学科Ⅳ（構造）
一級建築士 令和3年度 学科Ⅳ（構造） 問11
問題・正答・学習用解説
問題
鉄筋コンクリート構造に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。選択肢
正答と解説
正答：（2）
正答の考え方
軸方向の圧縮力が大きい柱ほど靱性が高いという記述が誤りです。軸圧縮力は建物の重さなどによって柱を縦に押す力で、靱性は降伏後も急に耐力を失わず、変形を続けられる能力です。コンクリートが圧縮に強いことだけから、圧縮を増すほど粘り強くなるとは判断できません。
柱が地震で曲がると、曲げの圧縮側のコンクリートには、もともとの軸圧縮に加えて大きな圧縮ひずみが生じます。軸圧縮が大きいほど圧縮破壊へ近づき、曲がり続ける余裕が減ります。圧縮側がつぶれたり、主筋が座屈したりすると、柱は水平力だけでなく上部の重量を支える能力も失うおそれがあります。
一方、適度な軸圧縮は斜めひび割れを抑え、せん断耐力等を増す効果がある場合もあります。ここが混同しやすい点です。壊れ始める力の大きさと、壊れ方が急激か、どれだけ変形できるかは別の性能です。大地震で必要な靱性を確保するためには、軸力の大きさを制限し、帯筋による拘束や主筋の座屈防止、せん断破壊の防止などを合わせて行います。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）同じ断面で内法高さが短い柱は、せん断スパンが短くなり、一般にせん断耐力自体は大きくなる方向です。しかし両端に生じる曲げモーメントを短い距離で変化させるため、作用するせん断力も大きくなります。曲げで十分に変形する前にせん断破壊へ達しやすく、靱性は低くなりやすいので記述は適切です。短い柱がせん断に強いという一面だけで安全とせず、増える作用力と、破壊までの変形能力も比較します。
選択肢2
（2）軸圧縮力が大きいと、曲げの圧縮側コンクリートが限界に達しやすくなり、一般に柱の靱性は低下します。コンクリートの圧縮強度が高いことと、大きな軸力を受けた柱が大変形に耐えられることは別です。軸力が少なければ引張鉄筋の降伏後に変形する余裕を確保しやすい場合でも、強く押された柱ではコンクリートのつぶれが先行します。柱全体の軸力比や拘束条件を見ず、材料の得意な力だけで結論を出した点が誤りです。
選択肢3
（3）壁筋を細かい間隔で配置すると、ひび割れを横切る鉄筋が多くなり、各ひび割れの幅の拡大を抑えて分散させやすくなります。少数の大きなひび割れへ変形が集中することを防ぐ効果があるため、記述は適切です。ただし鉄筋を細かくすれば全てのひび割れが消えるわけではなく、必要な鉄筋量、定着、かぶり、打込みやすさなども確保します。同じ量でも大径筋を疎に置くか、小径筋を分散させるかでひび割れの制御が変わります。
選択肢4
（4）柱梁接合部では、梁や柱から入った力が、コンクリート内の斜めの圧縮などによって伝わります。コンクリートの圧縮強度が高いほど、この抵抗が大きくなるため、一般に接合部のせん断終局耐力は増大します。記述は適切です。ただし耐力は有効断面積や接合部の形、梁の取り付きなどにも影響されます。強度の高いコンクリートを使うだけで定着や帯筋の確認を省けるわけではなく、力の伝達の仕組み全体を満たす必要があります。
周辺知識
柱に作用する力には、縦方向の軸力、断面を曲げる曲げモーメント、横へずらすせん断力があります。地震時にはこれらが同時に作用し、一つの力に対する性能だけでは柱の安全性を判断できません。軸圧縮の増加が、せん断抵抗には有利でも変形能力には不利となる場合があるのはその例です。
短柱は、腰壁や垂れ壁などにより変形できる長さが短くなった柱でも生じます。両端の曲げの和を内法高さで割るとせん断力の目安が得られ、長さが半分なら同じ曲げに対するせん断は2倍です。せん断耐力が上がることだけで、その作用力の増加まで十分に補えるとは限りません。
耐震設計では、梁や柱の鉄筋が降伏した後にも、コンクリートの急な崩壊や主筋の座屈を抑えて抵抗を保つ必要があります。帯筋はせん断補強だけでなく、コンクリートを囲んで横へ膨らむのを抑え、主筋を支える役割も持ちます。強度、剛性、靱性の三つを分けて、配筋と荷重条件がどの性能に影響するかを考えます。