令和3年度（2021年）一級建築士「構造」過去問解説｜全30問・計算の途中式と覚えるポイント

平均せん断応力度Q/A＝0.50だが、長方形断面の最大値はその1.5倍。0.50N/mm²ではない。

A＝200×300＝60000mm²。水平力Qの方向の断面寸法300mmを曲げのせいとして、Z＝200×300²/6＝3000000mm³。軸圧縮−4と曲げ±20を重ねて引張＋16・圧縮−24、最大せん断は1.5Q/A＝0.75N/mm²です。

曲げを受けるせいは300mmなので縁曲げ応力度は20N/mm²。＋26・−34にはならない。

最大せん断0.75は正しいが、圧縮と曲げの重ね合わせは−4±20。断面の曲げ方向を確認する。

対称荷重なので各鉛直支点反力はどの梁もP/2となり、比は1：1：1。

Aの中央、Bの端部、Cの固定端の最大曲げはそれぞれPl/2、Pl/4、Pl/2で、2：1：2。

最大せん断力はA・B・CいずれもP/2。中央ヒンジの有無だけではこの比は変わらない。

Aの単純梁はP(2l)³/(48EI)＝Pl³/(6EI)、Bの両端固定梁はP(2l)³/(192EI)＝Pl³/(24EI)。Cは中央ヒンジを左右の片持ち梁がP/2ずつ支え、(P/2)l³/(3EI)＝Pl³/(6EI)。したがって4：1：4で、記述の2：1：2は誤りです。

左支点を原点とすると、鉛直荷重と水平荷重により右反力RB＝P(1−a)/2。AのモーメントはPl(1−a)/2となる。

MA＝Pl(1−a)/2＝0よりa＝1。鉛直力による曲げと水平力による曲げが打ち消し合う。

a＝3/2ではMA＝−Pl/4であり、0にならない。力の向きも考えて重ね合わせる。

a＝2ではMA＝−Pl/2。支点の反力と梁の中央までのつり合いからa＝1を求める。

屋根梁両端がMpなので、梁せん断はQb＝2Mp/(2l)＝Mp/l。

全体の転倒モーメントはP×2l＋P×l。柱脚モーメント2Mpを差し引き、V＝(3Pl−2Mp)/(2l)＝2Mp/l。

崩壊時の仮想仕事は6Mpθ、水平荷重の仕事はP(2lθ＋lθ)。よってP＝2Mp/l。

下層の層せん断力は上下二つの水平荷重の合計2P＝4Mp/lです。ただし図のQ_cは1本の柱。対称な左右柱が半分ずつ負担するため、Q_c＝P＝2Mp/lとなります。

底辺材の軸力はA・BともP/2で、伸びδ＝(P/2)×2l/(Ea)＝Pl/(Ea)。Cだけ底辺断面が2aなので半分。

Bでは水平荷重により片方の斜材が引張、もう片方が圧縮となりますが、下の水平材の引張軸力はP/2でAと同じです。水平材の長さ・断面積も同じなので、δ_A＝δ_Bです。

ローラーの水平変位は底辺材の伸び。δA＝δB＝Pl/(Ea)、δC＝Pl/(2Ea)よりδC＜δA＝δB。

Cは最小だが、AとBには大小がない。斜材の伸びではなく底辺材の軸方向伸びを比較する。

正方形の面積を2倍にすると辺長は√2倍、Iは辺長の4乗なので4倍となりPeも4倍。

Pe＝π²EI/lk²。Eが2倍ならPeも2倍になる。

片持ち柱の座屈長さは2L、両端ピンはL。片持ちのPeは両端ピンの1/4となり、小さくなる。

一端固定他端ピンのlkは約0.7L。両端ピンのLのほうが長く、Peが小さい。

変位応答スペクトルは、一般に長周期側ほど大きくなる傾向があります。加速度応答が長周期側で小さくなる傾向との取り違えです。実際のスペクトルには山や谷があり、全周期域で単調増加するという意味ではありません。

T＝2π√(m/k)なので、質量一定なら水平剛性が大きいほど固有周期は短い。

一次モードは最も低い固有振動数を持ち、周期は二次より長い。

構造物内部のエネルギー散逸を表す内部粘性減衰は、一般にRC造のほうがS造より大きい値を用います。ここでは外付けダンパーの減衰や、降伏後の大きな履歴減衰と区別します。

床用積載荷重は住宅1800、教室2300、事務室2900N/m²。大小は住宅＜教室＜事務室で、設問の教室と事務室が逆。

下層ほど上にある階の慣性力を累積して負担するため、最下層の層せん断力が最大になる。

多雪区域の地震時組合せでは積雪荷重の所定の割合を考慮する。

ピーク風力係数は全風向の局部的な最大風圧を反映し、屋根材等の設計に用いる。

北側は8m×2m＝16m²、東側も16m²です。必要壁量は16×0.15＝2.4mで適切です。15cm/m²を0.15m/m²へ換算します。

南側と西側は、L形の欠けた部分を除いて各8m²です。必要壁量は8×0.15＝1.2mで適切です。最外縁から2mの帯内に実際にある床を数えます。

北側の存在壁量2m・必要壁量2.4mより充足率5/6。南側は境界線上の2mも含め存在壁量4m・必要壁量1.2mより充足率10/3。壁率比は(5/6)÷(10/3)＝0.25で、0.5ではありません。

東側は存在2m・必要2.4mより充足率5/6。西側は存在2m・必要1.2mより充足率5/3。小さい方を大きい方で割ると(5/6)÷(5/3)＝0.5で適切です。

同じ片面に合板を重ねても、両面張りのように壁倍率を単純加算できない。釘・力の伝達の条件が異なる。

方づえは柱の途中に力を伝えるため、柱が先に曲げ・せん断破壊しないか確認する。

圧縮力も負担する木製筋かいは厚さ3cm以上・幅9cm以上の断面を確保する。

2021年の適用規定では、地階を除く階数が2を超える木造建築物の、構造耐力上主要な1階の柱の小径は13.5cm以上が原則です。所定の構造計算による例外とは分けて判断します。

短柱はせん断スパン比が小さくせん断耐力は増すが、必要せん断力も大きく、一般に靱性が低下する。

大きな軸圧縮力はコンクリートの圧壊を早め、曲げ降伏後の変形能力を低下させる。靱性が高くなるとはいえない。

壁筋を細かく配置するとひび割れを分散し、幅の拡大や進展を抑えやすい。

接合部のせん断抵抗にはコンクリート強度が寄与し、高強度ほど一般に終局耐力が増す。

梁上端筋のスパン中央は、一般に端部より引張応力が小さく、圧接継手の位置として適切。

図2は最上階の外柱梁接合部で、上端筋の上に定着力を十分に支える柱の延長部分がありません。図のように水平な機械式定着具を置いただけの納まりは不適切です。通常の折曲げ定着、又は特別な補強・設計条件を満たして性能を確認した機械式定着工法と区別します。

スラブ下端筋は、必要な長さを確保して梁内に直線定着できる。

スリットは柱と壁の面内方向の拘束を切るものですが、壁の面外転倒まで許すものではありません。図のように防錆処理した鉄筋を設け、面外を支えつつ、面内の変形を妨げない納まりとします。

片側スラブも梁剛性を増すため、その効果を無視すると応力分担を誤る。曲げ剛性には有効幅を考慮する。

許容曲げの算定ではコンクリートの引張抵抗を無視し、鉄筋で引張を負担する。

梁のせん断耐力はコンクリートとあばら筋で評価し、主筋のせん断負担は通常無視する。

本問の柱の短期許容せん断力の通常の算定では、軸圧縮の効果を耐力へ加算せずに評価できます。一方、せん断終局耐力式で軸圧縮の寄与を考慮することとは別です。

増分解析の外力分布はAiに基づく階別地震力で設定する。

全体崩壊形の場合は、崩壊時の応力状態等から部材種別を判定してDsを求める。

せん断破壊する壁は急な耐力低下を伴うため、その破壊時点の層せん断力で保有耐力を評価する。

付着割裂破壊は脆性的で急な耐力低下を起こす。最も靱性の高いFAとしては扱えない。

水平移動する架構は横移動による座屈を起こすため、梁を強くしても柱座屈長さを節点距離未満にしない。

幅厚比の上限は強度が高いほど小さい。SN490BのほうがSN400Bより大きいという記述は逆。

降伏比が小さい材料は降伏後から最大強度までの余裕があり、塑性化部の靱性確保に有利。

梁端の塑性化が予想される範囲へ重点的に横補剛を設ける方法も認められる。

肌すき1mm超では適切なフィラープレートを使い、母材と同様に摩擦面の処理を行う。

二面摩擦接合の短期許容せん断応力度は、所定のすべり係数等に基づき0.9T0とする。

同じ基準強度なら、完全溶込みとすみ肉ののど断面に対する許容せん断応力度は同じ値を用いる。

完全溶込み溶接でもスカラップによるウェブ欠損は残る。梁端接合部の最大曲げ耐力で欠損を考慮する必要がある。

露出柱脚でもアンカーボルトとベースプレートの回転抵抗で曲げを負担する。四周にボルトがあっても曲げ0のピンと決められない。

横座屈は圧縮フランジの横移動とねじれで生じるため、圧縮側を拘束する横補剛が有効。

曲げ剛性に余裕があれば、高強度鋼で必要曲げ耐力を確保しながら梁せいを小さくできる。

角形鋼管は閉断面でねじり剛性が高く、通常H形鋼のような横座屈を考えない。

ルート1-1は規模・仕様等の制限と地震力割増しにより、層間変形角・剛性率・偏心率の確認を省略できる。

ルート1-2では梁の塑性変形能力を確保する保有耐力横補剛が必要。省略できるという記述は誤り。

ルート2では筋かいの水平力負担率に応じ地震時応力を割り増し、筋かい破断等に備える。

このルート3のDsの算定では、柱・梁・筋かい等の部材種別を用い、柱梁接合部パネルの耐力は算定に直接用いません。ただし、接合部パネル自体の設計や安全性の確認が不要になるわけではありません。

細粒分の多い粘性土は水を保持しやすく、砂質土より一般に含水比が大きい。

飽和とは間隙がすべて水で満たされた状態。含水比100％という意味ではない。

粒径の大小は粘土＜シルトです。土の分類では、おおむね粘土は0.005mm未満、シルトは0.005mm以上0.075mm未満とされます。「粘土のほうが大きい」は逆です。

同じN値でも土質によって強度の評価が異なり、一般に粘性土の許容支持力度のほうが大きい。

液状化では過剰間隙水圧の上昇に伴う噴砂・排水と土の再密実化によって沈下が生じる。

通常の即時沈下計算は、適切な等価弾性係数を用いて地盤を弾性体に置換できる。

粘性土では載荷直後の即時沈下に加え、間隙水の排出による長期の圧密沈下が問題となる。

圧密沈下では、荷重を受けて生じた過剰間隙水圧が排水で消散し、有効応力が増えて土の骨格が締まります。主に縮むのは土粒子間の間隙で、土粒子自体が押し潰されることが主因ではありません。

底面の摩擦係数は支持地盤の土質や接触条件で異なる。土質によらず一定としてはならない。

背面上載荷重による水平土圧増分は、鉛直応力増分に土圧係数を掛けて加える。

静水圧は地下水位で0、深さに比例して増え、三角形分布となる。

地下外壁の断面設計で、信頼できる土質試験結果がない場合には、静止土圧係数を0.5とする通常の扱いができます。これは土圧算定の係数で、選択肢1の底面の摩擦係数を土質によらず一定にする説明とは別です。

不静定架構ではPCによる曲げ・軸変形が拘束され、二次応力が生じるので計算が必要。

Ⅰ種（フルプレストレッシング）は、長期設計荷重時にコンクリートへ引張応力を生じさせない設計です。「引張応力を所定の許容引張応力度以下まで認める」はⅡ種の説明で、取り違えています。

圧着部の目地モルタルは繰返し変形で脱落しやすく、拘束筋・メッシュ等で補強する。

PC部分と現場打ちRC部分が一体で力を伝えるよう、接合面のせん断抵抗と結合筋を確保する。

高いコンクリート強度を使うと壁の単位長さ当たり耐力が増し、所定の範囲で必要壁量を低減できる。

同一階に現場打ち壁式RCと壁式プレキャストRCを混用できる。接合と力の伝達の設計が必要。

鉄骨の曲げ耐力と、それを埋込み部の支圧で基礎へ伝達する能力は、同じ力の伝達経路にあるため単純には足せません。鉄骨側は両者の小さい方などで評価し、RC部分の曲げ耐力と所定の方法で組み合わせます。鉄骨耐力＋支圧耐力という記述は不適切です。

充腹形鉄骨は格子形より付着・せん断抵抗が安定し、一般に柱の靱性向上を期待できる。

靱性が乏しい構造では大きな塑性変形に頼れないため、十分な強度で抵抗させる必要がある。

S2はゴム直径/全ゴム層厚。ゴム全体の細長さを表し、座屈と水平剛性に関係する。

ゴム1層を厚くすると鋼板の拘束効果が低下し、一般に鉛直支持能力は低下する。向上するという記述は逆。

履歴型ダンパーは早い段階で降伏させ、主要骨組より先にエネルギーを吸収させることが有効。

腰壁・垂れ壁は柱の可撓長さを短くし、短柱化によってせん断破壊が先行するおそれがある。

柱とそで壁を切り離すスリットは、柱の変形の拘束を減らして脆性的な破壊を避けるための方法です。耐力を上げる補強とはいえず、そで壁の協力がなくなることで耐力が小さくなる場合もあります。

枠付き鉄骨ブレースは既存骨組へ新たな水平抵抗を加え、耐力を向上させる。

炭素繊維の巻付けはせん断補強・拘束により脆性破壊を抑え、柱の変形能力を改善する。

柔らかい床では、床自身の変形に応じて途中の骨組も地震力を負担し、両妻面の耐力壁へ伝わる割合は剛床の場合より小さくなります。「大きくなる」は逆です。床自体や途中の骨組に生じる応力も確認します。

鉛直力Pが水平変位Δにより付加曲げPΔを生じ、応力と変形をさらに増幅する。

RC柱とS梁では接合形式・剛性が異なるので、接合部のせん断・支圧等を含め応力伝達を設計する。

ピロティ階の層崩壊は変形が集中するため、入力エネルギー集中を考慮して十分な耐力を確保する。

目視等級は節・丸身・繊維傾斜等の欠点を観察・測定して構造用製材の等級を決める。

針葉樹は通直な長材を得やすく、加工しやすいため構造材等に広く使われる。

木材は繊維方向の曲げに比べ、せん断の基準強度が小さい。通常Fb＞Fs。

同じ樹種では気乾比重が大きいほど一般に曲げ強度も大きい。小さいという関係が逆。

低温ではセメントの水和反応が遅くなり、初期強度の発現が遅延する。

相似な供試体は小さいほど欠陥を含む確率が低く、一般に見掛けの圧縮強度が大きい。

載荷速度が速いと変形・ひび割れの進展が追いつきにくく、一般に測定強度が高くなる。

通常の静弾性係数試験（JIS A 1149）では、最大圧縮応力の1/3の点と、縦ひずみ50×10⁻⁶の点を結ぶ割線の勾配で求めます。最大強度時の点と原点を結ぶ勾配ではありません。

炭素量増加は強度・硬度を高めるが、延性・靱性・溶接性を低下させる。

圧延鋼は介在物等が圧延方向に伸びるため、板厚方向の性能が面内方向より低い傾向を持つ。

SN490Bの490は引張強さの級を示し、降伏点の下限490N/mm²という意味ではありません。例えば板厚40mm以下の基準強度Fは325N/mm²です。板厚による違い、降伏比・降伏点のレンジ等も別に確認します。

TMCP鋼は成分と熱加工制御で組織を調整し、厚板でも所定の高い基準強度を保証する。

ブロック塀は地表から突出する工作物として、煙突等に準じた地震力で設計する。

転倒・落下等を防ぐ有効な措置がある屋上突出物は、所定の範囲で地震力を低減できる。

上層階は建物振動による加速度の増幅が大きく、一般に設備機器の設計用水平震度も大きい。

固定部に働く水平荷重の計算には、非固定部の摩擦抵抗を通じて鉛直震度も入ります。この鉛直標準震度は非固定部を設ける場所により、地階・1階0.2、中間階0.3、上層階・屋上0.5です。全て同じという記述は誤りです。