建築学生が学ぶ構造力学

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令和2年度 一級建築士 構造 No.15を解説、鉄骨構造に関する誤りを見抜くポイント

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令和2年度 一級建築士試験 学科Ⅳ(構造)No.15は、鉄骨構造に関する問題です。4つの記述のうち、最も不適当なものを選びます。

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この問題のポイント

横移動自由なラーメンの座屈長さ、筋かいの細長比と塑性変形性能、鋼種と許容圧縮応力度、降伏比と塑性変形性能が問われます。判断の決め手は、細長比が小さい筋かいと中程度の筋かいで、どちらが塑性変形性能が高いかです。

引っかけの核心は、細長比が小さい(太く短い)筋かいを「塑性変形性能が低い」としているところにあります。実際は逆で、太く短い筋かいのほうが高くなります。

※ 問題文そのものは建築技術教育普及センターの公式PDFで確認できます。

正解:選択肢2(これが最も不適当な記述)

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各選択肢の正誤

選択肢 正誤 解説
1 ○(正しい) 横移動が拘束されないラーメンでは、梁の剛性を高めても柱の座屈長さは節点間距離より小さくなりません。
2 ×(誤り) 有効細長比が小さい(λ=20程度)筋かいは、中程度(λ=80程度)に比べて塑性変形性能が高いです。
3 ○(正しい) SN400BSN490Bに変えても、細長比が限界細長比以上なら許容圧縮応力度は変わりません。
4 ○(正しい) 梁の塑性変形性能は、使用する鋼材の降伏比が小さいほど向上します。

選択肢2は、細長比が小さい筋かいを塑性変形性能が低いとした点が誤りで、太く短い筋かいのほうが塑性変形性能は高くなります。

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選択肢2のポイント

筋かい(ブレース)は、引張と圧縮を繰り返し受けます。圧縮側で座屈すると耐力が落ち、その繰り返しで塑性変形性能(粘り)が決まります。これは有効細長比λで大きく変わります。

細長比が小さい(λ=20程度の太く短い)筋かいは、座屈しにくく、圧縮側でも耐力を保ちやすいので、塑性変形性能が高くなります。一方、中程度(λ=80程度)の筋かいは、座屈と引張を繰り返すうちに早く劣化・破断しやすく、塑性変形性能が最も低くなる帯域です。

選択肢2は「λ=20の筋かいはλ=80の筋かいに比べて塑性変形性能が低い」としていますが、これはです。太く短い筋かいのほうが高く、中程度が最も低い、という山のような関係を押さえます。なお、選択肢3のとおり、弾性座屈する細長い領域では許容圧縮応力度はヤング係数で決まり、SN400もSN490も同じです。

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覚え方

  • 細長比が小さい(太く短い)筋かいは塑性変形性能が高い。中程度(λ=80程度)が最も低い
  • 横移動が拘束されないラーメンの柱の座屈長さは、梁の剛性を高めても節点間距離以上となる
  • 限界細長比以上の弾性座屈域では許容圧縮応力度は鋼種によらず同じ/梁は降伏比が小さいほど塑性変形性能が高い

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理解度チェック

Q.

有効細長比が小さい筋かい(λ=20程度)は、中程度の筋かい(λ=80程度)に比べて塑性変形性能が低い。〇か×か。

×。細長比が小さい(太く短い)筋かいは座屈しにくく、塑性変形性能が高くなります。λ=80程度の中程度が最も低いです。

Q.

柱材をSN400BからSN490Bに変更しても、細長比が限界細長比以上であれば許容圧縮応力度は変わらない。〇か×か。

。弾性座屈する領域では許容圧縮応力度はヤング係数で決まり、SN400もSN490も同じです。

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出典

  • 建築技術教育普及センター「令和2年度 一級建築士試験 学科の試験 学科Ⅳ(構造)問題」
  • 鉄骨構造(筋かいは細長比が小さいほど塑性変形性能が高く中程度λ=80程度が最も低い、横移動自由の座屈長さは節点間距離以上、限界細長比以上の許容圧縮応力度は鋼種共通、降伏比が小さいほど塑性変形性能が高い):鋼構造設計規準(日本建築学会)
ハナダユキヒロ

この記事を書いた人

ハナダユキヒロミツメラボ

設計事務所に7年勤務。

2010年より「建築学生が学ぶ構造力学」を運営(16年以上)。

著書「わかる構造力学」「わかる構造力学(改訂版)」(工学社)。

建築士 過去問(構造)

プロフィール

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