学科Ⅳ（構造）
一級建築士 令和6年度 学科Ⅳ（構造） 問27
問題・正答・学習用解説
問題
木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：（2）
正答の考え方
選択肢2の無等級材の基準強度は、せん断＜引張＜曲げの順です。提示された「せん断＜曲げ＜引張」は、引張と曲げの大小が逆になっています。無等級材は、構造用製材の強度等級による区分が付されていない木材で、樹種などに対応して定められた基準強度を用います。
木材は繊維が長く並んだ材料です。繊維に沿って互いを滑らせるようなせん断では、繊維間の抵抗が関係するため、基準強度は引張や曲げより小さくなります。また、引張試験では材の断面全体が引張りを受け、節や繊維の乱れなどの弱点が破壊に影響しやすくなります。曲げでは、一方が引張り、反対側が圧縮となり、応力度は断面内で均一ではありません。
したがって「曲げには引張りが含まれるから、引張強度の方が常に大きいはず」とは判断できません。基準強度は、各作用に対する試験結果や材のばらつきを踏まえて定める設計上の値です。三つの強度の意味と、無等級材の規定上の順序を対応させ、木材の方向性や欠点の影響を合わせて理解しましょう。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）適切です。垂木や根太を並べ、その上へ構造用合板を緊結すると、荷重が一つの材だけでなく隣の材にも分配されます。単材に節などの弱点があっても、周囲が負担を分け合えるため、所定の条件の下で曲げ基準強度へ割増し係数を使えます。合板を上へ置くだけでは十分ではなく、荷重を渡せる接合や並列材の条件が必要です。個々の木材の材質が変化するのではなく、複数材として働く効果を評価しています。
選択肢2
（2）せん断＜引張＜曲げが正しい順序です。引張りは断面全体を長さ方向へ引く作用、曲げは断面の一方を引き、他方を押す作用、せん断は断面の前後をずらす作用です。木材は繊維方向と繊維に直角の方向で性質が大きく違うため、比較する方向もそろえる必要があります。本問は無等級材の繊維方向の基準強度を尋ねており、節のない小試験片の理想的な強度や、別方向の強度を持ち込んで比較しません。
選択肢3
（3）適切です。クリープは、同じ荷重を長く受けるうちに変形が増えることです。木材では水分状態がその増加に影響し、一般に湿潤状態の方が、空気中で水分が落ち着いた気乾状態よりクリープ変形が大きくなります。床梁に荷物を置き続けると、最初のたわみだけでなく、その後の増加も考える必要があります。水分が多いことは単に自重を増やすだけでなく、木材自体の時間依存の変形にも関係します。
選択肢4
（4）適切です。繊維方向は幹の長さ方向、半径方向は木口で中心から外へ向かう方向、接線方向は年輪に沿う方向です。繊維飽和点より乾燥すると、細胞壁に含まれる水が減って木材が収縮し、その収縮は一般に繊維方向が最小、接線方向が最大になります。この差によって板が反ったり、心持ち材が割れたりします。木材は全方向へ同じ割合で縮む均質な材料ではなく、年輪と繊維の向きを読んで使います。
周辺知識
木材に含まれる水には、細胞のすき間などにある自由水と、細胞壁に結び付いた水があります。繊維飽和点は、細胞壁が水で満たされ、自由水がなくなる境目に相当する状態です。それより水分が減ると細胞壁から水が失われ、収縮や強度の変化がはっきり現れます。絶乾状態は水分をほぼ除いた状態、気乾状態は周囲の空気と釣り合う水分を持つ状態です。
方向による収縮の違いは、木口の年輪を見ると想像しやすくなります。年輪に沿う接線方向が、半径方向より大きく縮むため、年輪を横切るように取った板と、年輪に沿うように取った板では反り方も変わります。乾燥による変形と、荷重を受け続けるクリープは原因が異なりますが、実際には両者が同時に起こることがあります。
木材の設計では、樹種、等級、節などの欠点、荷重方向、水分、荷重継続時間を考慮します。並列材の効果は、このうち荷重分配とばらつきの影響を扱うものです。水に濡れやすい場所の木材を、乾燥した室内と同じ長期変形として扱わず、材の性質と使われる環境をつなげて考えることが必要です。