学科Ⅳ（構造）
一級建築士 令和3年度 学科Ⅳ（構造） 問15
問題・正答・学習用解説
問題
鉄骨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
幅厚比の上限は、SN400BよりSN490Bの方が大きいという記述が逆です。幅厚比は、フランジやウェブという板部分の幅を厚さで割った値で、大きいほど幅に対して薄い板となります。圧縮される薄い板は、材料が十分に強度を発揮する前に局部的に波打つ局部座屈を起こしやすくなります。
SN490BはSN400Bより高い強度を持ちますが、ヤング係数は大きく変わりません。板の弾性的な座屈抵抗は主にヤング係数と板の幅厚比に支配されるため、鋼材の降伏点だけ高くしても同じようには増えません。高い降伏応力度に達するまで、さらに降伏後の変形まで局部座屈を抑えるには、幅に対してより厚くする必要があります。
同じ条件の幅厚比制限は、おおむねに対応する形で定められ、基準強度Fが大きいほど上限は小さくなります。従って高強度鋼だから薄く広い板を自由に使える、という判断は誤りです。材料の強さを使える断面形状と、梁全体の横座屈を防ぐ補剛、接合部の変形能力を合わせて確保することが重要です。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）節点が横移動できるラーメンでは、梁の剛性を高めて柱端の回転を強く拘束しても、横へずれる座屈の形が残ります。そのため理想的な評価で座屈長さを節点間距離より小さくはできず、記述は適切です。梁を硬くすることは端の回転に対する拘束であり、節点そのものの横移動を止めることとは違います。筋かいなどで横移動を抑えた架構の座屈長さを、そのまま横移動できるラーメンへ当てはめないことが要点です。
選択肢2
（2）高い強度を発揮するまで局部座屈を抑えるには、SN490Bの方が幅厚比の上限を小さくする必要があります。幅厚比が小さいとは、同じ板幅なら厚い板を使うことです。鋼材の降伏点が高くても、板が弾性的に曲がりにくい性質は同じ割合で増えません。このため幅厚比の上限を大きくできるとした記述は逆です。高強度材の採用で断面を薄くする場合には、耐力の計算に加えて局部座屈と必要な変形能力を再確認します。
選択肢3
（3）降伏比は降伏点を引張強さで割った値です。小さい降伏比を持つ鋼材は、降伏した後にさらに強度が上がる余裕を持ち、塑性変形を周囲へ広げる上で有利となります。塑性化を想定する部位へ採用する計画は適切です。ただし降伏比が小さいだけで部材の靱性が保証されるわけではなく、局部座屈、横座屈、溶接部の破断なども防ぐ必要があります。材料の応力とひずみの関係を、実際の部材が利用できる条件まで整えます。
選択肢4
（4）均等間隔の横補剛のほか、梁端部など塑性化と大きな曲げが想定される領域を重点的に補剛する方法があります。記述の方法は、所定の補剛位置、間隔、強度、剛性などを満たす条件で適切です。端部の近くへ適当に部材を付ければよいのではありません。梁の曲げ分布と塑性化領域に対応させ、圧縮フランジの横変位や梁のねじれを抑える必要があります。採用する補剛方法の成立条件に従って配置を決めます。
周辺知識
鉄骨の座屈は、現れる範囲によって分けると理解しやすくなります。柱全体が横へ曲がる座屈、H形鋼梁が横へ逃げてねじれる横座屈、フランジやウェブの板だけが波打つ局部座屈があります。これらは別の現象で、一つを防いでも他が残ることがあります。
柱全体の座屈には座屈長さと断面性能、梁の横座屈には圧縮フランジの拘束やねじり抵抗、局部座屈には幅厚比が関わります。材料を高強度にしても、全ての座屈抵抗が同じ割合で上がるわけではありません。強度を増す効果と、形や支持条件を変える効果を分けて考えます。
大地震では、部材が降伏した後の回転を期待する場合があります。その段階まで安定して力を保つには、弾性範囲での応力度の確認だけでなく、幅厚比や横補剛、接合部の破断防止が必要です。降伏比の小さい鋼材を選ぶのもその一部です。材料、断面、支持、接合をそろえて初めて、架構全体の靱性を高められます。