学科Ⅳ（構造）
一級建築士 令和5年度 学科Ⅳ（構造） 問28
問題・正答・学習用解説
問題
コンクリート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
軽量コンクリート1種の許容せん断応力度を、同じ設計基準強度の普通コンクリートと等しくする記述が誤りです。設計基準強度は基本的に圧縮強度の水準を表します。同じ圧縮強度であっても、せん断やひび割れ、変形に対する性質まで同じにはなりません。
軽量コンクリート1種は、主に粗骨材へ軽量骨材を使って重さを減らしたものです。普通コンクリートと比べて、骨材の硬さや破壊の性状が異なり、せん断ひび割れ面での抵抗なども同じとは評価できません。そのため許容せん断応力度は、普通コンクリートの値を低減して扱います。
同じでもヤング係数が一般に小さくなるのも、軽量骨材を含む断面全体の変形しやすさが異なるためです。一方、温度で伸びる割合は鋼材と近く、常温の設計で同じ線膨張係数を用いることがあります。「軽い」「圧縮に強い」「硬い」「温度で伸びにくい」はそれぞれ別の性質です。材料の一つの強度だけから他の性能を同一と決めないことが大切です。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）せん断弾性係数は、材料を横へずらす変形のしにくさを表します。等方弾性体の関係ではで、はヤング係数、はポアソン比です。ポアソン比が大きく変わらない範囲では、が大きいほども大きくなります。したがって一般的傾向として適切です。圧縮・引張りの弾性変形と、せん断の弾性変形は異なる変形ですが、このような関係で結ばれています。
選択肢2
（2）線膨張係数は、温度が1度変わるときの、元の長さに対する伸びの割合です。常温ではコンクリートと一般の鋼材は近い値なので、軽量コンクリート1種でも設計上同じ値を用いることがあります。両者の温度伸縮が近いことは、鉄筋とコンクリートが一緒に働くうえで有利です。ただし、あらゆる温度や骨材条件で完全に同一という意味ではなく、高温時などには別の材料特性を考慮する必要があります。
選択肢3
（3）軽量骨材は普通の砂利などより変形しやすい性質を持つため、同じ設計基準強度でも、軽量コンクリートのヤング係数は一般に小さくなります。したがって同じ断面・荷重なら、弾性変形が大きくなる傾向があります。圧縮試験で最後にどのくらいの応力度まで耐えるかと、その途中でどのくらい縮むかは別です。圧縮強度をそろえれば、曲げたわみや振動性状まで同じになるわけではありません。
選択肢4
（4）許容せん断応力度は、普通コンクリートと同じ値ではなく、軽量骨材を用いた場合の低減を考慮します。圧縮の設計基準強度が同じでも、ひび割れ面のかみ合いや骨材の破壊のしやすさが異なるためです。せん断は斜めのひび割れを伴う破壊と関係し、圧縮強度の一致だけではその性能を保証できません。軽量化によって地震時の慣性力を減らせる利点と、材料の許容値の扱いを別々に確認します。
周辺知識
コンクリートには、セメントでできる硬化体と、砂・砂利などの骨材が含まれています。骨材を軽量なものへ替えると自重が減り、梁・柱・基礎へ作用する鉛直荷重や地震時の慣性力を小さくできます。一方、骨材の硬さや吸水性、破壊の仕方も変わるため、圧縮強度以外の性能を普通コンクリートと同じにはできません。
ヤング係数は応力度と軸方向ひずみの比例関係、せん断弾性係数はせん断応力度と角度の変化の比例関係です。ポアソン比は、一方向へ縮めたときに横へ膨らむ割合を関係付ける量です。どれも壊れる前の弾性変形を説明する性質で、許容応力度という設計上の限界値そのものではありません。
温度による伸びはで求めます。が線膨張係数、が元の長さ、が温度差です。同じ温度差でも長い部材ほど伸びが大きくなり、自由に伸びられないと拘束力が生じます。材料の軽さ、強さ、硬さ、熱による伸縮を分けて整理すると、各選択肢の比較が理解しやすくなります。