学科Ⅳ（構造）
一級建築士 令和6年度 学科Ⅳ（構造） 問18
問題・正答・学習用解説
問題
鉄骨構造の設計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の幅厚比の上限は、基準強度が大きいほど大きくなるのではなく、一般に小さくなります。幅厚比は、フランジやウェブといった鋼板部分の幅を厚さで割ったです。大きいほど、広く薄い板なので局所的に波打って座屈しやすくなります。
基準強度を高くすると、鋼材を降伏させるために必要な応力度も大きくなります。しかし、板の弾性座屈への抵抗は、主にヤング係数と板の厚さ・幅に支配され、鋼材の強度を上げてもは大きくは変わりません。そのまま薄い板を使うと、降伏して十分に塑性変形する前に板が座屈してしまいます。
板の座屈応力度は概ねに比例します。これを強度に対応させると、必要な幅厚比の上限はの形になり、が大きいほど小さくなります。たとえば他条件を同じにしてを2倍にすると、この関係では上限は倍です。高強度材の能力を使うには、板を相対的に厚くするなどして、座屈を抑える必要があります。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）幅厚比の上限は、基準強度が大きいほど小さくなる、と訂正します。高強度鋼は大きな応力度へ耐えられますが、薄板の波打ちを止める曲げ剛性まで同じ比率で増えるわけではありません。降伏前や塑性化直後の局部座屈を抑えるため、同じ幅ならより厚い板が必要となる方向です。材料強度が高いから断面を際限なく薄くできるという理解は誤りで、強度と安定性の条件を同時に満たします。
選択肢2
（2）適切です。保有耐力接合は、筋かいの軸部が先に降伏して伸びられるよう、端部や接合部の破断耐力を十分大きくする接合です。ボルト孔で欠けた断面や、ガセットプレートとの接合部が先に切れると、棒の中央が持つ伸び能力を使えません。軸部の降伏耐力に対し、母材の強度のばらつきや降伏後の強度上昇も踏まえた余裕を設けます。計算した常時の軸力だけに耐える接合とは目的が異なります。
選択肢3
（3）適切です。横補剛は、梁が横へ曲がったりねじれたりするのを他の部材で押さえることです。保有耐力を発揮させる方法には、全長をほぼ均等な間隔で拘束するものと、塑性化が集中しやすい梁端部を重点的に拘束するものなどがあります。端部の曲げモーメントが大きい場合は、その圧縮側フランジの横移動を抑えることが重要です。補剛材は位置を決めるだけでなく、必要な強さと硬さを備える必要があります。
選択肢4
（4）適切です。疲労は、何度も繰り返す応力によって小さなき裂が発生・進展し、1回だけなら耐えられる力でも破断へ至る現象です。繰返し応力がない部材や接合部では、一般に疲労の検討は必要ありません。ただし、静的な荷重に対する強度、座屈、変形などの確認は引き続き必要です。クレーン走行梁や機械の振動を受ける部分など、繰返しが実際に作用する部材を見落とさずに区別します。
周辺知識
鉄骨部材が大地震時に粘り強く変形するには、材料が降伏するだけでは足りません。薄い板が局部座屈したり、梁全体が横座屈したり、端の接合部が破断したりすると、期待した塑性変形の前に耐力が低下します。幅厚比、横補剛、保有耐力接合は、それぞれ異なる弱点を先に起こさないための対策です。
幅厚比は板の形の問題で、広い紙ほどしわが寄りやすく、厚紙ほど寄りにくいことに似ています。横補剛は部材全体の横倒れを抑える問題で、細長い定規の途中を横から支えることに似ています。接合部の補強は、力を渡す境目で切れないようにする問題です。一つの対策ができても、他の確認を省けません。
また、繰返しによる疲労には、回数の多い比較的小さな応力の繰返しと、地震時の大きな塑性ひずみの少数回の繰返しなどがあります。荷重の種類、応力の大きさ、繰返し回数、溶接部の形状などが関係します。本問の「繰返し応力を受けない」という条件は、疲労の原因がないことを述べています。強度が十分であることと、繰返しに耐えられることは別の確認だと理解しましょう。