学科Ⅳ（構造）
一級建築士 令和5年度 学科Ⅳ（構造） 問22
問題・正答・学習用解説
問題
プレストレストコンクリート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：（1）
正答の考え方
PC柱の部材種別を判定する際、PC鋼材の有効プレストレス力を軸方向力へ考慮しないという記述が誤りです。プレストレスは、コンクリートへあらかじめ与えた圧縮力です。引き伸ばした高強度のPC鋼材を定着すると、その鋼材が元へ戻ろうとする力でコンクリートが締め付けられます。
柱の変形能力を考えるときには、コンクリートがどれだけ圧縮されているかが重要です。上階の重さなど外から来る軸力だけでなく、PC鋼材が内部から与える圧縮も実際に存在します。したがって、時間による損失などを見込んだ有効プレストレス力を含めて評価します。建物全体の外力としては内力同士がつり合うことと、柱断面のコンクリートの圧縮状態を評価することは別です。
強い圧縮はひび割れを抑える利点がありますが、圧縮の余裕を使うため、大地震で曲げ変形すると端部が押し潰されやすくなる面もあります。部材種別は耐力だけでなく靱性を区分するため、実際の圧縮状態を反映する必要があります。プレストレスを常に有利な作用としてだけ扱わないことが要点です。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）有効プレストレス力は柱のコンクリートを圧縮しているので、部材種別判定の軸方向力へ考慮します。PC鋼材の引張りとコンクリートの圧縮が部材内でつり合っていても、コンクリートの圧縮余裕が減るという事実は変わりません。外部荷重による軸力だけで評価すると、曲げ変形時の圧壊のしやすさを過小評価する可能性があります。「内力だから無視できる」とする対象の取り違えに注意します。
選択肢2
（2）リラクセーションは、鋼材を一定の伸びに保っていても、時間とともに引張応力が減る現象です。PC鋼材の引張力が減れば、コンクリートへ与える圧縮力も減ります。コンクリートのクリープや乾燥収縮による短縮も、PC鋼材の伸びを減らすため、プレストレスの損失へつながります。最初に緊張した力を、そのまま何十年後まで残る力として設計してはいけません。時間経過後の有効な値を区別する記述として適切です。
選択肢3
（3）引張られたPC鋼材が曲がる部分では、鋼材をその曲線に沿わせるため、周囲のコンクリートへ横向きの押付け力が生じます。曲げ半径が小さいほど、同じ長さで鋼材の向きが大きく変わるため、局部的な圧縮が大きくなります。単純には単位長さあたりの押付け力は緊張力を曲げ半径で割った量に対応します。内側のコンクリートが押し壊されないことを確認する必要があるという記述は適切です。
選択肢4
（4）プレストレスの寄与が大きい部材では、引張ひび割れを抑え、長期の曲げ剛性低下を小さくできるため、規定の条件で変形増大係数を低減できます。この係数は、弾性計算によるたわみを長期の状態へ補正するものです。PC鋼材があるだけで一律に0や1にしてよいわけではなく、曲げ耐力への寄与や構造形式に対応した扱いをします。使用上の支障の確認と、破壊しないための曲げ耐力の確認をつなげて考えます。
周辺知識
普通の鉄筋コンクリートでは、荷重によって引張側のコンクリートにひび割れが生じ、その後の引張力を主に鉄筋が負担します。プレストレストコンクリートは、最初に圧縮しておくことで、後から生じる引張作用を打ち消し、ひび割れや変形を抑える仕組みです。重い本を両側から強く挟むと、下へ落ちにくくなるイメージに似ていますが、実際にはPC鋼材と定着部がその締付け力を保ちます。
プレテンション方式は先に鋼材を引張ってコンクリートを打ち、硬化後に鋼材の力を付着で伝えます。ポストテンション方式は硬化したコンクリート内の鋼材を引張り、端部で定着します。後者では、曲線状の鋼材の摩擦、定着時の移動、局部支圧なども考慮します。
プレストレスにはひび割れ低減という利点と、局部的な圧縮や時間的な損失など確認すべき作用があります。緊張直後、長期使用時、大地震の終局時では、鋼材とコンクリートが受け持つ力の状態が異なります。どの時点の、どの材料の応力度を調べているかを分けて理解することが大切です。