令和2年度（2020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

左フランジ3a²が引張、中央ウェブ2a²と右フランジ3a²が圧縮なので、N＝(5−3)a²σ_y＝2a²σ_y。断面図心まわりの曲げは9a³σ_y、Qh＝MからQ＝9a³σ_y/hです。

Nは正しいが、曲げモーメントは9a³σy。引張・圧縮の両領域を図心まわりに一度ずつ積分し、二重に数えない。

Nは圧縮力と引張力の差で2a²σy。断面の面積や応力の符号を考えないと4a²σyと誤る。

軸力は2a²σy、曲げは9a³σy。外力の水平荷重はQ＝M/hで求める。

交点のたわみが等しい条件から反力が決まる。梁長が異なるため反力は1：1ではない。

中央集中荷重のたわみは荷重×L³/(48EI)。長さ2倍のA材は同じ荷重で8倍たわむ。

反力比は長さの2乗ではなく3乗で決まる。Aの全長4l、Bの全長2lを用いる。

Aの全長は4l、Bは2l。各梁が交点で受ける荷重は各支点反力の2倍なので、たわみ一致は2R_A(4l)³/(48EI)＝2R_B(2l)³/(48EI)。したがってR_A：R_B＝1：8です。

Aは両柱脚ピンで左右が等剛性なのでQA＝P/2。Cも両柱脚固定の左右対称でQC＝P/2。

剛体梁の下で、柱脚ピン柱の水平剛性は3EI/h³、固定柱は12EI/h³です。B架構では左柱が3/(3＋12)＝1/5を負担してQ_B＝P/5。A・C架構は左右同条件なので、それぞれの左柱はP/2です。

固定柱脚の右柱が多く負担するため、左柱Bのせん断はP/5と小さい。QBが最大ではない。

A・Cはどちらも左右対称なので、柱脚条件の違いがあっても各柱の水平力分担はP/2。

水平変位δに対する回転は左柱δ/3、右柱δ/6。4ヒンジの塑性仕事を加えるとPu＝300kN。

梁の水平変位をδとすると、左柱の回転δ/3、右柱はδ/6。各側の柱脚400・梁端200kN・mの塑性仕事を足し、P_uδ＝600δ/3＋600δ/6＝300δ。よって300kNです。

柱脚のMpは400、梁端のMpは200。全て400として計算せず、ヒンジの部材ごとに区別する。

左右の柱高さが違うため回転角も違う。同じ回転角として4ヒンジを単純に足してはいけない。

左右対称なので支点反力は各5P/2。45度斜材Aは圧縮でNA＝−(5√2/2)P。

全荷重5Pを左右支点が5P/2ずつ負担します。左端のつり合いからAの圧縮軸力の水平成分は5P/2で、上弦材Bも圧縮5P/2です。−5Pは全荷重を片側だけで受けた扱いになり誤りです。

Cが横切る断面の鉛直力の残りはP/2。45度斜材Cの軸力は−√2P/2である。

中央下節点に荷重がなく左右の下弦材が一直線なので、鉛直材Dの軸力は0となる。

Cは柱脚固定でAより座屈を抑える。PA＝PCとはならない。

Cは固定柱脚のため最も座屈耐力が大きい。PB＞PA＞PCという順序は誤り。

AとBは柱脚ピンだが、Bは梁長が2倍で柱頭の回転拘束が弱い。PAとPBは等しくない。

柱脚固定のCが最大。AとBでは短い梁Aが柱頭を強く拘束するので、PC＞PA＞PB。

Ci＝Z・Rt・Ai・C_0で、Z・Rt・C_0が共通ならAiの最小となる最下層でCiが最小です。Qi＝Ci×その層以上の重量なので、Ciが小さくても最下層の層せん断力Qiが最小とは限りません。

必要保有水平耐力の基となる大地震用地震力では、標準せん断力係数C0を1.0以上とする。

Rtは短周期側では一定の領域があり、それを超えると周期Tが長いほど小さくなる扱いです。「長いほど大きい」は逆です。Aiの周期依存性と取り違えないようにします。

AiとRtはいずれも同じ設計用一次固有周期Tを用い、一貫した地震力を算出する。

屋根葺き材の風圧に対する安全性確認は、建物高さによらず必要である。

屋根葺き材用の平均速度圧にはG_fを入れず、風の変動をピーク風力係数で評価します。骨組用の速度圧と同じ式をそのまま使うと、変動の影響を二重に評価するおそれがあります。

局部的なピーク風圧は骨組全体の平均的な風圧より大きいため、一般にCftの絶対値が大きい。

地域ごとの基準風速V0は葺き材用と骨組用で同じ。係数・速度圧の組み立て方が異なる。

各階・各方向の偏心率0.3以下を確認する方法は、四分割法の代替として用いられる。

四分割法は検討方向に直交する平面全幅の両端1/4を側端部分として扱う。

図2のAは2階が載っていない平家部分の側端部分です。本問の必要壁量は、その側端部分の階数に応じて平家として算定します。建物全体が2階建てという理由だけで、全ての側端部分を同じ階数扱いにはしません。

検討する方向の両側端部分の壁量充足率がともに1を超える場合は、出題時の四分割法では壁率比0.5以上の確認を省略できます。片側だけが1を超える場合とは区別します。

無筋基礎にRC基礎を一体化して増し打ちすると、基礎の耐力と力の伝達を改善できる。

1階床に火打ちを入れると床の面内剛性は上がりますが、地盤や基礎に生じる不同沈下の原因へ直接対処できません。不同沈下に対する方法として、提示された中では最も効果が低いという判断です。火打ち補強自体が無意味なのではありません。

壁位置のずれがあると2階床が力を横へ伝えるので、合板直張りによる面内剛性向上が有効。

屋根の軽量化は地震時の慣性力と転倒モーメントを減らし、耐震性向上に有効。

同じかぶり厚さのまま鉄筋を太径にすると、鉄筋径に対するかぶりの割合が小さくなり、隅角部のコンクリートが割れやすくなります。隅角主筋の太径化を付着割裂防止策とするのは不適切です。

継手は原則として母材の強度を伝える性能を確保する。継手位置の小さな応力だけで性能を決めない。

SD390は鉄筋の強度が高く、同径でも伝える力が大きいため必要定着長さが長くなる。

帯筋の135度フックは端部をコア内へ定着し、地震時にも拘束効果を保ちやすい。

左で固定され、右先端に下向き荷重を受ける片持ち梁です。この場合のせん断ひび割れは、一般に左下から右上へ向かう傾きです。図1は左上から右下へ向かっており、荷重方向に対して逆の傾きとなっています。

付着割裂は鉄筋に沿ってコンクリートが割れる。図の下端筋に沿うひび割れは説明に対応する。

梁上端筋の定着力は柱内に割裂・押出し力を生じさせ、図の接合部と柱のひび割れにつながる。

柱梁接合部には梁端・柱端の力によるせん断が作用し、図の斜めひび割れを生じる。

柱の長期許容せん断力では、帯筋の耐力を加算せずコンクリートの許容値で評価する。

梁の短期許容せん断では、せん断スパン比に応じコンクリート負担分の割増しを考慮する。

三つの材料の限界のどれか一つに先に達した時点で、許容応力度計算上の限界となります。したがって各限界から求めた曲げの「最小値」を採ります。最大を選ぶと、先に限界へ達する材料の許容応力度を超えます。

太径筋ではかぶり/径が小さいほど付着割裂しやすく、許容付着応力度を低減する。

大きい軸圧縮力は柱の圧壊を促進し、一般に塑性変形能力を低下させる。

梁貫通孔はコンクリートのせん断抵抗を減らすため、孔補強と耐力低下の評価が必要。

梁主筋量が増えると、梁の曲げ耐力と接合部へ入る力は一般に増します。一方、接合部のせん断耐力はコンクリート強度や接合部形状・有効幅等で決まるため、梁主筋の増加だけで耐力まで増すとはいえません。

壁の側柱は壁端を拘束し、曲げ変形時の圧壊を抑えるため塑性変形能力を改善する。

横移動する架構の座屈長さは、梁剛性を増しても柱節点間距離未満にはできない。

本問の比較では、細長比20程度の短い筋かいは圧縮側でも塑性化しやすく、80程度の中間領域の筋かいより塑性変形性能が高い側です。中間領域は圧縮座屈後の不安定な挙動に注意が必要です。

弾性座屈領域では許容圧縮応力度はEと細長比に支配される。降伏点だけ高めても変わらない。

小さい降伏比は降伏から引張強さまでの余裕が大きく、一般に塑性変形能力に有利。

ボルト本数増加で接合長さを確保すると、山形鋼の突出脚にも応力が伝わりやすくなり有効断面積が増す。

すべり耐力以下の繰返しなら摩擦面の相対移動がなく、一般に張力低下等を特別に見込まない。

すべり前は接触面の摩擦がせん断力を伝え、ボルト軸が孔壁に支圧してせん断を受ける状態ではない。

すべりに対する耐力は、すべり係数・ボルトの締付け力・摩擦面数等で決まります。二面接合では摩擦面数が2ですが、同じ表面状態ならすべり係数は同じです。耐力の増加を係数の2倍と説明するのは誤りです。

筋かいの保有耐力接合は、軸部が降伏しても端部・接合部が先に破断しない耐力を確保する。

横座屈は開断面梁の圧縮フランジの横移動と断面ねじれが連成して起こる。

SN400BとSN490Bは降伏強度が異なっても、ヤング係数Eはほぼ同じです。同じ断面ならA・Iも同じで、同じ荷重を受ける弾性範囲の変形はほぼ変わりません。耐力の向上と弾性剛性の増加を分けます。

幅厚比を小さくすると板要素の局部座屈を抑え、塑性変形能力を確保しやすい。

耐震計算ルートを簡略化しても、特定天井の脱落対策の技術基準は別途満たす必要がある。

本問の板厚6mm以上の条件では、ルート1-2の地震時柱応力の割増しはBCRのほうがBCPより大きくなります。BCRでは平坦部も含めて冷間加工の影響を受ける点を合わせて理解します。

S造ルート2には塔状比4以下等の制限があり、過度に細長い建物は対象外となる。

BCP柱で局部崩壊となる場合は、柱耐力を低減した保有耐力でも必要値を満たすことを確認する。

砂の締まり具合を示すN値は、内部摩擦角やせん断抵抗の評価と相関する。

粘土は含水量によって硬さ・圧縮性が変わるため、変形特性も水分量と関係する。

締固めによって砂質地盤の密度を上げると、一般に地震時の液状化への抵抗が高まります。地盤改良の方式は土質・地下水・周辺条件等に応じて選びますが、「液状化対策としての効果はない」は誤りです。

地盤の極限支持力は、基礎下や周辺の土がせん断破壊する限界状態で決まる。

乱さない試料を採った点は適切でも、圧密沈下の特性を調べる試験の選択が違います。一軸圧縮試験は主に粘性土の強度を調べ、圧密沈下量や沈下速度に関わる性質は圧密試験で調べます。

不明な地層は予備調査で把握し、その結果に基づき本調査の配置・数量を決める。

地下水位と粒度は液状化の可能性を判断する重要な情報なので調査する。

PS検層はP波・S波速度を測り、地盤の動的特性や地層構成の評価に用いる。

パイルド・ラフトはラフトで支持しつつ杭で沈下を抑え、平均沈下・不同沈下の低減に用いる。

液状化で杭周辺地盤が軟化するため、水平地盤反力係数を低減して杭の抵抗を評価する。

異種基礎では不同沈下だけでなく、地震時の変形・力の伝達の違いも検討する必要がある。

杭表面の潤滑材は下向きの負の摩擦力を減らし、杭へ余分な圧縮力が加わるのを抑える。

壁梁は壁厚と同じ幅とすることができ、壁式の平面的な壁・梁構成を保てる。

直交壁が一体に働く場合、有効範囲の直交壁を含めて耐力壁の曲げ剛性を評価できる。

一般に壁式ラーメンRCのほうが高い建物へ適用できる。壁式RCのほうが高いという記述は逆。

壁式ラーメンRCの張り間外周構面には、最下階から最上階まで連続する耐力壁を設ける。

ポストテンションは、コンクリート硬化後にPC鋼材を緊張し、端部の定着具等を通じて圧縮を導入します。鋼材をコンクリートへ直接埋めてから付着で導入する説明は不適切です。プレテンションも緊張時期が異なり、打設前に鋼材を緊張しておくため、設問全体をそのままプレテンションの説明と読み替えないようにします。

PCaPC床版と周囲の梁の接合部は、長期・短期の応力を相互に伝えられるよう設計する。

鉄骨・鉄筋の剛性寄与が小さい場合、SRC全断面にコンクリートEを用いた剛性評価ができる。

CFTの充填コンクリートへ梁のせん断力を負担させるには、ダイアフラム等で鋼管から力を伝える設計が必要。

これは法令の地震力算定に使う設計用一次固有周期Tを精算する際の条件です。RCはひび割れ前の剛性とし、基礎・杭の変形を含めずに算定します。実際の大地震応答を解析するモデルでも常にひび割れを無視する、という意味ではありません。

減衰が小さいと、振動エネルギーを吸収する能力も小さくなります。その場合に必要保有水平耐力を下げる方向のDs低減はできません。一般に減衰・靱性が大きいほどDsを小さくでき、記述は逆です。

剛性率0.6未満や偏心率0.15超では、形状係数Fesにより必要保有水平耐力を割り増す。

塑性化が進むと履歴エネルギー吸収が増し、一般に安全限界の等価減衰を大きくできる。

減衰を増やすと免震層の変形を抑えられる一方、ダンパーが上部構造へ伝える力も増える場合があります。上部の応答せん断力を下げるために、減衰量を際限なく大きくすればよいという説明は不適切です。

免震建物は上部の振動性状が通常建物と違い、層せん断力係数の分布も一般にAi分布と異なる。

外周にダンパーを置くとねじれ中心からの距離が大きく、回転運動を抑えやすい。

一般的な平面すべり支承は摩擦による減衰を持つが、それだけで原点へ戻す復元機能は持たない。

ポストテンションは硬化後に導入するため、一般にクリープ等による損失率がプレテンションより小さい。

充填コンクリートが鋼管の局部座屈を抑え、鋼管がコンクリートの横膨張を拘束する相互作用があります。中空鋼管より一般に剛性だけでなく塑性変形性能も向上し、「低い」は誤りです。

摩擦抵抗とアンカーボルトせん断は最大耐力を同時に発揮しないため、最大せん断耐力は通常その大きい側で評価する。

炭素繊維巻付けは主にせん断・拘束の補強であり、柱の曲げ耐力増加は一般に期待しない。

湿潤状態では木材のクリープが大きく、同じ荷重でも長期変形が増えやすい。

ひば・ひのき等は耐朽性が比較的高く、湿気の影響を受ける土台に適する。

含水率＝水の質量/全乾木材質量×100％。水を含む全重量を分母にしない。

構造用木材の基準材料強度は、一般に繊維方向の圧縮のほうが引張より大きい値です。節や繊維の乱れ等は引張強度へ大きく影響するため、無欠点小試験片での強度の大小を、そのまま構造材の基準強度へ当てはめません。

水中養生は水和に必要な水を保つため、同温度の気中養生より圧縮強度が大きくなる。

高強度ほど最大圧縮応力に達するひずみは一般に大きくなる。

他の調合条件等が同程度なら、単位水量が小さくなると一般にスランプは小さくなります。「大きくなる」は逆です。混和剤・骨材・温度等でも流動性が変わるため、水量だけの一律の関係としないことも大切です。

気乾単位体積重量が大きいコンクリートは一般にEが大きい。骨材・密度の違いが影響する。

シャルピー吸収エネルギーが大きい鋼は靱性が高く、脆性破壊防止に有利。

SN490Bの490は引張強さの級であり、引張強さ下限は490N/mm²。

アルミニウム合金の線膨張係数は炭素鋼の約2倍で、1/2倍ではありません。同じ長さ・温度変化なら、熱による伸びもおおむね2倍になります。

ステンレスは一般に耐食性が高く、高温での強度保持等の面でも炭素鋼より耐火性に優れる。

特定天井は、高さ・面積・質量等の条件を満たし、人が日常利用する場所に設けられた「吊り天井」が対象です。高さ6m超・面積200m²超・質量2kg/m²超だけで、支持方式にかかわらず全ての天井が該当するわけではありません。

天井脱落対策では、中地震時に天井が損傷しないことを確認する。

既存天井にはネット・ワイヤー等による落下防止措置が認められる方法もある。

免震建物でも特定天井の安全確認が必要で、免震を理由に技術基準の対象外にはならない。