令和元年度（2019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

弾性中立軸は図心。上下の面積と重心を用いると下縁から250mmであり、200mmではない。

弾性時は図心250mm、全塑性時は上下の面積を等分する位置300mm。250と200の組合せではない。

下側ウェブ100×300＝30000mm²の重心は下縁から150mm、上側フランジ300×100＝30000mm²の重心は350mm。弾性図心は(30000×150＋30000×350)/60000＝250mm。軸力のない全塑性状態では圧縮・引張面積が同じなので、両者の境界300mmが中立軸です。

300mmは全塑性時の中立軸。弾性時の図心250mmと対応を取り違えている。

AのI＝2a(2a)³/12、Bは横に並んだ2材で同じI。Cは上下2材が独立に曲がりIがAの1/4になる。

I_A＝2a(2a)³/12＝4a⁴/3。横に並ぶBは2×a(2a)³/12でAと同じです。上下に滑れるCは2×2a×a³/12＝a⁴/3。たわみは1/Iに比例し、1：1：4となります。

Bの横並びの分割は、曲げ方向のせい2aを変えないのでたわみもAと同じ。

Cの上下の部材間に摩擦がないため一体梁にできないが、IはAの1/4であり1/8ではない。

左の張出し梁からBへ10Plの曲げが入ります。遠端固定・材端移動なしの回転剛性は右梁4(2EI)/l、柱4(3EI)/lで比2：3。Bでの抵抗を右梁4Pl・柱6Plに分配し、遠端へ各1/2の2Pl・3Plを伝達する図1が正しいです。

柱脚の遠端モーメントは柱頭6Plの半分3Pl。両端同じ6Plにはならない。

柱の剛性3EIは梁2EIより大きいので、接合部の配分は梁4Pl・柱6Pl。図は逆。

接合部の剛性比が2：3なので梁4Pl・柱6Pl。遠端モーメントも固定端の半分となり図4と異なる。

下層は屋根2Pと2階Pの和3Pを負担し、δ1＝3P/(2K)。上層は2Pだけでδ2＝2P/K。

δ1/δ2＝[3P/(2K)]/[2P/K]＝3/4。1：4ではない。

下層へ作用するのはPだけではなく層せん断力3P。階ごとの外力と層せん断力を区別する。

上層の層せん断力は屋根の2P。下層は2階のPも加えて3Pです。層間変位は各層のせん断力/水平剛性なので、δ_1＝3P/(2K)、δ_2＝2P/K。比は3：4です。

右支点まわりのつり合いで左反力は6P/7。ABの鉛直成分はP/7の圧縮なので、−12P/(7√3)ではない。

右支点まわりのつり合いで左反力は6P/7。ABを含む断面で左側を取り出すと、反力6P/7に対し下向きPがあり、ABの鉛直成分は上向きP/7必要です。左側断面ではABの引張の仮定が右下向きなので、N_AB sin60°＝−P/7、N_AB＝−2P/(7√3)となり圧縮です。

絶対値2P/(7√3)は合うが符号が逆。ABは引張ではなく圧縮となる。

反力を求めた後に切断法を使う。ABの鉛直成分は−P/7であり、大きさ・符号とも設問値と異なる。

上左・上右・下左の3本は三角形ですが、右下支点はローラーです。全体として拘束が一つ不足し、変形する機構が残ります。反力3・部材4・節点4の全ピン系では、3＋4−2×4＝−1で不安定です。筋かいが1本あるだけでは安定とは限りません。

左柱脚ピンの反力2、右柱脚固定の反力3で合計5。節点4、部材4、内部の接合は全てピンで、5＋4−2×4＝1となり、不静定です。右の固定支点の回転拘束は、反力の3つ目として既に数えています。

両柱脚がピンで反力は計4。部材4、節点4、内部の剛接合による追加拘束なしなので、4＋4−2×4＝0。図の筋かいと固定された二つの支点位置で安定しており、静定構造です。

両柱脚固定で反力6。右柱途中の白丸も節点として数えるため節点5、右柱をそこで分けて部材4です。右上角は白丸のない剛接合で追加拘束1。6＋4＋1−2×5＝1となり不静定です。

速度圧q＝0.6EV0²。風速が2倍になれば速度圧は4倍となる。

V0は地上10m・10分間平均風速の地域値。瞬間最大風速ではない。

都市部は地表の障害物で乱れが強く、一般にガスト影響係数が平坦地より大きい。

外装材は局部的なピーク風圧で設計し、一般に骨組用より大きい。設問の大小関係は逆。

一般区域の積雪単位荷重は1cm当たり20N/m²以上。特定行政庁の定めにも従う。

実況によらず令85条の表を使う場合、店舗売場の床用積載荷重は2900N/m²ですが、そこに連絡する廊下は3500N/m²です。人が集まり通行する廊下へ、売場の値をそのまま使うことはできません。

地下部分は各部分の重量に所定の水平震度を掛けて地震力を求める。

Ci＝Z Rt Ai C0。ZやRtが小さいと、CiがC0を下回る場合がある。

地震用必要壁量は同一階の床面積から決まり、両方向で同じ。張り間と桁行で異なるという記述は誤り。

風圧力に対する壁量は、検討階の床面から1.35mを超える部分の見付面積を基に計算します。本問の2階もこの条件に従い、地震用の床面積による方法と区別します。

存在壁量は長さ×壁倍率。9×2＝6×3＝18mで等しい。

適合する異なる耐力要素の倍率は加算でき、1.5＋2.5＝4倍となる。

柱断面の大きな切欠きは、失われた力の伝達能力を金物等で補う必要がある。

2019年に適用する令45条2項では、圧縮力を負担する木製筋かいに厚さ3cm以上・幅9cm以上が必要です。厚さ1.5cm・幅9cmは引張力を負担する場合の寸法であり、圧縮も受ける本問では不足します。

大臣の定める構造計算で安全性を確認すれば、所定の小屋組振れ止めの仕様を省略できる。

柱小径は仕様規定の割合による方法に代え、所定の構造計算で安全性を確かめて決定できる。

通常の耐力壁は、柱主筋等で問題となる付着割裂破壊を一般に生じにくく、本問の通常の扱いではその検討を省略できます。全ての壁や他の破壊の確認まで不要、という意味ではありません。

引張鉄筋比を増すと伝える付着力も増える。付着割裂防止には十分なかぶり・横補強等が必要で、鉄筋比増加だけでは防げない。

軸力が同じならFcを高めると軸力比が下がり、柱の圧壊やせん断圧縮破壊を抑えやすい。

接合部の帯筋比0.3％以上は、コアの拘束と接合部の性能確保のための配筋条件。

あばら筋は、斜めのせん断ひび割れが生じた後も力を伝え、急激に耐力を失うことを防ぎます。最小あばら筋比を「曲げひび割れによる剛性低下を防ぐため」と説明した点が誤りです。

あばら筋の長期許容値は材料の級をSD295AからSD345に上げても同じ上限で扱う。

上端筋は沈下・ブリーディングで付着が低下するため、下端筋より許容付着応力度が小さい。

圧縮側主筋は長期に圧縮を分担し、コンクリートのクリープによるたわみを抑える。

打継ぎのある基礎梁でも、側面で必要な定着長さを取ったあばら筋の重ね継手を設けられる。

図2の90度フックは、右側の床スラブが取り付く側にあります。必要余長とその側のコンクリートによる拘束を確保しているため、本問では適当です。スラブのない反対側に90度フックを置く図とは区別します。

継手長さLを確保しただけでは、隣接継手の配置は適切になりません。代表的なずらし方は中心位置を約0.5Lずらす方法、又は1.5L以上離す方法です。図3の中心間隔Lはこれらに合わず、不適切です。

長方形孔の上下の軸方向補強筋は、孔周辺の曲げ・応力集中に抵抗し、あばら筋等と併用する。

外柱の梁下端筋は接合部コアへ上向きに折り曲げ、定着と拘束を確保する。

梁主筋量増加は梁降伏時の引張力を増やすため、接合部の設計用せん断力も増す。

この許容せん断力の評価では、帯筋量を増やした分をそのまま耐力へ上乗せする扱いはしません。帯筋は接合部コンクリートの拘束等に重要ですが、コンクリート強度等による許容値と区別します。

接合部の許容せん断はコンクリート強度に依存し、Fcを高くすると大きくなる。

小梁が水平トラスの弦材になる場合、鉛直曲げに加え水平構面の軸力も負担する。

角形鋼管は閉断面で横座屈のおそれがないため、曲げの許容値を引張の許容値と同じにできる。

同一断面でSN490Bへ変更してもEやIはほぼ変わりません。一方で降伏強度が高くなり、その強度を塑性変形まで発揮するための横補剛条件は厳しくなる側です。必要な補剛数を減らすという記述は不適切です。

圧縮材の中間横補剛材は圧縮力の2％以上の集中力に対して設計し、拘束を保つ。

限界細長比Λは√(E/F)に比例します。鋼材のEがほぼ同じなら、Fを大きくするとΛは小さくなります。材料強度が高いから細長い柱でも座屈に有利、と単純には判断できません。

高強度材ほど局部座屈を抑えるため幅厚比の上限を小さくする。

両縁が支持されるウェブは、片側自由縁のフランジより幅厚比上限が大きい。

筋かい軸部を先に降伏させるため、端部・接合部の破断耐力を降伏耐力の1.2倍以上確保する。

梁フランジをダイアフラムの板厚内に収めて溶接し、力を厚さ方向の適切な位置へ伝える。

強い溶接材料を使っても、低強度側の母材が伝えられる力は増えません。異強度鋼材をつなぐ溶接部の許容値を、高強度側の母材と同じとしてよいという記述は不適切です。

肌すき1mm以内なら所定の条件でフィラーを省略できる。超える場合は適切なフィラーを入れる。

自動ガス切断は手動より縁の品質が安定するため、一般に最小縁端距離が小さい。

本問のBCR柱を用いたルート1-1では、標準せん断力係数C_0を0.3以上として地震力を算定する必要があります。一般的な一次設計の0.2をそのまま用いることはできません。

ルート1-2でC0＝0.3と柱応力割増しを用いる条件では、層間変形角・剛性率の検討を省略できる。

BCRを用いるルート2では、指定の柱梁接合部で柱曲げ耐力和を梁曲げ耐力和の1.5倍以上確保する。

局部崩壊となる場合は柱耐力を低減して保有耐力を求め、必要保有耐力以上を確認する。

浅い沖積層の飽和砂質土は地震時に液状化しやすく、一般に地表から20m程度以浅を判定する。

盤ぶくれは掘削底より下の被圧水が底面を押し上げて起こる。

一軸圧縮試験は乱さない粘性土の強度・変形の簡便な評価に用いられる。

砂が密実になるほど粒子間の摩擦抵抗が増し、内部摩擦角は大きくなる。小さくなるとの記述は逆。

液状化で上部地盤の剛性・抵抗が低下するため、地盤改良等で杭の水平抵抗を確保する。

地盤沈下で杭が露出すると自由長が増し、杭の曲げと水平変位が増えるため検討する。

図では同じ径でも支持層が傾き、杭長が10〜20m程度と異なります。杭長や地盤条件に応じた水平剛性・水平抵抗の違いを踏まえ、各杭の水平力分担を評価します。同じ径だから一律に等分とするのではありません。

深い支持層は鉛直支持力に重要ですが、杭の水平抵抗には杭頭付近の上部地盤の変形特性が大きく影響します。孔内水平載荷試験を支持層近傍だけで行うのは、目的に対応していません。

即時沈下は、地盤に適切なEとνを設定して弾性体として計算できる。

杭の有効自重は浮力を差し引いた自重であり、長期・短期の引抜き抵抗へ考慮できる。

基礎の根入れに応じ地下外壁等の抵抗を見込み、所定の範囲で杭への水平力を低減できる。

同じ地盤でも杭径による寸法効果があるため、一般に杭径が大きいほど水平地盤反力係数k_hは小さく評価します。係数の単位はkN/m³で、杭全体の水平耐力そのものとは別の指標です。

PC圧着部はプレストレスによる摩擦抵抗でせん断を伝える設計とする。

耐圧板の接触面積を広げると支圧応力度を低減し、定着部の局部破壊を防ぎやすい。

防錆被覆されたアンボンド緊張材を使う床版の方式では、グラウト注入を省略できる。

リラクセーションは、緊張材のひずみをほぼ一定に保っても引張応力が時間とともに低下する性質です。コンクリートのクリープ・収縮等と合わせ、有効プレストレスは減少する側であり、増大ではありません。

スラブに接する上フランジと、スラブから離れた下フランジでは拘束条件が異なります。負曲げで下フランジが圧縮となる場合など、下フランジの局部座屈も確認が必要です。「上下とも省略できる」は誤りです。

スタッドは鋼梁とスラブの軸方向力差を伝える。終局時の圧縮・引張力のつり合いから水平せん断を算定する。

最下階SRC柱脚に引張が作用する場合、原則埋込み形式として鉄骨の引張力を基礎へ伝える。

鉄骨とRCそれぞれで曲げ・せん断の小さい耐力を選び、それらを累加してSRC柱のせん断終局耐力を評価できる。

免震層の上の構造を十分に剛くすると、上部構造自身で生じる振動増幅を抑え、一般に床応答加速度は小さくなる側です。「上部剛性が大きいほど床応答加速度も大きい」は逆です。免震層を柔らかくすることと混同しません。

免震層が主な水平変形を負担し、上部構造の偏在によるねじれの影響を抑えやすい。

粘性ダンパーは相対速度に応じた抵抗でエネルギーを吸収し、免震層変位を抑える。

積層ゴムの水平剛性は軸力の影響を受け、大きな面圧では座屈に近づいて低下する。

ダンパーは変形・耐力・振動モードを考え、建物全体に効果が及ぶ配置とする。

オイルダンパーは速度に応じて作動し、降伏を必要としないため小さな動きから効果を発揮する。

履歴型ダンパーは塑性変形してエネルギーを吸収しますが、残留変形を戻すには主架構側の復元力も必要です。主架構よりダンパーを強くするだけでは、主架構の損傷や残留変形を抑える保証にはなりません。

履歴型ダンパーは繰返し塑性化でエネルギーを吸収するので、安定した履歴と低サイクル疲労性能を確保する。

外柱には梁のせん断力が片側から累積し、中柱より地震時軸力の変動が大きい。

柱と腰壁の間にスリットがあっても梁と腰壁が一体なら梁剛性は増すので考慮する。

靱性の大きい架構はエネルギーを吸収でき、Dsを小さくして必要耐力を低減できる。

境界梁は耐力壁の回転を拘束し、周囲の架構へ力を伝えます。その曲げ・せん断耐力を大きくすると、一般に壁の回転・浮上りを抑えて負担可能な水平力を高める側で、「小さくなる」は逆です。

接線方向の収縮が大きいため、板は一般に木表側が凹になるように反る。

同じ乾燥状態では密度が大きい木材ほど、一般に強度も高い。

繊維飽和点以下の乾燥収縮は、一般に年輪の接線方向のほうが半径方向より大きくなります。繊維方向はさらに小さく、接線＞半径＞繊維方向の順で整理します。

繊維飽和点以下では含水率が増えるほど一般にEが小さくなり、変形しやすくなる。

低い水セメント比は緻密な組織を作り、通常の範囲では圧縮強度を高める。

水セメント比が小さいコンクリートは一般に組織が緻密で、二酸化炭素が内部へ侵入しにくくなり、中性化は遅くなります。実際には養生・含水状態・セメント種類等も関係しますが、「小さいほど速い」は逆です。

圧縮強度が高いほど一般にコンクリートのEも大きい。

セメント量を減らすと水和発熱を抑えられ、温度差によるひび割れが生じにくい。

通常のSN材には板厚に応じた基準強度の区分があり、40mmを超える厚板でも同じ値を保証するわけではありません。例えばSN400材の通常の区分では、40mm以下の235N/mm²に対し、40mm超では215N/mm²となる区分があります。

C種はB種に加え板厚方向絞りを保証し、ダイアフラム等の板厚方向引張に対応する。

所定の板厚以上のBCR295には降伏比上限があり、降伏後の変形能力を確保する。

SUS304Aの基準強度は、明瞭な降伏点に代えて0.1％オフセット耐力を基にする。

用途・予算・必要性能の釣合いが重要で、全てのグレードを上げることだけがよい設計とは限らない。

法規・基規準の荷重値は、実際のばらつきや頻度を扱える代表値として提示されている。

不連続な剛性・耐力は変形集中を招くため、単なる割増しだけでなく振動性状と崩壊過程を確認する。

複雑なモデルほど必ず正確とは限らず、入力値・支持条件・部材剛性・非線形特性などに誤りが入り得ます。全体の反力のつり合い、変形の形、断面力の連続性等を確認し、解析結果を検証する必要があります。