学科Ⅳ（構造）
一級建築士 令和5年度 学科Ⅳ（構造） 問29
問題・正答・学習用解説
問題
鋼材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：（3）
正答の考え方
同じ鋼塊から圧延した場合、厚い鋼材の方が一般に降伏点が高くなる、という記述が誤りです。一般には、板厚の厚いものの方が降伏点は低くなる傾向があります。鋼材の規格でも、板厚範囲によって降伏点の下限を分ける場合があります。
圧延は、熱した鋼をローラーで押し延ばして所定の厚さや形にする工程です。薄いものと厚いものでは圧延量や冷える速度などが異なり、鋼の結晶組織も変わります。そのため、元の鋼塊が同じでも、出来上がった鋼材の降伏点が必ず同一とは限りません。板厚を増やして断面積を大きくする効果と、材料の単位面積あたりの降伏点の変化は別です。
なお、降伏比は降伏点引張強さです。本問の数値ではなので、66％という記述は適切です。降伏点は塑性化を始める目安、引張強さは引張試験で達した最大応力度を表します。どちらを分子にするかを、降伏後にどれだけ強度の余裕が残るかという意味と合わせて確認します。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）SN材B種・C種には、対象板厚等に応じて降伏比や降伏点の範囲の規定があり、材料強度のばらつきを抑えることができます。梁を先に降伏させたい設計でも、梁だけが想定外に強ければ柱や接合部が先に壊れる可能性があります。最低限の強さだけでなく、上限も管理することが、意図した降伏順序を実現するうえで役立ちます。強いほど無条件に安全という判断ではなく、部材間の耐力の関係を整える考え方です。
選択肢2
（2）SUS304Aは普通鋼のような明瞭な降伏点が現れにくいため、0.1％オフセット耐力をもとに基準強度を定める扱いで適切です。オフセット耐力は、応力度・ひずみ曲線で所定の永久ひずみに対応する応力度を、弾性部分と平行な線をずらして求める方法です。一般材料でよく使う0.2％という数値を、建築構造用SUS304Aの基準へそのまま当てはめないようにします。材料と採用する定義を組にして覚えます。
選択肢3
（3）一般的には厚い板の方が降伏点は低くなる傾向であり、記述は逆です。厚くすれば断面積や断面係数が増えるので部材の耐力は増やせますが、材料の降伏応力度そのものまで高くなるわけではありません。たとえば同じ幅の板を厚くすると引張降伏力のは増えますが、には板厚に対応する値を使う必要があります。断面の大きさと材料強度を別々に評価します。
選択肢4
（4）降伏比はで、百分率にすると約66％です。引張強さを降伏点で割るのではありません。降伏比が低い鋼材は、降伏を始めてから最大強度へ達するまでの応力度の余裕が相対的に大きいことを表します。ただし降伏比だけで部材の変形能力が決まるわけではなく、板厚、局部座屈、接合部の破断なども関係します。数値の定義と、そこから読み取れる意味の範囲を分けて理解します。
周辺知識
鋼材の引張試験では、試験片を引っ張り、応力度とひずみの関係を調べます。初めの直線部分の傾きがヤング係数です。やがて塑性変形が始まり、さらに引っ張ると加工硬化によって応力度が増し、最大値に達します。この最大応力度が引張強さです。その後は一部が細くなるくびれが進み、最後に破断します。
耐震設計では、梁などが計画した位置で降伏し、柱や接合部は必要な力を伝え続けることが重要です。そのため、降伏点の下限だけでなく上限も意味を持ちます。強度が想定より高い部分があると、隣の部材へ流れる力も大きくなり、予定した壊れ方を変えてしまうからです。
また、引張強さ、降伏比、伸び、靱性は同じ性能ではありません。伸びは破断までの変形能力、靱性はき裂などに対してエネルギーを吸収しながら抵抗する性質に関係します。材料規格で何が保証されているかを確認し、材種名の数字だけから全ての性能を推定しないことが大切です。