学科Ⅲ（法規）

一級建築士令和5年度学科Ⅲ（法規）問12

問題・正答・学習用解説

問題

構造強度に関する次の記述のうち、建築基準法上、誤っているものはどれか。

選択肢

（1）
建築物の実況によらないで、基礎の垂直荷重による圧縮力を計算する場合、映画館の客席（固定席）で、柱のささえる床の数が2のときは、床の積載荷重として採用する数値を2,600N／m²とすることができる。
（2）
径25mmの異形鉄筋における、短期に生ずる力に対する圧縮の許容応力度は、鋼材等の種類及び品質に応じて国土交通大臣が定める基準強度の数値としなければならない。
（3）
設計基準強度が21N／mm²のコンクリートの場合、短期に生ずる力に対するせん断の許容応力度は、設計基準強度の\(\frac{1}{30}\)である。
（4）
設計基準強度が21N／mm²のコンクリートの引張りに対する材料強度は、圧縮に対する材料強度の\(\frac{1}{10}\)である。

正答と解説

正答：（3）

正答の考え方

正解は3です。設計基準強度21

\displaystyle \mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}

のコンクリートのせん断許容応力度は、長期では次のとおりです。

\frac{21}{30}=0.7\,\mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}

短期ではその2倍の1.4

\displaystyle \mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}

です。したがって短期は設計基準強度の15分の1であり、30分の1とした本肢は長期の値を取り違えています。

せん断は、材料の一方の側を他方に対してずらすような力です。圧縮が押しつぶす力、引張りが引き離す力であるのに対し、せん断は面に沿って滑らせるような作用と考えます。コンクリートの許容応力度の表は、これらの力の種類と、長期・短期の区分に分かれています。長期は継続する重さ等、短期は一時的に作用する力を想定し、同じせん断でも採用値が異なります。

設計基準強度をFとすれば、短期せん断は次のとおりです。

\frac{2\times F}{30}=\frac{F}{15}

本問のFは21で、21を超える場合に別の告示値を確認する範囲ではないため、表の基本値で計算します。また、選択肢4の『材料強度』は許容応力度と別の物差しで、引張りと圧縮の比は10分の1です。似た分数が並ぶため、先に表の名前、力の種類、長期・短期の順に対象を決めてから数字を選ぶことが重要です。

各選択肢の解説

選択肢1

（1）適当です。固定席の映画館の客席では、基礎の計算に用いる積載荷重の表の値は2,600

\displaystyle \mathrm{N}/\mathrm{m}^{2}

です。客席や集会室等には、柱が支える床数による積載荷重の低減を適用しません。床数2だから0.95を掛けてよいとするのではなく、2,600をそのまま用います。上映時には多くの客席が同時に使われる状況等を考慮するためです。まず用途と固定席かを確認し、基礎用の列を選び、さらに低減の適用除外を確認する順序で判断します。

選択肢2

（2）適当です。径25mmの異形鉄筋の短期圧縮許容応力度は、鋼材の種類・品質に応じた基準強度Fです。異形鉄筋は、表面の節によってコンクリートと力を伝えやすくした鉄筋です。長期の許容値等では別の係数や径による条件が関係するため、長期の値を短期へ流用しません。また、短期引張りやせん断補強用の区分も、表の別の欄で確認します。径25mmという条件と『短期』『圧縮』という二つの指定をそろえて値を選びます。

選択肢3

（3）誤りです。

\displaystyle F=21

の場合、長期せん断許容応力度は

\displaystyle \frac{F}{30}=0.7\,\mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}

ですが、短期はその2倍の1.4

\displaystyle \mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}

です。

\displaystyle \frac{F}{30}

を短期の値として使うと、長期・短期の欄を取り違えています。

\displaystyle \frac{1.4}{21}=\frac{1}{15}

なので、設計基準強度との比は15分の1です。先に

\displaystyle \frac{F}{30}

を求めた後、短期の2倍を適用する順序を示せば、係数の落とし忘れを防げます。短期だから全ての材料・力の種類で同じ係数になるとは限らず、本問の表に従います。

選択肢4

（4）適当です。設計基準強度21

\displaystyle \mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}

のコンクリートの材料強度は、圧縮が

\displaystyle F=21\,\mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}

、引張りが

\displaystyle \frac{F}{10}=2.1\,\mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}

なので、引張りは圧縮の10分の1です。コンクリートは引張りに弱い性質があり、材料の力の種類ごとに値が異なります。ここで問うのは『材料強度』で、長期引張りの許容応力度

\displaystyle \frac{F}{30}

ではありません。同じコンクリートでも、設計のどの段階に使う値かによって表が違うため、見出しを確認して比較します。

周辺知識

コンクリートの計算で使うFは、設計に採用する圧縮強度の基準です。許容応力度は、材料の断面に生じる力を設計上どの値以下に抑えるかという限度で、圧縮、引張り、せん断、付着等の種類と長期・短期に分かれます。材料強度は、大地震時等の耐力を評価するときに使う法令上の値です。同じFから出発しても、目的が違うため係数が異なります。

本問の

\displaystyle F=21

で整理すると、長期せん断0.7、短期せん断1.4、引張り材料強度2.1です。数字だけを見ると似ていますが、0.7に短期の2倍を掛ける計算と、21を10で割って材料強度を求める計算は違うものです。単位はいずれも

\displaystyle \mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}

でも、同じ意味の量とは限りません。表の名称と欄を確認する習慣が必要です。

積載荷重の低減でも、係数を掛ける前に適用範囲を確認します。通常、複数の床を支える柱・基礎の圧縮力では床数に応じた低減ができますが、映画館の客席等はその例外です。『床数2だから0.95』と機械的に計算せず、用途の除外を先に確認します。構造法規の数字は、正しい計算式だけでなく、その式を使ってよい条件まで一組で理解することが大切です。

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