学科Ⅳ（構造）
一級建築士 令和6年度 学科Ⅳ（構造） 問16
問題・正答・学習用解説
問題
鉄骨構造の接合部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
選択肢1のように、強い方に合わせた溶接材料や溶接条件を選ぶだけで、溶接継目の許容応力度を強い母材と同じ値へ上げることはできません。母材は、溶接でつなぐ元の鋼板です。異なる強度の鋼材をつなぐ場合には、低い方の強度を基準に溶接継目を評価します。
溶接したつなぎ目には、左の母材→溶接部→右の母材という連続した力が流れます。溶接金属を強くしても、低強度側の母材がその分だけ強くなるわけではありません。たとえば同じ断面積で、比較する許容応力度が150となら、弱い側が許容できる力はです。継目をまでよいと扱えば、先に弱い側の母材へ過大な応力度が生じます。
実際には継目の形式、有効断面、溶接欠陥の有無なども確認しますが、材料の一部を強くしただけでは、連続する力の経路の弱点は消えないという原理は同じです。溶接材料は必要な性能を満たすものを選びつつ、継目の許容値と両側の母材の安全性を、低強度側を含めて整合させます。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）低強度側を基準に評価する必要があり、不適切です。溶接材料の強度を高くしても、接合される鋼板のうち弱い側の限界まで高くなるわけではありません。力を伝える鎖の一つの輪だけを強くしても、他の弱い輪で制限されることに似ています。異種強度材の接合では、溶接金属が強い側の鋼材に対応しているかという選定と、継目に採用できる許容応力度の判断を区別します。断面積の違いも別途考慮する事項です。
選択肢2
（2）適切です。通しダイアフラムは、角形鋼管柱などを貫くように設け、梁フランジの力を柱へ伝える板です。梁フランジとその板に食い違いや位置のずれがあると、本来まっすぐ流す力が偏り、局所的な曲げや応力集中が生じます。許容値を超える場合は、ずれの程度や接合形式に対応した適切な補強・処置が必要です。外見上つながっていても、力が滑らかに伝わるとは限らず、ずれを測定して評価します。
選択肢3
（3）適切です。高力ボルト摩擦接合では、ボルトを強く締めて鋼板を押し付け、板どうしの摩擦力で面に沿う力を伝えます。滑る前は、ボルト軸が孔の側面に押されてせん断力を受ける仕組みではありません。ただし、ボルトには締付けによる大きな引張軸力が既に作用しています。「せん断力がない」を「ボルトに何の力もない」と読まないことが重要です。滑って孔と接触すると、力の伝達状態が変わります。
選択肢4
（4）適切です。縁端距離は、ボルト孔の中心から鋼板の端までの距離です。せん断で切った縁は、切断時の塑性変形や端部の状態を考慮するため、一般に自動ガス切断した縁より大きな最小距離を必要とします。孔が端へ近すぎると、孔から縁へ向けて鋼板が抜け出すように破れるおそれがあります。必要な距離はボルト径と縁の加工方法に対応して選び、見た目の余白だけで決めません。
周辺知識
接合部の設計では、どの場所が、どの仕組みで力を伝えるかを具体的に追います。溶接は溶接金属と母材を通して力を伝えます。高力ボルト摩擦接合は、ボルトが生む締付け圧力を利用し、接触する板の摩擦面を通して力を伝えます。ボルト本体のせん断で直接支える支圧型の考え方とは区別します。
摩擦力は、おおまかには摩擦係数と押付け力の積で決まります。十分なボルト軸力があっても、摩擦面の処理が不適切なら設計した抵抗を得られません。逆に摩擦面が適切でも、締付け不足なら抵抗が小さくなります。材料だけ、施工だけのどちらかで性能が決まるのではありません。
さらに、母材の断面欠損、孔の周辺の支圧、縁への抜け出し、溶接部の有効断面や欠陥など、複数の限界を確認します。接合部で力が偏ると、単純な軸力だけのつもりでも余分な曲げが加わります。このため図面の寸法、部材の位置、許容されるずれも構造性能の一部です。強いボルトや溶接材料を選ぶことに加えて、母材へ無理なく力を渡せる形と施工精度を確保することが必要です。