学科Ⅳ（構造）
一級建築士 令和3年度 学科Ⅳ（構造） 問14
問題・正答・学習用解説
問題
鉄筋コンクリート構造の保有水平耐力計算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：（4）
正答の考え方
付着割裂破壊を生じる柱を、急な耐力低下がないとしてFAに分類した記述が誤りです。付着は鉄筋とコンクリートの間で力を受け渡す働きです。異形鉄筋の節がコンクリートを押す際には、鉄筋の周りを外へ割り広げる向きの力も生じます。これに耐えられず鉄筋に沿ってコンクリートが割れるのが付着割裂破壊です。
この破壊で付着が失われると、鉄筋の力を周囲へ伝えられず、鉄筋が十分に塑性変形する前に部材の抵抗が急に低下するおそれがあります。靱性の高い曲げ破壊を想定するFAとしては扱えず、付着割裂のような脆い破壊を考慮した部材種別として評価します。
構造特性係数は、架構が大地震でどれだけ粘り強く変形してエネルギーを吸収できるかを必要耐力へ反映します。実際には急に抵抗を失う柱を高い変形能力の部材とすると、期待できないエネルギー吸収を見込んで必要耐力を小さくしすぎる危険があります。鉄筋量やコンクリート強度の数値だけで種別を決めず、曲げ、せん断、付着などのうち何が先に限界となるかを確認することが重要です。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）増分解析は、水平荷重を少しずつ増やし、ひび割れや降伏に伴って骨組の力の分担と変形がどう変わるかを追う方法です。その外力の高さ方向の分布を、設計用の地震力分布を表すに基づいて設定するのは適切です。全階へ同じ力を一律に加えるのではなく、各階の重量等も含めた所定の地震力分布を用います。ただし特殊な建物では想定する変形や高次モードの影響など、採用する方法の適用条件にも注意します。
選択肢2
（2）全体崩壊形では、複数の梁端などに塑性ヒンジが生じ、建物全体が一つの変形機構を形成します。その時点の軸力、せん断力、曲げなどを用いて部材の破壊形式や種別を評価し、を定める扱いは適切です。最初の弾性解析の応力だけでは、降伏後に変化した力の分担を表せません。計画した崩壊形が実際に形成されるまで、脆い破壊が先行しないかを確認し、得られる変形能力と係数を対応させます。
選択肢3
（3）耐力壁がせん断破壊すると、その後に急な耐力低下が生じるおそれがあります。そのため、その壁がせん断破壊した時点の層せん断力を当該階の保有水平耐力とする扱いは適切です。壁が壊れた後も、計算上の荷重をそのまま増やして得られる大きな値を無条件に採用することはできません。最終的な水平抵抗は、架構のどこで必要な性能を失うかによって制限されます。破壊時点の耐力と、降伏後も維持できる耐力を区別します。
選択肢4
（4）付着割裂破壊は、鉄筋に沿う割れでコンクリートとの力の伝達を失い、急激な耐力低下を生じ得る破壊です。従って高い靱性を期待するFAとした判断は不適切で、脆い破壊をする部材として扱う必要があります。横補強筋による拘束、かぶり、鉄筋間隔などは割裂を防ぐ性能に関わります。主筋が十分に伸びてエネルギーを吸収する前に周囲が壊れると、その鋼材の延性を部材全体の靱性として利用できなくなります。
周辺知識
保有水平耐力は、大地震時に建物が実際に発揮できる水平抵抗です。弾性計算で荷重に対する応力度を求めるだけでなく、部材が降伏した後の力の移り方や、どこで抵抗を失うかを評価します。増分解析はその過程を追う代表的な方法です。
曲げ降伏後に安定して変形できる部材と、せん断・付着・圧縮などで急に壊れる部材では、同じ最大強度でも大地震への対応が異なります。靱性の高い部材は繰り返す変形でエネルギーを吸収できますが、脆い破壊では短い時間に抵抗を失います。構造特性係数はこの違いを必要な耐力に反映します。
全体崩壊形は、建物全体へ変形を分散させる計画です。一部の階だけに柱の破壊が集中すると、その階の高さを保てなくなる危険があります。どの部材を先に降伏させ、他のどの部材や接合部を保護するかを決め、計算上の部材種別と実際の破壊機構を一致させる必要があります。耐力の最大値だけを追わず、その値に至る前後の壊れ方まで見ることが大切です。