~構造設計者こーじの構造解説blog~

一級建築士の構造解説・過去問解説を行っています。某組織設計事務所勤務。9年目。

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一級建築士学科試験 構造Ⅳ【平成30年度(2018年度)No.15~No.18】【鉄骨造】

〔No.15〕鉄骨構造の溶接接合に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。

1.溶接金属の機械的性質は溶接施工条件の影響を受けることから、溶接に当たっては、溶接部の強度を低下させないために、パス間温度が規定値より小さくなるように管理する。

2.溶接継目ののど断面に対する長期許容せん断応力度は、溶接継目の形式が「完全溶込み溶接の場合」と「隅肉溶接の場合」とで同じである。

3.柱梁接合部の梁端部フランジの溶接接合においては、梁ウェブにスカラップを設けないノンスカラップ工法を用いることにより、塑性変形能力の向上が期待できる。

4.組立溶接において、ショートビード(ビードの長さが短い溶接)は、冷却時間が短いことから、塑性変形能力が低下する危険性や低温割れが生じる危険性が小さくなる。

 

1.溶接金属の機械的性質は溶接施工条件の影響を受けることから、溶接に当たっては、溶接部の強度を低下させないために、パス間温度が規定値より小さくなるように管理する。

<解説>

答は○

溶接は、溶接金属を熱で溶かすことで母材同士を接合します。

溶接金属の性能(機械的性質)を確保するために、入熱量とパス間温度が大きく関係します。

そのうち、パス間温度とは、次のパスを溶接する直前の溶接パスおよび近傍の母材の温度のことです。直線上に一回溶接されることを1パスと呼び、これを何層にもわたって溶接していきます。1パス溶接し次の溶接を行う時に、直前に行った溶接部およびその近傍の母材の温度が所定の温度以下でなければ、次の溶接を行うことができません。

 

2.溶接継目ののど断面に対する長期許容せん断応力度は、溶接継目の形式が「完全溶込み溶接の場合」と「隅肉溶接の場合」とで同じである。

<解説>

答は○

完全溶込み溶接の場合は、許容応力度は母材と同じように考えます。その為、長期許容せん断応力度は、F/√3となります。(長期許容引張応力度は、長期 F/3)

一方、隅肉溶接の場合は、せん断による応力伝達となるため、長期許容応力度は引張・せん断に関わらず全て、F/√3となります。

 

3.柱梁接合部の梁端部フランジの溶接接合においては、梁ウェブにスカラップを設けないノンスカラップ工法を用いることにより、塑性変形能力の向上が期待できる。

<解説>

答は○

従来、柱梁接合部のH形断面梁端部フランジの溶接接合では、 フランジの溶接部とウェブの溶接部が交差してしまうことから、溶接施工上、スカラップを設けていました。

ただし、スカラップによる断面欠損やスカラップ部への応力集中による破断の被害が出たため、近年はスカラップを設けない「ノンスカラップ工法」や「改良型スカラップ工法」とすることが一般的です。

 

4.組立溶接において、ショートビード(ビードの長さが短い溶接)は、冷却時間が短いことから、塑性変形能力が低下する危険性や低温割れが生じる危険性が小さくなる。

<解説>

答は×

組立溶接における溶接箇所では急冷硬化してひび割れが生じやすくなります。そのため、ショートビードの場合は所定の強度を確保することが出来なくなるので、最小の溶接長さを40mm(板厚6mm超)もしくは30mm(板厚6mm以下)とし、かつ十分な脚長を持つビードを適切な間隔で配置する必要があります。

 

〔No.16〕鉄骨構造に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。

1.骨組の塑性変形能力を確保するために定められているH形鋼の柱及び梁の幅厚比の上限値は、フランジよりウェブのほうが大きい。

2.柱及び梁に使用する鋼材の幅厚比の上限値は、建築構造用圧延鋼材SN400Bより建築構造用圧延鋼材SN490Bのほうが大きい。

3.梁の横座屈を防止するための横補剛材は、強度だけではなく、十分な剛性を有する必要がある。

4.梁の横座屈を防止するための横補剛には、「梁全長にわたって均等間隔で横補剛する方法」、「主として梁端部に近い部分を横補剛する方法」等がある。

 

1.骨組の塑性変形能力を確保するために定められているH形鋼の柱及び梁の幅厚比の上限値は、フランジよりウェブのほうが大きい。

<解説>

答は○

H形鋼の形状に注目してみます。ウェブは、上下をフランジに挟まれており、拘束された状態です。それに対して、フランジは、ウェブとの接合部分から片持ちで伸びている状態であり、拘束力は小さいです。

そのため、フランジよりもウェブの方が拘束力が大きい為、座屈しにくいと考えることができます。座屈しにくい方が、幅厚比の上限値も大きい値でも座屈しにくいため、フランジよりもウェブの方が幅厚比の制限値は大きくなります。

 

2.柱及び梁に使用する鋼材の幅厚比の上限値は、建築構造用圧延鋼材SN400Bより建築構造用圧延鋼材SN490Bのほうが大きい。

<解説>

答は×

幅厚比は=幅/厚の比であり、小さいほど断面性能が高い値です。(幅厚比が大きい(=薄いペラペラな断面)とすぐに座屈してしまう。)

SN400B材よりもSN490B材の方が基準強度F 値が大きい⇒曲げ耐力が大きい部材なので、より大きい力を支えることができます(=大きな力が作用する)。なので、曲げ耐力を向かえる前に座屈してしまうことから、より幅厚比の小さい断面(分厚く曲がりにくい断面)とする必要があります。

 

3.梁の横座屈を防止するための横補剛材は、強度だけではなく、十分な剛性を有する必要がある。

<解説>

答は○

横補剛材の安全性の検討は、接合するボルトや横補剛材の強度だけでなく、横補剛材の剛性も確保する必要があります。

 

4.梁の横座屈を防止するための横補剛には、「梁全長にわたって均等間隔で横補剛する方法」、「主として梁端部に近い部分を横補剛する方法」等がある。

<解説>

答は○

梁の横座屈を防止するために、横補剛材を設けることが一般的です。その際、横補剛材の儲け方として、①梁の全長にわたって均等間隔に設ける方法と、②梁の端部に近い部分に設ける方法があります。どちらの方法でも適切に横補剛材本数や横補剛材位置を計画することで、梁の横座屈を防止することができます。

 

〔No.17〕鉄骨構造において使用する高力ボルトに関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。

1.高力ボルト摩擦接合は、接合される部材間の摩擦力で応力を伝達する機構であり、部材とボルト軸部との間の支圧による応力の伝達を期待するものではない。

2.せん断力と引張力とを同時に受ける高力ボルトの許容せん断応力度は、引張応力度の大きさに応じて低減する。

3.高力ボルト摩擦接合と溶接接合とを併用する接合部においては、溶接を行った後に高力ボルトを締め付けた場合、両接合の許容力を加算することができる。

4.F10Tの高力ボルト摩擦接合において、2面摩擦の許容せん断応力度は、1面摩擦の場合の2倍である。

 

1.高力ボルト摩擦接合は、接合される部材間の摩擦力で応力を伝達する機構であり、部材とボルト軸部との間の支圧による応力の伝達を期待するものではない。

<解説>

答は○

高力ボルト摩擦接合は、高力ボルトによって母材同士を締め付けて接合し、母材同士の摩擦力によって応力を伝達する接合方法です。そのため、支圧による応力の伝達を期待するものではありません。

 

2.せん断力と引張力とを同時に受ける高力ボルトの許容せん断応力度は、引張応力度の大きさに応じて低減する。

<解説>

答は○

せん断力と引張力とを同時に受ける高力ボルトは、二軸に力が作用している為、せん断耐力がフルに発揮することができません。その為、許容せん断応力度は、引張応力度の大きさに応じて低減する必要があります。

 

3.高力ボルト摩擦接合と溶接接合とを併用する接合部においては、溶接を行った後に高力ボルトを締め付けた場合、両接合の許容力を加算することができる。

<解説>

答は×

一つの継手の中に高力ボルト摩擦接合と溶接接合とを併用する場合、先に溶接を行うと溶接熱によって板が曲がることから、溶接後に高力ボルトを締め付けても、圧縮力が母材全面へ均等に掛からなくなります。そのため、両方の耐力を加算することはできません。
また、先に高力ボルトを締めつけた後に溶接を行う場合には、高力ボルト接合の締め付けにより、溶接による板の変形拘束するため、両方の許容耐力を加算できます。

 

4.F10Tの高力ボルト摩擦接合において、2面摩擦の許容せん断応力度は、1面摩擦の場合の2倍である。

<解説>

答は○

高力ボルト摩擦接合では、2面摩擦の許容せん断応力度は、接する摩擦面が2面となるため、1面摩擦の場合の2倍とすることができます。

 

〔No.18〕鉄骨構造の耐震計算に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。

1.「ルート1-1」で計算する場合、標準せん断力係数COを0.3 以上として許容応力度計算をすることから、水平力を負担する筋かいの端部及び接合部を保有耐力接合とする必要はない。

2.「ルート2」で計算する場合、水平力を負担する筋かいの水平力分担率に応じて、地震時の応力を割り増して許容応力度計算をする必要がある。

3.「ルート3」で計算する場合、筋かいの有効細長比や柱及び梁の幅厚比等を考慮して構造特性係数Dsを算出する。

4.冷間成形角形鋼管柱に筋かいを取り付ける場合、鋼管に局部的な変形が生じないように補強を行う必要がある。

 

1.「ルート1-1」で計算する場合、標準せん断力係数COを0.3 以上として許容応力度計算をすることから、水平力を負担する筋かいの端部及び接合部を保有耐力接合とする必要はない。

<解説>

答は×

「ルート1-1」で計算する場合、標準せん断力係数COを0.3以上とする必要があるとともに、筋かいの端部及び接合部を保有耐力接合とする必要があります。

 

2.「ルート2」で計算する場合、水平力を負担する筋かいの水平力分担率に応じて、地震時の応力を割り増して許容応力度計算をする必要がある。

<解説>

答は○

筋交いを有する建築物でルート2による構造計算を行う場合、建物全体の水平力に対する筋かい部分の負担する水平力の割合β(筋かいの水平力分担率)に応じて、筋かいに作用する応力を割り増して計算を行う必要があります。

β≦5/7:割増係数 1+0.7β
β>5/7:割増係数 1.5

これは、筋かいはラーメン架構と比べて剛性が高く、地震力等の水平力に対して多くの力を負担します。その為、筋かいに作用する応力を割り増すことで、筋かいに余力を持たせておこうという考え方となります。

 

3.「ルート3」で計算する場合、筋かいの有効細長比や柱及び梁の幅厚比等を考慮して構造特性係数Dsを算出する。

<解説>

答は○

筋かいを有する建築物でルート3による構造計算を行う場合、筋かいの有効細長比や柱及び梁の幅厚比等により、構造特性係数Dsを算出します。細長比や幅厚比が大きいほど座屈しやすい部材となる為、Dsは大きくなります。

 

4.冷間成形角形鋼管柱に筋かいを取り付ける場合、鋼管に局部的な変形が生じないように補強を行う必要がある。

<解説>

答は○

冷間成形角形鋼管柱に筋かいを取り付ける場合、鋼管柱と筋かいの接合部分で、筋かいからの引張力(圧縮力)が局部的に作用します。その力によって、局部的な変形が生じないように補強を行う必要があります。