学科Ⅳ（構造）
一級建築士 令和5年度 学科Ⅳ（構造） 問15
問題・正答・学習用解説
問題
鉄骨構造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
多数回の繰返し応力に対する疲労強さを高めるため、摩擦接合を完全溶込み溶接へ変えるという判断が不適切です。疲労は、一回では壊れない程度の力でも、何度も増減を繰り返すことで小さなき裂が成長し、最後に破断する現象です。
完全溶込み溶接は、板厚全体まで溶接して力を伝える接合です。静的な荷重に対して母材と同等の強さを確保できても、繰返し荷重への性能まで同じとは限りません。溶接止端の形状変化、溶接時に残る応力、微小な欠陥などによって局部に応力が集中し、疲労き裂の起点になり得ます。
高力ボルト摩擦接合は、鋼板を強く締め付け、接触面の摩擦で力を渡します。通常の比較では良好な疲労性能を期待でき、これを単に完全溶込み溶接へ替えることを疲労強さの向上策とはできません。疲労の検討では、鋼材の強度だけでなく、継手の形状、仕上げ、応力の変動幅や回数を確認します。「一体化した方が必ず丈夫」という直感を、静的強度と疲労強度の違いによって修正する問題です。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）H形鋼の梁は、曲げにより一方のフランジが圧縮されると、横へ逃げながらねじれる横座屈を起こすことがあります。そのため許容曲げ応力度には、鋼材の基準強度だけでなく、断面の形、曲げモーメントの分布、圧縮フランジを横に支える間隔が関係します。支点間距離は建物の柱間隔と必ずしも同じではなく、横補剛で圧縮側を支えれば短くできます。材料と部材の不安定現象を合わせて評価した適切な扱いです。
選択肢2
（2）完全溶込みという名称は板厚方向へ十分に溶け込んでいることを示しますが、疲労き裂が生じない保証ではありません。フランジの繰返し引張りでは、溶接端部の局所的な応力集中が疲労性能を左右します。摩擦接合から変更すれば基準疲労強さが高くなるとはいえず、記述の改善策は不適切です。疲労を改善するなら、対象となる継手の疲労区分、端部形状や仕上げ、応力範囲などを具体的に比較する必要があります。
選択肢3
（3）柱の継手は、柱を上下でつなぐ場所です。梁と交わる床付近は大きな曲げモーメントや複雑な接合が集まりやすいため、そこから少し離し、施工者が溶接やボルト締めを行いやすい高さへ設ける考え方は適切です。床面から約は、その両面を考慮した一般的な位置です。ただし、そこで柱の応力が常に0になるわけではありません。実際に作用する軸力、曲げ、せん断を継手が伝えられることを別に確認します。
選択肢4
（4）露出型柱脚は、柱下端のベースプレートとアンカーボルトで基礎へ力を渡します。曲げを受けると、一方ではプレートがコンクリートを押し、反対側ではアンカーボルトが引張りを受けます。この押し引きはRC柱断面の圧縮コンクリートと引張鉄筋に似ているため、プレート寸法を断面寸法、アンカーボルトを鉄筋に見立てた許容応力度設計が可能です。プレートの曲げやアンカーの定着など、別に必要な確認は残ります。
周辺知識
疲労では、最大応力度だけでなく、繰返しによる変動の幅が重要です。たとえば応力度が10から100へ変わる場合の範囲は90、80から100なら20です。最大値が同じでも、力の増減によるき裂進展の条件は同じではありません。走行クレーンや振動する機械を支える梁などでは、多数回の繰返しを想定して接合部を検討します。
鋼材の降伏点を高めれば、静的に耐えられる応力度は増えます。しかし溶接継手の疲労では、き裂が始まる局部の形状や残留応力の影響が大きく、材料を強くするだけで同じ割合の改善は得られません。段差や急な形状変化を小さくし、欠陥を抑え、必要に応じて表面を滑らかに仕上げる考え方が重要です。
一方、地震時の大きな塑性変形を少数回繰り返す問題と、通常の荷重で小さな応力変動を非常に多く繰り返す問題では、評価方法や想定が異なります。本問の「多数回の繰返し応力」という条件を読み、普段の静的な許容耐力の話だけで判断しないようにしましょう。