学科Ⅳ（構造）
一級建築士 令和5年度 学科Ⅳ（構造） 問23
問題・正答・学習用解説
問題
合成構造及び混合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：（4）
正答の考え方
外周の鉄骨骨組を主な水平力抵抗要素、RCコア壁を主な鉛直荷重支持要素とする説明が逆です。この混合構造では、一般に、硬く連続したRCコアが主に地震・風の水平力へ抵抗し、外周の鉄骨骨組が主に床などの鉛直荷重を支えます。
コアは、建物中央付近にある階段室やエレベーターまわりなどのまとまった部分です。そこへRCの壁を配置すると、高さ方向に続く箱や筒のような剛性の高い抵抗要素を作れます。床は各部分の慣性力をこのコアへ伝えます。一方、鉄骨梁は比較的長いスパンを飛ばしやすく、周辺に広い執務空間などをつくるのに適しています。
これは水平力と鉛直荷重を完全に排他的に分けるという意味ではありません。コアも鉛直荷重を負担し、外周骨組にも接合条件や変形に応じた水平力が生じます。構造計画上の主な役割を問う記述です。異なる材料を使う理由を、コンクリートの圧縮・壁の剛性と、鉄骨の軽さ・大スパンへの適性に結び付けて理解します。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）完全合成梁は、コンクリート床と鉄骨梁がずれずに協力し、合成断面としての全塑性モーメントを発揮できる梁です。そのためには、両者の境界で必要なせん断力を伝える頭付きスタッドを十分な本数設けます。スタッドは鉄骨上面へ溶接した頭付きの短い鋼棒で、床内に埋め込まれてずれ止めとして働きます。梁を強い材料で作るだけでは完全合成にはならず、その強さへ達するまでの力の受渡し能力が必要です。
選択肢2
（2）SRCは鉄骨を鉄筋コンクリートの中へ組み込んだ構造です。地震時に1階柱脚へ引張軸力が生じる場合、鉄骨の力を基礎へ確実に渡すため、原則として鉄骨部分を基礎内へ埋め込む形式を採ります。柱が浮き上がる方向では、コンクリートの圧縮だけでは支えられません。埋込み部分の支圧、付着、補強筋などによる伝達を確保する必要があります。圧縮時と引張時で力の受け渡し方が異なる点が重要です。
選択肢3
（3）RC柱と鉄骨梁を組み合わせると、梁の大きなフランジ力が柱梁接合部内のコンクリートへ集まります。そのため接合部が斜めにずれるせん断破壊や、鋼材から局部的に押される支圧破壊を避ける確認が必要です。支圧は狭い接触面へ集中する圧縮です。柱と梁を別々に強く設計しても、その間の接合部が先に壊れれば全体の耐力を発揮できません。異種材料の境界での力の流れを調べる適切な記述です。
選択肢4
（4）RCコアの壁は高い面内剛性を持ち、一般に水平力へ抵抗する主要な要素です。外周鉄骨は主に鉛直荷重を支えるため、記述は役割を取り違えています。エレベーターなどで元から壁を設けやすいコアへ水平力抵抗を集約すると、周辺の鉄骨部分の空間自由度を高められます。ただし床からコアへの力の伝達、コアのねじれ、外周部との変形の違いなども検討し、単なる材料の置換えで済ませないことが必要です。
周辺知識
合成構造は、一つの部材の中で異なる材料を協力させる考え方です。合成梁では、正曲げを受ける際に上側のコンクリート床が圧縮を、下側の鉄骨が主に引張りを受け持ちます。両者が滑ると、この協力が失われるため、スタッドなどで境界のせん断力を伝えます。完全合成と部分合成の区別も、そのずれ止めが合成断面の全耐力を発揮するだけあるかに関係します。
混合構造は、RC柱と鉄骨梁、RCコアと外周鉄骨など、部材や区域ごとに異なる構造を組み合わせる考え方です。材料の得意な働きを利用できますが、異なる硬さや変形の性質を持つ部分をつなぐ設計が重要です。
コンクリートにはクリープや収縮があり、鋼材とは長期の縮み方が異なります。また、地震時の曲げやせん断への抵抗、熱による伸縮にも違いがあります。部材単独の強さだけでなく、境界で力を伝え、変形を無理なくつなぐことを確認します。「合成」は部材内の協力、「混合」は構造形式の組合せという区別から整理すると理解しやすくなります。