学科Ⅳ（構造）
一級建築士 令和5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おける部材の靱性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：（2）
正答の考え方
太い異形鉄筋を用いる柱で、引張鉄筋比が大きいほど靱性が向上する、という記述が誤りです。靱性は、耐力を急に失わずに変形し続けられる粘り強さです。最大で何支えられるかという強度とは別の性質です。
引張鉄筋比は、断面に対して引張側の主筋がどれだけ入っているかを表します。これを増やすと曲げ耐力は大きくなりやすいものの、その鉄筋の力をコンクリートへ渡す付着への要求も大きくなります。太い鉄筋では、力を負担する断面積が直径の2乗で増えるのに対し、付着に使う周長は直径に比例するだけです。このため大きな鉄筋力を伝える際に、周囲のコンクリートを割り裂く危険が高まります。
付着割裂やせん断破壊が先に進むと、曲げ降伏後の回転を十分に増やせず、靱性は一般に低下します。鉄筋を増やして強くすることが、そのままよく粘ることにはつながりません。曲げを支える主筋と、付着・せん断・コンクリートの拘束を支える横補強筋を、バランスよく設計する必要があります。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）両端で曲げ降伏する梁のせん断力は、概ね両端の降伏モーメントの和を内法スパンで割った値です。同じ断面なら曲げ耐力はほぼ同じなので、スパンが短いほど曲げ降伏時のせん断力が大きくなります。その結果、せん断破壊や付着の損傷が先に進みやすく、十分な回転を保つ余裕が減るため、靱性は低下します。短い梁はたわみにくいという弾性の話と、降伏後によく粘るかという話は区別します。
選択肢2
（2）主筋を増やすと引張力と曲げ耐力は増せますが、その大きな力を周囲へ伝える付着や、対応するせん断抵抗が不足すると、急な破壊を招きます。特に太径筋では付着割裂が問題になりやすく、引張鉄筋比の増加を一律に靱性の向上と結び付けることはできません。柱の圧縮側コンクリートへの負担も大きくなり得ます。主筋量、軸力、横補強筋、かぶりなどの組合せで変形能力を考える必要があります。
選択肢3
（3）曲げ降伏する時点の平均せん断応力度が小さければ、せん断の限界までの余裕が大きくなり、曲げ降伏後も耐力を保って変形しやすくなります。軸方向応力度が小さいという条件も、コンクリートを押し潰す方向の負担が比較的小さいことを意味します。同じ断面の比較では、このように脆い破壊を起こす作用を抑えることが靱性の改善につながります。単に曲げ降伏させれば必ず粘るのではなく、その後の破壊形式が重要です。
選択肢4
（4）ラーメンの耐力壁の両端にある柱は、壁が曲がる際の端部の大きな圧縮・引張りを受け持ち、帯筋によって端部コンクリートを拘束します。壁式構造の壁板では、そのような突出した境界柱による拘束が相対的に小さいため、同じ平均せん断応力度で曲げ降伏しても、端部圧壊などに対する変形の余裕が小さくなりやすいのです。壁の形だけでなく、両端をどの部材・配筋が支えているかまで見る記述として適切です。
周辺知識
大地震に対しては、建物のすべての部分を最後まで弾性のままに保つ設計だけが方法ではありません。特定の部材で鉄筋などが降伏してエネルギーを吸収しながら、建物全体の鉛直荷重を支え続ける考え方も用います。そのためには、降伏後にどれだけ変形できるかが重要です。
曲げ降伏は、鉄筋が伸びながら回転を増やせる状態につながり得ます。一方、せん断破壊、鉄筋に沿う付着割裂、圧縮コンクリートの急な崩れは、耐力が急低下しやすい破壊です。そこで、曲げで先に降伏させたい部分には、その時に生じるせん断力や付着への要求を上回る抵抗を確保します。
梁の長さを半分にすると、同じ両端曲げ耐力から生じるせん断力は約2倍です。この関係からも、短い部材に大きな曲げ耐力を持たせるだけでは靱性の確保にならないと分かります。柱の帯筋や梁のあばら筋は、せん断に抵抗するだけでなく、主筋の座屈やコンクリートの割れ広がりを抑える役割もあります。「強度を増す工夫」と「壊れ方を穏やかにする工夫」を両方考えることが耐震設計の基礎です。