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一級建築士の過去問 令和3年(2021年) 学科4(構造) 問85

問題

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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 .
横移動が拘束されていないラーメン架構において、柱材の座屈長さは、梁の剛性を高めても節点間距離より小さくすることはできない。
   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に比べてSN490Bのほうが大きい。
   3 .
ラーメン架構の靱性を高めるため、塑性化が想定される部位に降伏比が小さい材料を採用した。
   4 .
梁の横座屈を防止するための横補剛材を梁の全長にわたって均等間隔に設けることができなかったので、梁の端部に近い部分を主として横補剛する方法を採用した。
( 一級建築士試験 令和3年(2021年) 学科4(構造) 問85 )
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この過去問の解説 (3件)

8

鉄骨構造に関する問題です。

選択肢1. 横移動が拘束されていないラーメン架構において、柱材の座屈長さは、梁の剛性を高めても節点間距離より小さくすることはできない。

正  

座屈長さは材端の支持条件により変化します。部材の剛性によって変化する値ではありません。

「材端の支持条件と座屈長さの関係」

柱材の長さをLとした場合、座屈長さ「ℓK は柱材の両端の支持条件によって決められています。

A:【(水平移動拘束)両端固定 →「ℓK= 0.5L 】

B:【(水平移動拘束)一端ピン・他端固定 →「ℓK= 0.7L 】

C:【(水平移動拘束)両端ピン →「ℓK= L 】

C:【(水平移動自由)両端固定 →「ℓK= L 】

D:【(水平移動自由)一端自由・他端固定 →「ℓK= 2L 】

D:【(水平移動自由)一端ピン・他端固定 →「ℓK= 2L 】

選択肢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に比べてSN490Bのほうが大きい。

幅厚比は、局部座屈に対する強さを表します。

幅厚比が小さいほど局部座屈に強く、逆に値が大きいと局部座屈に弱くなります。「幅厚比:幅 / 厚さ」になります。

N400BとSN490Bの違いは、簡単に言うと強度の違いです。数字が大きい方が、強度が上がります。

しかし、鉄骨の剛性(ヤング係数)は変化しないため、強度が大きい方に応力がかかり、強度の強い部材ほど幅厚比を小さくする必要があります。よって、幅厚比の上限はSN490Bの方が小さくなります(厚い部材にする)。

選択肢3. ラーメン架構の靱性を高めるため、塑性化が想定される部位に降伏比が小さい材料を採用した。

正      

「降伏比:降伏点 / 引張強さ」になります。

降伏比が大きい鋼材は降伏してから引張強さまでの余裕がなく、降伏比が小さい部材と比べて塑性変形能力が小さくなります。ゆえに塑性化が想定される鋼材には降伏比が小さい鋼材を採用します。

選択肢4. 梁の横座屈を防止するための横補剛材を梁の全長にわたって均等間隔に設けることができなかったので、梁の端部に近い部分を主として横補剛する方法を採用した。

正 

十分な強度と剛性を有した横補剛材を適切な間隔で設置し、梁の横座屈を防止します。

やむを得ず横補剛材を均等間隔に計画できない場合、塑性ヒンジを生じやすい梁の端部に近い部分に横補剛材を設ける計画とします。

付箋メモを残すことが出来ます。
3

正解は「2」です。

1.正しい

座屈長さは、部材長×座屈長さ係数 によって求められます。

横移動が拘束されていない場合、拘束されている場合と比べて

座屈長さ係数は大きく(座屈しやすく)なり、最低でも1.0です。

従って、部材長(接点間距離)よりも座屈長さは小さくならず、1は正しいです。

ちなみに、座屈応力の計算に剛性は現れません。

2.誤り

幅厚比とは、鉄骨部材の「幅 / 厚さ」で求められる数値で、

大きいほど、薄く幅広で「局部座屈しやすい」部材、

小さいほど、分厚く「局部座屈しにくい」部材となります。

SN490BはSN400Bに比べ強度が高いため、より大きな力がかかる位置に計画されます。

そのため局部座屈のリスクが高く、それを防ぐために

SN400Bよりも厳しい(小さい)上限値が設定されています。

なので2は誤りです。

3.正しい

降伏比は、鋼材の「降伏点 / 引張強さ」で求めることができます。

これが小さいということは、降伏点と引張強さの差が大きく、

「降伏後に引張応力に達するまで粘る力(靭性)が高い」という事になります。

なのでこの部材を塑性化が想定される位置に設けるのは有効であり、

3は正しいです。

4.正しい

梁に大きな地震力が生じたとき、梁の端部は塑性化(ヒンジ化)します。

これがバランスよく行われなかった場合、建物の粘り強さが十分に確保できません。

なので梁端部が塑性化する前に横座屈してしまわないように横補剛材を設けます。

梁全長にわたり均等に設ける方法と、塑性化する梁端部に近い部分に設ける方法があり、

いずれでも良いです。なので4は正しいです。

3

1 正 柱の座屈長さに梁の剛性は関係ないです。

2 誤 選択肢とは逆に、幅厚比の制限値は材料の基準強度が大きいほど小さくなります。

3 正 わかりにくいですね。私は初見でこれが誤りと思いました。

 降伏比 = 降伏強度/引張強度 = 塑性化し始める強度/破断する強度

 つまり、降伏比は「降伏強度が引張強度の何%か」ということで、降伏強度が小さい→塑性化してから破断するまでの間が長い→靭性が高い、となるため、設問のやり方は正しいです。

4 正 横補剛には端部だけでやる方法があります。

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