)) |
| 高低差 h(m) | 0.6 |
| 坡度 i | =1/12 |
| 水平距離 L(m) | =B1/B2 |
| 斜邊長度 s(m) | =SQRT(B3^2+B1^2) |
用 Python 計算的方法
import math
rise = 0.6 # 高低差 h(m)
run = 7.2 # 水平距離 L(m)
gradient = rise / run # 坡度 i(= tanθ)
percent = gradient * 100 # 百分比坡度(%)
permille = gradient * 1000 # 千分比(‰)
sun = gradient * 10 # 日式寸勾配(寸,參考用)
denominator = run / rise # 分數寫法 1/n 的 n
angle_deg = math.degrees(math.atan(gradient)) # 角度(°)。atan 的答案是弧度,所以換成度
hypotenuse = math.sqrt(run ** 2 + rise ** 2) # 斜邊長度(斜面長度,m)
print(f"坡度: {gradient:.4f}")
print(f"百分比: {percent:.2f} %")
print(f"千分比: {permille:.2f} ‰")
print(f"日式寸勾配: {sun:.2f} 寸")
print(f"分數寫法: 1/{denominator:.1f}")
print(f"角度: {angle_deg:.2f} °")
print(f"斜邊長度: {hypotenuse:.3f} m")
# 反過來,由坡度和高低差求所需的水平距離
target_gradient = 1 / 12 # 目標坡度(1/12)
rise2 = 0.6 # 高低差(m)
run2 = rise2 / target_gradient
print(f"用坡度 1/12 爬上高低差 {rise2} m 所需的水平距離: {run2:.3f} m")
用 LaTeX 等數學式語言的寫法(可直接複製)
i = h ÷ L
i = \frac{h}{L}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac><mi>h</mi><mi>L</mi></mfrac>
</mrow>
</math>
i = h / L
h/L
i := h/L;
i = h/L;
i = h/L
p = i × 100, k = i × 1000
p = 100\,i,\quad k = 1000\,i
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>p</mi><mo>=</mo><mn>100</mn><mo>⁢</mo><mi>i</mi>
<mo>,</mo>
<mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1000</mn><mo>⁢</mo><mi>i</mi>
</mrow>
</math>
p = 100 i, k = 1000 i
{100*i, 1000*i}
p := 100*i; k := 1000*i;
p = 100*i; k = 1000*i; % i 是坡度(請先執行 i = h/L;)
p = 100i, k = 1000i
n = L ÷ h
n = \frac{L}{h}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>n</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac><mi>L</mi><mi>h</mi></mfrac>
</mrow>
</math>
n = L / h
L/h
n := L/h;
n = L/h;
n = L/h
θ = arctan(i)
\theta = \arctan i
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>θ</mi>
<mo>=</mo>
<mi>arctan</mi>
<mo>⁡</mo>
<mi>i</mi>
</mrow>
</math>
theta = arctan(i)
ArcTan[i]*180/Pi
theta := arctan(i)*180/Pi;
theta = atand(i); % i 是坡度(請先執行 i = h/L;)
θ = tan^(-1)(i)
h = L × i, L = h ÷ i, s = √(L² + h²)
h = L\,i,\quad L = \frac{h}{i},\quad s = \sqrt{L^{2} + h^{2}}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>h</mi><mo>=</mo><mi>L</mi><mo>⁢</mo><mi>i</mi>
<mo>,</mo>
<mi>L</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>h</mi><mi>i</mi></mfrac>
<mo>,</mo>
<mi>s</mi><mo>=</mo>
<msqrt><msup><mi>L</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mi>h</mi><mn>2</mn></msup></msqrt>
</mrow>
</math>
h = L i, L = h / i, s = sqrt(L^2 + h^2)
{L*i, h/i, Sqrt[L^2 + h^2]}
h := L*i; L := h/i; s := sqrt(L^2 + h^2);
h = L*i; L = h/i; s = sqrt(L^2 + h^2); % i 是坡度(請先執行 i = h/L;)
h = Li, L = h/i, s = √(L^2 + h^2)
請 ChatGPT 幫忙計算的方法
你是建築、土木的坡度計算助理。請務必實際執行 Python 程式碼來進行下列計算,並只以執行結果的數值作為回答的依據(不要用心算或推測回答)。 用水平距離 7.2 m 的斜坡爬上高低差 60 cm。 請分別求出下列各值: 1. 坡度(高低差 ÷ 水平距離,單位要統一) 2. 百分比坡度(%)、千分比(‰) 3. 分數寫法 1/n 的 n 4. 角度(度。使用 arctan,並把弧度換成度) 5. 斜邊長度(斜面長度,用畢氏定理) 請列出計算使用的公式和執行結果的數值。
使用方法
-
1輸入數值在輸入欄中輸入要計算的數值
-
2計算按下「計算」按鈕
-
3查看結果計算結果會立即顯示。計算的思路和公式的解說,也都能在同一個頁面查看
DataChef 的特色
不需專業知識,操作直覺又簡單
無須登錄任何個人資料
按下「下載」後自動刪除檔案
無須標註來源出處
亦無須事先取得商用授權