学科Ⅳ（構造）
一級建築士 令和3年度 学科Ⅳ（構造） 問16
問題・正答・学習用解説
問題
鉄骨構造の接合部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
完全溶込み溶接にすればスカラップの断面欠損を無視できるという記述が誤りです。完全溶込み溶接は、接合する板厚の全体へ溶接が届くようにする方法です。一方、スカラップは梁フランジを溶接するためなどに、ウェブ端部へ設ける切欠きです。接合する部分が完全に溶け込んでも、切り取ったウェブの材料が戻るわけではありません。
梁端の曲げはフランジだけでなくウェブも分担します。スカラップがあると、その近くで有効な断面が減り、形状の急変部には応力が集中します。柱の種類や梁ウェブから柱へ力を伝える状態も関わるため、梁端接合部の最大曲げ耐力では、断面欠損を含む実際の形状と力の伝達を評価する必要があります。
大地震の繰返し変形では、スカラップの縁などがき裂の起点となり、梁が十分に塑性変形する前に破断することも問題になります。したがって溶接形式の確認と、梁端の断面・応力集中の確認は別です。溶接ののど断面の許容応力度が所定値を満たすことだけで、接合部全体の最大曲げ耐力や変形能力を保証したことにはなりません。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）肌すきは、接触させたい鋼板の間に残る隙間です。を超える場合に、所定の表面処理を施したフィラープレートを挿入して締め付ける扱いは適切です。摩擦接合では面同士が密着して押し付けられることが必要で、厚さの段差を無理にボルトで曲げて締める方法では適切な接触を得られないおそれがあります。挿入する板にも摩擦面が増えるため、母材や添え板と同様の処理が必要です。単なる隙間埋め材としては扱いません。
選択肢2
（2）高力ボルトの軸断面に対する許容せん断応力度は、一面せん断の長期がで、短期はその1.5倍の、二面せん断なら2倍のです。従って記述は適切です。ここで問題のはで表す基準張力の値です。許容せん断力を求める場合には、さらに対応するボルト軸断面積を掛けます。二面という摩擦面数の条件と、長期・短期の係数を分けて計算します。
選択肢3
（3）基準強度が同じなら、完全溶込み溶接とすみ肉溶接で、それぞれの有効なのど断面に対する許容せん断応力度を同じ値とする扱いは適切です。ただし実際に力を受け持つのど厚とのど断面積は溶接形式で違うため、同じ応力度でも許容せん断力が同じとは限りません。また完全溶込み溶接の引張りに対する扱いと、すみ肉溶接ののど断面の扱いを混ぜないことが重要です。比較しているのは同じ種類の「せん断応力度」です。
選択肢4
（4）完全溶込みは接合する板厚方向の溶込みを確保する方法で、スカラップによって失われたウェブ断面や応力集中を消すものではありません。そのため梁端接合部の最大曲げ耐力には、切欠きの有無や寸法などを考慮する必要があります。梁フランジ・ウェブを全て完全溶込みとすれば部材断面も全て有効になる、という推論が不適切です。溶接の強度、母材の残る断面、柱側への力の入り方、き裂を起こしやすい形状を分けて確認します。
周辺知識
高力ボルト摩擦接合は、強く締め付けた鋼板同士の摩擦で力を伝えます。ボルト軸が孔の縁へ直接当たって支えることを主な設計機構とする接合とは異なります。摩擦面の処理、密着、締付け力、面数が性能に関わるため、板の表面と納まりも構造性能の一部です。
溶接ののど断面は、溶接部が力を伝える際の有効な断面です。すみ肉溶接は三角形に近い断面となり、見える脚長をそのまま有効厚さとして使うわけではありません。許容応力度と有効面積を掛けて力へ換算するので、応力度の比較と接合部耐力の比較は区別します。
接合部は、梁で分布していた力を柱へ集めて受け渡す場所です。孔、切欠き、板厚の変化、溶接端などには局部的に大きな応力が生じます。材料の強度や溶接形式だけでなく、実際に残る断面と力の経路を確認し、脆い破断が主要部材の塑性変形に先行しないように設計します。