学科Ⅳ（構造）
一級建築士 令和4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：（3）
正答の考え方
柱の軸方向圧縮応力度が小さいほど、せん断終局耐力が大きいという記述が誤りです。一般的な柱のせん断耐力式では、所定の適用範囲内で軸方向圧縮の寄与を加えます。圧縮が斜めのひび割れを閉じる側に働き、コンクリートのせん断抵抗を高めるため、傾向は記述と逆です。
軸方向圧縮応力度は、柱の軸力を断面積で割った値です。上から強く押されている柱ほど、ひび割れ面同士が押し合い、ずれに抵抗しやすい面があります。ただし、圧縮を増やせば無制限に良いわけではありません。大きすぎる軸力はコンクリートの圧壊を起こしやすくし、曲げ降伏後の変形能力を低下させます。
この問題では、ある条件下の「せん断終局耐力」の増減を問うており、柱全体の耐震性能や靱性の増減とは分けて答えます。他の記述は、引張側スラブ筋の曲げへの寄与、短いせん断スパンでのコンクリートの圧縮抵抗、接合部に有効な幅の増加という、それぞれの抵抗機構に対応しています。強度と変形能力を同じ方向へ単純に結び付けないことが重要です。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）スラブが梁の引張側にある場合、有効幅内のスラブ筋も引張力を受け持ち、梁主筋とともに曲げへ抵抗します。その筋量が多いほど、一般に曲げ終局モーメントは大きくなります。スラブの全幅を無条件に加えるのではなく、梁と協力して働く有効幅と定着などの条件を用います。梁の曲げ耐力が増すと、柱や接合部、せん断への要求も増えるので、スラブ筋の寄与を見落とすと意図した降伏順序が変わる場合があります。
選択肢2
（2）せん断スパン比が小さい、つまり部材せいに対して荷重・反力の間隔が短い場合、コンクリートの斜め圧縮で荷重を伝える作用が働きやすくなり、一般にせん断終局耐力は大きくなります。これは同じせん断力に対して曲げが小さい側の条件です。ただし、短い梁は曲げ耐力に対応する必要せん断力も大きくなりやすいため、耐力が大きいことだけから靱性が高いとはいえません。需要と抵抗を両方比べる必要があります。
選択肢3
（3）一般的な算定式の適用範囲では、軸方向圧縮応力度が大きいほど、せん断耐力への寄与は増える方向です。小さいほど増えるという記述は逆です。ただし、そのまま「圧縮軸力を増すほど柱は地震に強い」と一般化してはいけません。高い軸力は圧縮破壊を早め、変形できる余裕を減らす場合があります。せん断強度を求める式の一項と、柱の総合的な破壊・変形性能を分けて読む必要があります。
選択肢4
（4）取り付く大梁の幅が大きくなると、梁の力が柱梁接合部へ広がって伝わる有効幅も、一般に大きく評価できます。接合部のせん断終局耐力は有効な断面の大きさに関係するため、耐力が増える傾向は適切です。ただし柱幅などにより有効幅の上限があり、梁幅を増せば際限なく耐力が増すわけではありません。接合部の形状、コンクリート強度、直交梁などの拘束条件も合わせて確認します。
周辺知識
耐震設計では、部材の耐力を増やすことと、建物の壊れ方を適切にすることを同時に考えます。梁を先に曲げ降伏させたい場合でも、スラブ筋の寄与を含めると梁が想定より強くなり、接合部や柱が先に限界へ達する可能性があります。そのため実際に発揮し得る曲げ耐力から、周囲へ伝わるせん断力や接合部力を求めます。
せん断耐力には、コンクリートの斜め圧縮、ひび割れ面の抵抗、横補強筋の引張りなどが関係します。せん断スパン、軸圧縮、断面寸法によって、それぞれの働きが変わります。式の係数だけでなく、どの抵抗が増減しているかを考えると傾向を理解できます。
一方、強い圧縮でひび割れを閉じる効果があっても、コンクリート自体の圧縮限界は残ります。せん断強度が増す条件と、曲げ降伏後によく粘る条件が一致しない例です。終局耐力は限界の力、靱性は耐力を保つ変形の余裕として区別し、所定の式の適用範囲を守ることが大切です。