学科Ⅳ（構造）
一級建築士 令和4年度 学科Ⅳ（構造） 問17
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：（1）
正答の考え方
フランジ幅が大きい梁ほど必要な横補剛箇所数が多くなる、という記述が誤りです。梁せい、断面積、ウェブ厚さが同一なら、一般にフランジ幅が大きい方が横方向へ曲がりにくくなり、必要な横補剛数は少なくなる方向です。
H形鋼のフランジは上下に張り出す板、ウェブはそれらをつなぐ縦板です。フランジの材料を左右へ広く配置すると、弱軸回りの断面二次モーメントが大きくなります。幅、厚さの板では、その軸に対するはです。フランジ面積がほぼ一定なら、となり、幅の増加で横曲げへの抵抗が増えることが分かります。
横補剛は、圧縮フランジが横へ逃げ、梁がねじれる横座屈を抑えるための支えです。梁自身が横方向へ抵抗しやすくなれば、同じ長さに必要な補剛数を減らせる側になります。ただし幅を増して板を薄くすると、局部座屈の幅厚比は不利になることがあります。横座屈に有利な変更が、全ての破壊形式に有利とは限らない点も確認します。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）記述の増減が逆です。同じ材料量をフランジの横方向へ広げると弱軸回りの断面二次モーメントが増し、横座屈しにくくなるので、必要補剛数は一般に少なくなります。補剛箇所を多くするのは、梁自身が横へ逃げやすい条件を補う対策です。ただし同じ断面積を保つためフランジが薄くなれば、板の局部座屈は別に確認します。梁全体の横座屈と板一枚の局部座屈を区別する必要があります。
選択肢2
（2）軽量な建物では、風による屋根の吸上げや転倒に対して、自重・積載荷重が押さえとなることがあります。積載荷重が常に存在すると見込むと、空の状態で柱脚や柱継手が受ける引張りを過小評価するおそれがあります。そのため、積載荷重を無視した場合も検討する記述は適切です。荷重は常に多い方が不利とは限らず、浮上りや転倒を抑える側に働く荷重は、少ない状態も調べます。
選択肢3
（3）細長い筋かいは圧縮で早く座屈するため、主に引張強度を利用する抵抗となります。十分に細長比の小さい筋かいは、圧縮・引張りで塑性化して履歴エネルギーを吸収しやすくなります。中間の領域では座屈後の耐力低下や繰返しによる変形集中が起こり、不安定な履歴を示すことがあります。したがって、細長比を中間にすれば両方の利点を必ず得られるわけではないという記述は適切です。
選択肢4
（4）角形鋼管の壁面へ筋かいの大きな軸力を局部的に入れると、鋼管面が押し込まれたり引き出されたりして変形するおそれがあります。柱全体の曲げ・軸力に対する耐力が足りていても、接合付近の薄い板部分の局部性能は別です。ダイアフラムや適切な補強などで、力を鋼管の断面全体へ広げて伝える必要があります。筋かいと柱がつながっているだけでなく、その接合位置での力の流れを確認する扱いです。
周辺知識
横座屈は、曲げを受ける梁の圧縮側が横へ曲がり、断面がねじれる現象です。圧縮フランジを横から支えれば、自由に横へ逃げられる長さを短くでき、横座屈の抵抗を高められます。均等間隔の横補剛では、その間隔と梁の断面性能・必要な塑性変形能力などから箇所数を決めます。
局部座屈は、フランジやウェブという板そのものが波打つ現象です。横へ広いフランジは弱軸回りの断面性能を増せますが、板厚との比が大きくなると局部座屈しやすくなります。同じ変更が異なる現象に反対の効果を持つため、一つの比だけで設計を終えないことが大切です。
また、風や地震の力は梁・筋かいから柱や柱脚へ伝わります。軽量な建物では吹上げ、筋かいの取付け部では局部変形など、全体の曲げ以外の作用も重要です。部材の強さ、変形の安定性、接合部の力の受渡しをつなげて考えると、各記述が何を防ごうとしているかが分かります。