学科Ⅳ（構造）
一級建築士 令和4年度 学科Ⅳ（構造） 問15
問題・正答・学習用解説
問題
鉄骨構造の設計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
一次設計で許容曲げ応力度を確認しただけで、十分な塑性変形能力があると判断する記述が不適切です。一次設計では、規定の荷重に対して応力度を許容値以下に抑えることを確かめます。一方、塑性変形能力は、地震で梁が降伏した後も、耐力を急に失わずどれだけ回転・変形できるかという別の性能です。
H形鋼梁は、圧縮側フランジが横へ逃げ、梁全体がねじれる横座屈を生じることがあります。許容曲げ応力度の算定では圧縮フランジの支点間距離を使いますが、それで降伏後の大きな変形まで保証できるわけではありません。塑性化を想定する梁端では、横補剛の配置と強度・剛性、フランジやウェブの幅厚比、接合部の破断防止などを確認する必要があります。
たとえば通常時には変形しなくても、降伏後にフランジが局部的に波打つと、期待した曲げモーメントを保てなくなります。どの荷重段階を対象に、何を防ぐ確認かを区別し、「許容応力度に合格した」という一つの結果で、使用性・終局耐力・靱性の全てを代用しないことが重要です。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）梁せいがスパンに比べて小さいと、材料の応力度が許容値以下でも、たわみや振動が使用上の問題になることがあります。そのため固定荷重と積載荷重によるたわみを求め、有効長さに対する比が所定の値以下であることを確認するのは適切です。たわみを長さで割ると無次元となり、スパンの違う梁を一定の基準で比較できます。強さの検討と、床や梁として支障なく使えるかの検討を分けた扱いです。
選択肢2
（2）埋込み型柱脚では、鉄骨の曲げにより埋込み部の上側と下側が反対向きにコンクリートを押します。この離れた二つの支圧が偶力を作り、曲げモーメントを基礎へ伝えます。せん断力も、それらの支圧の合力として伝達されます。鉄骨を埋めれば自動的に安全という意味ではなく、必要な埋込み深さ、コンクリートの支圧強度、周囲の補強などを満たす設計が必要です。力の伝達機構として適切な記述です。
選択肢3
（3）冷間成形角形鋼管柱を用いるルート1-1では、標準せん断力係数を0.3以上とすることに加え、柱の設計用応力の割増しなど、その柱に対応する確認を行う扱いです。冷間成形は常温付近で鋼板を曲げて管状にする加工で、成形による材料特性や柱の変形能力へ配慮が必要です。地震力の係数を増やすことと、柱応力の割増しは別の条件なので、一方だけ実施すればよいという意味ではありません。
選択肢4
（4）許容曲げ応力度を満たすのは、一次設計の荷重段階で必要な抵抗があるという確認です。梁端が降伏して大きく回転する段階では、横座屈や局部座屈、溶接部の破断などが変形能力を制限します。塑性化領域を適切に横補剛し、幅厚比や接合部などの必要条件を確かめなければなりません。弾性範囲の応力チェックを、降伏後に耐力を保つ能力の証明へ読み替えた点が不適切です。
周辺知識
構造の設計では、使用性、安全な荷重支持、変形能力を分けて確認します。使用性は床がたわみすぎたり不快に振動したりしないこと、許容応力度は定めた荷重状態で応力を限界内に保つこと、塑性変形能力は大地震で降伏後も粘り強く抵抗することです。
H形鋼は上下に材料を配置するので鉛直曲げへ効率よく抵抗できますが、横方向やねじりは比較的弱い面があります。圧縮フランジを横から支える横補剛は、この横逃げを抑えます。ただし、補剛材を細く付けただけで十分とは限らず、動きを止める剛性と、そこで生じる力を伝える強度が必要です。
大地震時にどこを先に降伏させるかを計画したら、その部材の周囲は期待した回転を妨げず、脆い破壊を先行させないように設計します。柱脚、柱梁接合部、補剛材などは、主要部材が出せる力を受け渡す部分です。部材単独の許容値だけでなく、つながった構造全体として計画した働きが実現するかを確認する必要があります。