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2024年09月20日

令和五年 度修了考査 法適合確認 No.1 - 10

令和5年度 構造設計一級建築士講習

修了考査(法適合確認)


法適合確認
(選択理由記述式4肢択一問題)

[ No. 1 ]
構造設計に関する次の記述のうち、最も不適当なものを選び、不適当とする理由を述べよ。

1.現在の高度に発達したコンピュータソフトウエアを用いても、使用する技術者が構造工学の知識習得や構造的センスの醸成が不足している場合には、誤った設計解が導かれる危険性がある。


2.限界耐力計算を用いて建築物の設計を行う際に、極めて稀に生ずる地震力に対する最大変形が敷地境界線を越えた場合、部材を変えず保有水平耐力計算を行い、必要保有水平耐力到達時の層間変形を参照することで敷地境界線を越えないようにすることができる。


3.免震構造のように上部構造のべースシア係数を小さく設計した建築物において、設計規準類が要求していなくてもPΔ効果を考慮し、上部構造の許容変形を小さめに設定することが望ましい。


4.建築物に大きな影響を与える大地震、巨大台風、豪雪などはこれまでの知見で作用の規模などを予測することが困難な自然現象であり、法規で定められた荷重がこれらを網羅しているわけではない。



答え

 2
[ 解答解説 ]
1. 記述の通り。
(青本 第T 編第 1章 4 コンピューター依存社会の構造設計

2. 保有水平耐力時の変形は、極めて稀に生ずる地震力に対する最大応答変形とは必ずしも一致しない。
(青本第U編第2章2-2耐震設計法

3. 記述の通り。
ベースシア係数:
1階(最下層)の層せん断力係数。
層せん断力係数はCi=Z×Rt×Ai×Co
 Ai分布は1階では1.00なので
ベースシア係数は、標準せん断力係数に地域係数Z、振動特性係数Rtをかけた値
また、1階の層せん断力を建物全重量で割ることでベースシア係数を算定できる。

4. 記述の通り。




[ No.2 ]
建築基準法及び建築士法における構造関係規定の位置づけに関する次の記述のうち、最も不適当なものを選び、不適当とする理由を述べよ。

1.建築基準法第20条第1項第二号の鉄筋コンクリート造建築物について、保有水平耐力計算で設計した場合、構造設計一級建築士の関与が必要である。


2.建築基準法は、建築物の敷地、構造、設備及び用途に関する最低の基準を定めており、建築士法は、建築物の設計、工事監理等を行う技術者の資格を定めて、建築物の質の向上に寄与させることを目的としている。


3.土砂災害特別警戒区域に関する規定は、常時人が使用している可能性の高い「居室を有する建築物」に限定して適用される。


4.構造設計は行わず、法適合確認のみを行った構造設計一級建築士は、その確認に係る建築物について、建築基準法上の設計者には含まれない。



答え

 4
[ 解答解説 ]
1. 記述の通り。
(青本第T編第2章2-2建築基準法一級建築士の業務と責任

2. 記述の通り。
(青本第T編第2章1-1建築基準法における構造関係規定の位置づけ

3. 記述の通り。
(令第80条の3 土砂災害特別警戒区域内における居室を有する建築物の構造方法

4. 記述の通り。
法適合確認を行った構造設計一級建築士は、その確認に係る建築物について、建築基準法上の設計者に含まれることとなっている。
(青本第T編第 2章2-2構造設計一級建築士の業務と責任




[ No.3 ]
建築基準法における地震力に関する次の記述のうち、最も不適当なものを選び、不適当とする理由を述べよ。

1.建築物の地上部分の地震力の算定における「地上部分」は、建築基準法施行令第1条第二号の 「地階」に該当するか否かにかかわらず、振動性状としてAi分布による地震力が作用するとみなせるかどうかで判断した。


2.地盤種別の判定は、建築物に剛強な支持ぐいを使用するため、当該支持ぐい先端の地盤により行った。


3.鉄筋コンクリート造建築物の地震力について、建築物の設計用一次固有周期を固有値解析で算定するに当たり、基礎ぐいの変形(鉛直変形に伴う回転の成分)を考慮した。


4.建築基準法第20条第1項第二号の建築物の屋上から突出する煙突の地震力について、特別な調査又は研究によらないで計算するに当たり、水平震度1.0を用いた。



答え

 3
[ 解答解説 ]
1. 記述の通り。


2. 記述の通り。
(昭55建告第1793号第2

3. 記述の通り。
特別な調査又は研究に基づき設計用一次固有周期を求める場合は、基礎及び基礎杭の変形が生じないものとして、構造耐力上主要な部分の初期剛性を用いて算出する。
(昭55建告第1793号第3

4. 記述の通り。
(平成19年国交告第594号第2三 ハ




[ No.4 ]
建築基準法における荷重及び外力に関する次の記述のうち、最も不適当なものを選び、 不適当とする理由を述べよ。

1. 高さ20mの建築物の帳壁に使用するガラスについて、風圧に対する設計用の平均速度圧の算定に用いる高さを、屋根平均高さHで評価した。


2. 特定行政庁が指定する多雪区域以外の区域内(垂直積雪量が0.15m以上である区域に限る)における特定緩勾配屋根を有する建築物について、屋根版が鉄骨造であったため、積雪後の降雨の影響を考慮した応力の割増しを行わなかった。


3. 建築物の使用上の支障が起こらないことを確認するため、床版に生じるたわみの最大値を計算 するに当たり、床の積載荷重として建築基準法施行令第85条の表の「地震力を計算する場合」 の数値を用いた。


4.外壁から突出する長さ2.5mのバルコニーの設計において、バルコニー先端部分を柱で支持することとしたため、鉛直震度1.0Z(Z:地震地域係数)以上の鉛直力による安全性の確認を行 わなかった。



答え

 2
[ 解答解説 ]
1. 記述の通り。

2. 除外規定は屋根版が鉄筋コンクリート造又は鉄骨鉄筋コンクリー ト造であり、鉄骨造は除外されない。(平成19年国交告第594号第2三ホ)

3. 記述の通り。
(平12建告第1459号第2一)

4. 記述の通り。
バルコニー先端を柱で支持した場合など、鉛直方向に振動の励起の恐れがない場合は、鉛直震度1.0Zの考慮は除外される。




[ No.5 ]
建築基準法における鉄骨造の耐震計算に関する次の記述のうち、最も不適当なものを選び、不適当とする理由を述べよ。

1.耐震計算ルート1-1において、水平力を負担する筋かいを保有耐力接合とする場合、当該筋かい軸部の全断面が降伏するまで、接合部が破断しないことを確認した。


2.耐震計算ルート2において、冷間成形角形鋼管を柱に用いた場合、一次設計で梁のウェブを無視した場合であっても、柱梁耐力比算定における梁の全塑性曲げモーメントは梁の全断面を有効として計算した値を用いた。


3. 耐震計算ルート3において、露出柱脚に伸び能力の無いアンカーボルトを用いた場合、柱脚で保有耐力接合の条件を満足していたため、柱に塑性ヒンジを仮定して保有水平耐力の検討を行った。


4. 耐震計算ルート3において、冷間成形角形鋼管柱にSTKR材を用いた場合、全体崩壊(はり崩壊)か局部崩壊(柱崩壊)かを各階床位置で判断し、局部崩壊の場合は当該床位置の柱耐力を低減して保有水平耐力を算定した。


答え

 4
[ 解答解説 ]
1. 記述の通り。

2. 記述の通り。

3. 記述の通り。

4. STKR材を用いた場合、局部崩壊は許容されない。
(平19国交告594号第4 三 口)




[ No.6 ]
鉄筋コンクリート造建築物の耐震計算ルート3 において、梁曲げ破壊型のラーメン構造では、柱梁接合部のせん断終局耐力が崩壊形を形成する時の作用せん断力を十分上回ることが求められている。十字形柱梁接合部の耐震性を向上させる対策として、最も不適当なものを選び、不適当とする理由を述べよ。

1. 柱せいを大きくする。

2. 梁幅を小さくする。

3. 梁の主筋量を少なくする。

4. 柱梁接合部に直交梁を設けて両側直交梁付きとする。



答え

 2
[ 解答解説 ]
耐震性を向上させる方法としては、柱梁接合部の耐力を大きくする、または設計用せん断力を小さくする方法がある。

1. せん断耐力が大きくなる。

2. せん断耐力が小さくなる。

3. 設計用せん断力が小さくなる。

4. せん断耐力が大きくなる。




[ No.7 ]
建築基準法における木質構造に関する次の記述のうち、最も不適当なものを選び、不適当とする理由を述べよ。

1. 構造耐力上主要な部分に、集成材その他の木材を使用し、所定の構造計算を行えば、壁量並び にその配置に関する規定を適用除外とすることができる。


2. 耐震計算ルート2の建築物において、水平力を負担する筋かいを設けた場合には、βによる応力割増しを行う必要がある。


3. 木造建築物の構造特性係数Dsの算定方法は、小径15cm以上かつ断面積30 cm以上の集成材等建築物の場合と、軸組構法を含む壁式構造による場合とで異なる。


4. 垂木、根太その他荷重を分散して負担する目的で並列して設けた部材(並列材)に合板等の面材を張る場合、並列材の圧縮強度を割り増した数値とすることができる。


答え

 4
[ 解答解説 ]
1. 記述の通り。


2. 記述の通り。
(昭55建告第1791号第1

3. 記述の通り。
(昭55建告第1792 号第2


4. 並列材の強度を割り増しできるのは、曲げ強度である。(平12建告1452 号




[ No.8 ]
建築基準法における耐風設計に関する次の記述のうち、最も不適当なものを選び、不適当とする理由を述べよ。

1. 耐風設計における風の乱れの影響や動的効果は、構造骨組設計用風荷重の算定ではガスト影響係数を介して速度圧に反映されており、外装材等設計用風荷重の算定ではピーク風力係数に反映されている。


2. 屋根ふき材、外部に面する帳壁などの外装材等の設計に関しては、稀に発生する中程度の暴風に対して構造計算が要求されているが、極めて稀に発生する最大級の暴風に対して構造計算は要求されていない。


3. 高さ60m以下の建築物に対して建築基準法施行令で定める風圧力は、稀に発生する荷重・外力としておおよそ再現期間50年、極めて稀に発生する荷重・外力としておおよそ再現期問500年の10分間平均風速を想定して定められている。


4. 高さ60mを超える超高層建築物において、極めて稀に発生する最大級の暴風に対する設計用風圧力として、稀に発生する中程度の暴風の場合の1.25倍の風圧力を考慮し、建築物が倒壊、 崩壊などしないことを確認する。



答え

 4
[ 解答解説 ]
1. 記述の通り。
(青本第II編第2章3-3耐風設計の要点

2. 「極めて稀に発生する最大級の暴風に対しては、陽な形では義務づけられていない。しかし、外装材も建築物を構成する重要な要素であり、それがなくなると、構造骨組設計時に想定した空力的特性や構造的特性まで変わる。」と記載されているが、最も不適当とまでは言えないと考える。
(青本第II編第2章3-2建築物等の風による被害や振動現象

3. 記述の通り。
(青本第II編第2章3-1耐風設計で対象とする強風

4. 風圧力が 1.25倍ではなく、風速(Vo)が 1.25倍である。したがって、風圧力はVoの2乗に比例するので、1.252 = 1.56倍となる。
(青本第II編第2章 3-1耐風設計で対象とする強風




[ No.9 ]
保有水平耐力計算に関する次の記述のうち、最も不適当なものを選び、不適当とする理由を述べよ。

1. 構造特性係数Dsは、建築物に要求される必要保有水平耐力に、余裕を持たせるための安全率である。


2. 建築物各階の偏心率Re及び建築物各階の剛性率Rsは、特定階への過大ねじれ応答及び層間変形の集中を避けるための指標であり、偏心率が0.15を上回る場合や剛性率が0.6を下回る場合には、当該階の必要保有水平耐力を割り増さなけれぱならない。


3. 必要保有水平耐力の計算においては、大地震動時における一質点系構造物の弾性応答 1G(G:重力加速度)の水平力をもとに、標準層せん断力係数 Coを1.0以上と定めている。


4. 脆性的な破壊をする部材を持つ建築物の保有水平耐力は、それらが破壊するときの変形状態において各部材が負担する水平せん断力の和として求めてよい。



答え

 1
[ 解答解説 ]
1. 建築物に必要な最大水平抵抗力を建築物の変形性能に応じて、低減させる要素が構造特性係数Dsである。

2. 記述の通り。
(令82条の6、令82条の3 )

3. 記述の通り。


4. 記述の通り。





[ No.10 ]
保有水平耐力計算に関する次の記述のうち、最も不適当なものを選び、不適当とする理由を述べよ。

1.保有水平耐力の計算において、塔状比が4を超える場合、転倒に対する基礎の検討が要求されている。


2.建築物に靱性を期待して設計する場合、建築物全体が保有水平耐力に達する以前にせん断破壊を生じさせないだけではなく、崩壊形に達するまでの段階でもせん断破壊を防止する必要があ る。


3.柱・梁の部材種別がすべてFAの鉄骨造において、保有耐力横補剛を満足しない梁があっても、 崩壊メカニズム形成時にその梁にヒンジが生じていなけれぱ、柱・梁の部材群としての種別は Aとしてよい。


4.地上部分について保有水平耐力を確認する場合、保有水平耐力時の基礎の設計は現行の法規において要求されていないが、必要に応じて終局時の状況を想定した検討を行う。



答え

 3
[ 解答解説 ]
1. 記述の通り。
(平19 国交告第594号第4)

2. 記述の通り。

3. 部材種別がすべて FAであっても、(1)筋交い端部の接合部、(2)柱及び梁の接合部、(3)梁の横補剛が十分であって急激な耐力の低下の恐れがない場合の条件を満たさない場合はFD部材としなければならない。
(昭55建 告第1792号第3 三)

4. 記述の通り。


2024年09月18日

令和五年度修了考査 法適合確認(記述式)問題1

法適合確認(記述式)

問題1

木造の立面混構造建築物に関する設問 [ No.1 ]、一貫構造計算プログラムを用いた耐力壁付き架構のモデル化に関する設問 [ No.2 ]及び一貫構造計算プログラムを用いた鉄骨トラス付き架構のモデル化に関する設問[ No.3 ]について解答せよ。

[ No.1 ]
図1のような 1階が鉄筋コンクリート造、 2階及び3階が木造の立面混構造建築物の耐震設計に関する以下の@及びAの設問について解答せよ。

R5-1_問題1_図1_鉄筋コンクリート造と木造の立面混構造建築物.jpg
図1 鉄筋コンクリート造と木造の立面混構造建築物(単位:mm)

@ 本建築物の設計用一次固有周期 Tを昭和55年建設省告示第1793号第2に従い求めよ。


答え


[ 解答解説 ]

設計用一次固有周期 T = h (0.02+0.01α)
α = (2.8+2.8+1.0)/9.8 = 0.673
T = h (0.02+0.01 × α)
 = 9.8×(0.02+0.01×0.673)
 = 0.262秒




A 本建築物の地震力算定用重量を表1に示す。この建築物のように2階、3階に比べて1階の重量が大幅に大きい場合には、 Ai分布の算定にあたり、昭和55年建設省告示第1793号第3ただし書きの規定に基づき、1階部分の地震力算定用重量ΣWiを小さくすることができる。この規定を適用した場合のAi算定用の1階部分の地震力算定用重量ΣWi’を求めよ。

表1 地震力算定用重量
R5-1_問題1_表1_地震力算定用重量.jpg


答え


[ 解答解説 ]
緩和規定による地震力算定用重量(kN)
R5-1_問題1_No.1_緩和規定による地震力算定用重量.jpg

W1+W2+W3 = 800 + 210 + 160
      = 1170kN
      > 2(W2+W3)
      =2(210+160) = 740kN
より、
1階部分の地震力算定用重量を2階部分の地震力算定用重量の2倍とする。

1階部分の地震力算定用重量
ΣWi’ = 2(W2+W3) = 740kN




[ No.2 ]
一貫構造計算プログラムでは通常、耐力壁は図2に示すような壁エレメント置換でモデル化されている。これは、壁板を「エ」の字の線材(壁エレメント)に置換し、周辺架構内に組み込んだモデルで、壁板とその付帯柱・付帯梁は、同図中に示すようにモデル化されている。このとき、付帯梁と「剛な梁」は、部材両端の節点でのみ接続されている。

R5-1_問題1_No.2_耐力壁の壁エレメント置換モデル.jpg
図2 耐力壁の壁エレメント置換モデル

図3に示すような鉄筋コンクリート造耐力壁(EW)付きラーメン架構があり、 A通り及びC通りで杭支持されている。前述の一貫構造計算プログラムを用いて、この架構を応力解析用に図4のようにモデル化した。節点は、部材同士が接続する位置に自動生成されている。

R5-1_問題1_図3_耐力壁付きラーメン架構.jpg
図3 耐力壁付きラーメン架構

R5-1_問題1_No.2_図4_応力解析モデル.jpg
図4 応力解析モデル

図4の応力解析モデルには、耐力壁のモデル化に伴う不都合点がある。モデル化の不都合点とその改善策に関する次の記述の、空欄 [ @ ]〜 [ G ]に入る適切な語句を記入し、文章を完成させよ。

不都合点は、 [ @ ]FL、 [ A ]通りに [ B ]が生成されている点である。

1階 [ A ]通りの柱は、 [ @ ]FLにおいて[ C ]のみに接続しており、[ @ ]階の[ D ]に接続していない。そのため、この柱には、[ @ ]FLの[ C ]を介してのみ応力伝達され、[ D ]からは応力伝達されない。その結果、この柱の[ E ]及び1FL、 B-C間の梁の [ F ]が [ G ]評価される可能性がある。

これらの不都合点を解消するためには、[ @ ]階以上の耐力壁をA-B間とB-C間で2分割してモデル化するなどして、[ C ]の中間(両端以外)に[ B ]が生成される状態を回避する必要がある。




答え


[ 解答解説 ]

 @ 2
 A B
 B 節点
 C 付帯梁
 D 剛な梁(壁エレメント)
 E 軸力
 F 応力
 G 過小
不都合点は、 2FL、 B通りに節点が生成されている点である。

1階 B通りの柱は、 2FLにおいて付帯梁のみに接続しており、2階の剛な梁(壁エレメント)に接続していない。そのため、この柱には、2FLの付帯梁を介してのみ応力伝達され、剛な梁(壁エレメント)からは応力伝達されない。その結果、この柱の軸力及び1FL、 B-C間の梁の応力が過小評価される可能性がある。

これらの不都合点を解消するためには、2階以上の耐力壁をA-B間とB-C間で2分割してモデル化するなどして、付帯梁の中間(両端以外)に節点が生成される状態を回避する必要がある。




[ No.3 ]
図5は、鉄骨造トラスを含む鉄骨架構の応力解析モデルである。 2FL以上の各階に階段・ エレベーター等以外の床開口はなく、鉄筋コンクリート造の床スラブが十分な量の頭付きスタッドを介して鉄骨造梁に緊結されていることから、鉛直荷重時、水平荷重時ともに、全階、剛床仮定にて応力解析し断面検定した。その結果、すべての部材の断面検定比が1.0以下となったのでOKとした。

R5-1_問題1_No.3_図5_鉄骨造トラスを含む鉄骨架構の応力解析モデル.jpg
図5 鉄骨造トラスを含む鉄骨架構の応力解析モデル

図5の応力解析モデルによる一貫計算には、トラスのモデル化に関する不都合点がある。モデル化の不都合点とその改善策に関する次の記述の、空欄[ @ ]〜[ G ]に入る適切な語句を記入し、文章を完成させよ。

不都合点は、[ @ ]、[ A ]FLを[ B ]としている点である。

鉄骨造トラスは1層分の梁として機能し、トラスの[ C ]にあたる[ @ ]FLと[ A ]FLの梁に大きな[ D ]カが発生する。[ B ]のまま解析すると、[ C ]が[ D ]変形せず、[ D ]力が評価できない。また、トラス梁の鉛直変位が[ E ]評価される。

その結果、例えば、3FL、B通り、D通りの節点の[ F ]変形が[ E ]評価されることから、 その直下に取り付く柱の柱頭の[ G ]も[ E ]評価される可能性がある。

この不都合点を解消するためには、[ @ ]FL、[ A ]FLの[ B ]を解除し、[ C ]が[ D ]変形する状態で解析する必要がある。その上で、[ @ ]FLと[ A ]FLの梁について、[ D ]カを考慮して断面検定する必要がある。



答え


[ 解答解説 ]

 @ 2
 A 3
 B 剛床仮定
 C 上下弦材
 D 軸
 E 過小
 F 水平
<参考>
問題文では「節点の水平変形」となるが「節点の水平変位」の方が適切である。
 G 応力(又は、曲げ応力)



2024年09月17日

令和五年度修了考査 法適合確認(記述式)問題2

法適合確認(記述式)

問題2

図1に示す2層 1スパンの鉄骨造筋かい付きラーメン構造による建築物に関する次の[ No.1 ]〜[ No.4 ]の設問について解答せよ。本建築物は、図1に示す架構が断面直交方向に2面存在し、各床の剛床仮定が成り立つものとする。表1に構造計算に用いる諸元、表2及び表3に柱、梁及び筋かいの諸元を示す。なお、柱・梁はH形鋼、筋かいは山形鋼とし、柱、梁及び筋かいの鋼種はSN400Bとする。
また、筋かいに長期軸力は生じず、筋かいは圧縮力を負担しないものとする。

R5-1_問題2_図1_架構の解析モデル図.jpg
図1 架構の解析モデル図(単位:mm)

表1 対象建築物の構造計算に用いる諸元
R5-1_問題2_表1_対象建築物の構造計算に用いる諸元.jpg

表2 柱、梁の諸元
R5-1_問題2_表2_柱,梁の諸元.jpg

表3 筋かいの諸元
R5-1_問題2_表3_筋かいの諸元.jpg


[ No.1 ]
本建築物に耐震計算ルート2を適用する場合、許容応力度計算において、各階の層せん断力Q1、Q2 を求めよ。ただし、層せん断力の算定において、標準せん断力係数Coは用い得る最小の値とする。



答え


[ 解答解説 ]
・下記の式にて層せん断力を算定する。
 Qi= Ci・ΣWi
 Ci = Z・Rt・Ai・Co
・地域係数Zの算定
  地域係数 Z = 1.0
・振動特性係数Rtの算定
  地盤種別が第二種地盤なので Tc = 0.6秒
  建物高さ h = 3m + 3m = 6m
  当該建物は 1階、 2階とも鉄骨造なので
  設計用1次固有周期を算定する際
  α = 1
  設計用 1次固有周期
  T = h (0.02 + 0.01α)
   = 6×( 0.02 + 0.01× 1 ) = 0.18秒
  T く Tc より Rt = 1.0
・せん断力分布係数Aiの算定
  下記の式にて算定する
  R5-1_問題2_No.1_せん断力分布係数Ai.jpg
  2 階αi = 2 階のΣWi/全体のΣWi
     = 1000kN/2000kN = 0.50
  1階αi = 1階のΣWi/全体のΣWi
     = 2000kN /2000kN= 1.00
  2 階の Aiは上式より 1.21
  1階の Aiは上式より 1.00

・標準せん断力係数Coの算定
  許容応力度計算において用い得る最小の値なので Co = 0.2
・各階の地震層せん断力係数Ciの算定
  2 階:Ci = Z・Rt・Ai・Co
      = 1.0 × 1.0 × 1.21 × 0.2 = 0242
  1 階:Ci = Z・Rt・Ai・C0
      = 1.0 × 1.0 × 1.00 × 0.2 = 0.200
・地震力 Q1およびQ2の算定
 2 階 Q1 = Ci・ΣWi = 0.242 × 1000kN = 242 kN
 1 階 Q2 = Ci・ΣWi = 0.200 × 2000kN = 400 kN




[ No.2 ]
本建築物に耐震計算ルート2を適用する場合、許容応力度計算において、[ No.1 ] にて算出した層せん断力に対する筋かいの短期設計用軸応力Nを昭和55年建設省告示第1791号第2第一号に示す表の数値を考慮して求め、令第82条第三号の規定に適合するか判定せよ。なお、建築物の層せん断力に対する筋かいのせん断力負担率は90%とする。


答え


[ 解答解説 ]
・筋かいの短期設計用軸応力Nの算定
  筋かいの負担せん断力
   筋かいは建物の 1階に2面存在し、
   また圧縮力を負担しないため、地震時に有効な筋かいは
   2面 × 1台 = 2台
   建築物の層せん断力に対する筋かいの
   せん断力負担率は90%であるため、
   2 台の筋かいが負担する地震力は
   Q1×0.90=400kN × 0.90 = 360kN
   1台の筋かいが負担する地震力は360kN/2台 = 180kN

  昭和55年建設省告示第1791号第2第一号
  に示す表の数値を考慮する前の筋かいの軸応力
   筋かいの長さはスパン 4m、高さ 3mより
  √( 42 + 32 ) = 5m
  1台の筋かいの軸応力 = 180kN × ( 5/4 )=225kN

  昭和55年建設省告示第1791号第2第一号
  に示す表の数値を考慮した筋かいの軸応力N
  建築物の層せん断力に対する筋かいのせん断力負担率 β = 0.90
  下表より β > 5/7 より筋かい軸応力の割り増し係数=1.5


R5-1_問題2_No.2_筋かい軸応力の割り増し係数.jpg

 筋かいの短期設計用軸応力
  N=225kN × 1.5 = 338kN
・令第82条第三号の規定に関する検討
  筋かいの短期許容軸応力
 = 筋かいの基準強度 × 有効断面積
 = 235N/mm2 × 1,289mm2
 = 302915N → 303kN
筋かいの短期設計用軸応力Nが短期許容軸応力を上回っているため、 令第82条第三号の規定に適合しない。




[ No.3 ]
本建築物に耐震計算ルート3を適用する場合、保有水平耐力計算において、各階の形状 係数Fes1、 Fes2 を令第82条の6、昭和55年建設省告示第1792号第7に従い求めよ。ただし、[ No.1 ]にて算出した層せん断力に対する2階の層間変形は1階の層間変形の3倍とし、偏心率に応じて求められる各階のFeは1.0とする。



答え


[ 解答解説 ]
・各階のFsの算定
 1階の層間変形角を 1/X と仮定する
 2階の層間変形は 1階の層間変形の 3倍であり、
 1階と 2階の階高は同じであることから、
 2 階の層間変形角は 3/X となる。
 各階の層間変形色の逆数 rs は下記となる。
  2階:X/3
  1階:X
 rs の相加平均 rs = ( X/3 + X )/2 = 2/3 X
 剛性率Rs = rs/rs より各階の Rs は下記となる
  2階:Rs = (X/3)/(2/3X) = 1/2 = 0.50
  1階:Rs = (X)/(2/3X) = 3/2 =1.50
Fsは昭和55年建設省告示第1792号第7の表にて算定する。

R5-1_問題2_No.3_告示1792号第7表.jpg

 2階:Rs く 0.6 であるため、
 Fs = 2.0 − Rs / 0.6
   = 2.0 − 0.5 / 0.6 = 1.17
 1階:Rs ≧ 0.6 であるため、
 Fs = 1.00

・各階の Fes の算定
 Fes = Fe × Fs
 Fe は1.0であることから各階のFesは下記となる。
 2階:Fes2 = 1.0 × 1.17 = 1.17
 1階:Fes1 = 1.0 × 1.00 = 1.00




[ No.4 ]
本建築物に耐震計算ルート3を適用する場合、保有水平耐力計算において、昭和55年建設省告示第1792号第3に従い、筋かい並びに柱及び梁の部材群としての種別を判定し、各階の構造特性係数Ds1、Ds2を求めよ。ただし、各階梁の部材種別はFA、組立材としての筋かいの細長比は253とし、架構は水平力に対して引張筋かいの引張降伏後、各階の梁両端部と1階柱脚部母材に曲げ塑性ヒンジが形成される全体崩壊系のメカニズムとなるものとする。また、1 階の保有水平耐力に対する筋かいの水平耐力の割合は60%とする。



答え


[ 解答解説 ]
・筋かいの種別の判定
  筋かいの細長比は253
  基準強度F = 235N/mm2
  1980/√F=129 ≦ λ = 235 なので下表より筋かいの種別は BB となる。

R5-1_問題2_No.4_筋かいの種別.jpg

・筋かいの部材群としての種別の判定
 筋かいの種別がBBであることから下表のγA及びγcは0となる。
 従って、筋かいの部材群としての種別はB となる。

R5-1_問題2_No.4_筋かいの部材軍としての種別.jpg

・柱及び梁の部材としての種別の判定
  梁はFA
  柱は H-300 × 300 × 10 × 15
  フランジ幅厚比 10 ウェブ幅厚比 27
  基準強度 F=235N/mm2であることから、
  下表より FB

R5-1_問題2_No.4_柱及びはりの区分.jpg

・柱の種別の判定
  2階:梁両端部に曲げ塑性ヒンジが形成されることから
    梁の種別を採用しFA
  1階:柱脚部母材の曲げ塑性ヒンジが形成されることから
    柱の種別を採用しFB

・柱および梁の部材群としての種別の判定
  2階:全ての柱の種別が FAなので
    γA = 1.0 γc =0.0 から下表より A
 1階:全ての柱の種別が FBなので
    γA = 0.0 γc =0.0 から下表より B

R5-1_問題2_No.4_柱及びはりの部材群としての区分.jpg

・ Dsの算定
 2階:柱及び梁の部材群としての種別 A
    筋かいはないのでβu=0
    従って下表より Ds = 0.25
 1階:柱及び梁の部材群としての種別 B
    筋かいの部材群としての種別 B
     保有水平耐力に対する筋かいの水平耐力の割合は60%なのでβu=0.6
    従って下表より Ds = 0.30

R5-1_問題2_No.4_柱及びはりの部材群としての区分(Ds判定).jpg

問題文には、柱脚のアンカーボルトの伸び能力の有無、αを考慮した柱脚の保有耐力接合の判定について記述が無いが、保有耐力接合と満足していると仮定した場合、 Ds の割増しは考慮しないとし 1階の Ds は 0.30 となる。


2024年09月16日

令和五年度修了考査 法適合確認(記述式)問題3

法適合確認(記述式)

問題3

鉄筋コンクリート造の3棟の建築物を対象として、耐震計算ルート3により静的荷重増分弾塑性解析(以下、「増分解析」という)を実施し、保有水平耐力を確認した。次の[ No.1 ]〜[ No.3 ]の設問について解答せよ。


[ No.1 ]
計算対象の建築物は、 5階建て鉄筋コンクリート造耐力壁付きラーメン構造である。以下の @〜Dの設問について解答せよ。なお、解答に用いる建築物の地震力算定用諸元を表1に、増分解析の条件及び解析結果を表2に示す。

R5-1_問題3_図1_架構とA柱・B柱.jpg
図1 架構とA柱•B柱(耐力壁は他の架構にある)

R5-1_問題3_図3_1階柱の曲げモーメント分布.jpg
図3 1階柱の曲げモーメント分布

R5-1_問題3_図2_A柱.jpgR5-1_問題3_図2_B柱.jpgR5-1_問題3_図2_(諸元)(凡例).jpg
図2 柱の軸方向力(N)と曲げモーメント(M)との関係

表1 対象建築物の地震力算定用諸元
R5-1_問題3_表1_対象建築物の地震力算定用諸元.jpg

表2 増分解析の条件及び解析結果
(a) 増分解析の水平力は、一次設計用地震力の分布として左側から載荷した(図1)。

(b) 増分解析では、柱の軸方向力N 曲げ終局モーメントMuとの相関関係(N-Mu関係)を考慮した。

1階におけるA柱及びB柱の N-Mu関係を図2に示す(圧縮軸方向力を正、引張軸方向力を負とする)。図2には、 A柱及ひB柱の柱脚について、増分解析の各ステップにおける軌跡をそれぞれ示す。なお、図中の括弧内の値は増分解析終了時における柱脚の曲げ終局モーメントである。


(c)増分解析終了時には、全体崩壊形を形成した。なお、1階柱脚は曲げ破壊したが、1階柱頭は曲げ破壊しなかった。


(d) 保有水平耐力は、増分解析終了時の水平耐力とした。

1 階の保有水平耐力は、 22,100kNであった。保有水平耐力時には、種別FAの柱が負担する水平耐力の合計が6,188kN、種別FBの柱が負担する水平耐力の合計が7,735kN、種別FCの柱が負担する水平耐力の合計が1,547kNであった。また、耐力壁群の種別はWAであり、耐力壁が負担する水平耐力の合計が6,630kNであった。

(e) 柱の破壊モードは、柱のせん断終局耐力Qsuが式(1)を満足する場合には曲げ破壊、満足しない場合にはせん断破壊とする。ここでは、1階柱の柱脚塑性ヒンジ発生時せん断力 QMは、式(2)による。その際、 1階柱の曲げモーメントの反曲点高さは 2/3ho(ho:柱の内法高さ)とする(図3)。

 Qsu ≧ 1.25 QM ・・・式(1)
 QM = 1.5Mu/ho ・・・式(2)



@ 5階の保有水平耐力Quを求めよ。 Quの単位はkNとし、小数第1位を四捨五入して表記せよ。



答え


[ 解答解説 ]
増分解析の水平力を一次設計用地震力の分布としているので、各階の保有水平耐力の比は 各階の一次設計用地震力の比と等しくなる。
一次設計用地震力は、表1の値を用いて、 Qi = Z・Rt・Ai・Co・ΣWi により求めるので、
1 階:Q1 =1.00×1.00×1.00×0.2×52,000=10,400 kN
5 階:Q5 =1.00×1.00×1.58×0.2×12,000= 3,792 kN
従って、 5階の保有水平耐力は、
Qu5 = Qu1・Q5/Q1 = 22,100 × 3,792/10,400 = 8058 kN




A 1階のA柱及びB柱の破壊モードを曲げ破壊とするために必要なせん断終局耐力の下限値 minQsuについて、下記の空欄に該当する数値を記入せよ。その際、柱のせん断終局耐力Qsuは軸方向力の変動に関わらず一定としてよい。

A柱のせん断終局耐力の下限値
 minQsu = [    ]Mo/ho

B柱のせん断終局耐力の下限値
 minQsu = [    ]Mo/ho


答え


[ 解答解説 ]
1階柱の柱脚塑性ヒンジ発生時のせん断力 QMは式(2)により与えられ、破壊モードは式(1) を満足する場合に曲げ破壊とするので、破壊モードを曲げ破壊とするために必要なせん断 終局耐力の下限値は、

minQsu = 1.25QM = 1.25×1.5Mu/ho =1.875Mu/ho

図2より A柱及びB柱の増分解析終了時の曲げ終局モーメントMuが与えられているので、
これを上式に代入し、
A柱のせん断終局耐力の下限値
 minQsu = 1.875×(0.72Mo)ho = 1.35 Mo/ho
B柱のせん断終局耐力の下限値
 minQsu =1.875×(0.80Mo)/ho = 1.50 Mo/ho




B 1階柱の部材群の種別を昭和55年建設省告示第1792号第4に従って判定し、その種別及び判定理由を簡潔に記述せよ。



答え


[ 解答解説 ]
部材群の種別の判定は昭和55年建設省告示第 1792号第4第三号の表による。 各種別毎の1階の柱が負担する水平力は表2(d)の文中で与えられているので、
 γA = 6,188/(6,188 + 7,735 + 1,547 ) =0.40
 γC = 1,547/(6,188 + 7,735 + 1,547 ) =0.10
従って、1階柱の部材群の種別は B である。

判定理由:
γA = 0.40 < 0.5 のため A とはならず、γC = 0.10 < 0.5 により 1階柱の部材群の種別はB と判断できる。




C 1階の構造特性係数Dsを昭和55年建設省告示第1792号第4に従って判定し、構造特性係数 Ds 及び判定理由を簡潔に記述せよ。



答え


[ 解答解説 ]
検討建物は鉄筋コンクリート造耐力壁付きラーメン構造のため、 Dsの判定は昭和55年建設省告示第1792号第4第四号ハの表による。

1階の保有水平耐力 22,100 kN、耐力壁が負担する水平耐力の合計6,630kN、及び耐力壁群の種別WAは表2(d)の文中で与えられおり、耐力壁の水平耐力の分担率βu
 βu = 6,630/22,100 = 0.30

1階柱の部材群の種別はBの解答より Bとなる。
従って、1階の構造特性係数はDs = 0.35 である。

判定理由:柱の部材群の種別はB、耐力壁の部材群の種別はWA、耐力壁の水平耐力の分担率 βu = 0.30 より D,=035 となる。




D 1階の必要保有水平耐力 Qunは、20,020kNであった。1階の形状係数Fesを求めよ。



答え


[ 解答解説 ]
必要保有水平耐力は Qun = Ds・Fes・Qud で求められる。 ここで、Qun = 20,020kN
    Qud = 52,000 kN
    Ds = 0.35
従って、
 Fes = 20,020/(0.35 × 52,000) =1.10





[ No.2 ]
表3の文章は、全体崩壊形の形成を設計目標とした、 14階建て鉄筋コンクリート造ラーメ ン構造の建築物に対して、増分解析により保有水平耐力を確認したときの構造設計者の所見である。この文章中の二重下線部分について、この対応が適切か、不適切かを答えよ。なお、不適切とした場合には、最も適切と考えられる対応を簡潔に記述せよ。


表3 対象建築物の構造設計者の所見
14階建て鉄筋コンクリート造ラーメン構造を対象に増分解析を実施した。6階の最大層間変形角が1/20になった時点で増分解析を終了し、解析終了時には1階の柱脚や13階床以下の梁端に塑性ヒンジが生じ、変位増分に対して荷重増分は十分小さくなったが、13階以上の階では一部の梁端や柱頭には塑性ヒンジが生じておらず、崩壊形は形成されなかった。

13階以上の階については解析終了時点の応力をそのまま用いて、部材種別を判別し、各階の構造特性係数を算定した。




答え


[ 解答解説 ]
不適切

[最も適切と考えられる対応]
部材種別は、構造特性係数を算定しようとする階が崩壊形に達する場合の応力に基づき定めなけれぱならない。

本設問の建物のように増分解析において十分な変形まで至り、かつ変位増分に対して荷重増分が十分小さくなったが一部の部材に塑性ヒンジが生じず崩壊形が形成されない場合は、増分解析終了時の部材耐力に対する部材応力の比(部材応力/部材耐力)を用いて破壊形式を求め(余耐力法)、部材種別を判定し、構造特性係数を算定する。





[ No.3 ]
表4の文章は、直接基礎形式による 10階建て鉄筋コンクリート造連層耐力壁付きラーメン構造の建築物に対して、増分解析により保有水平耐力を確認したときの構造設計者の所見であ る。この文章中の二重下線部分について、この対応が適切か、不適切かを答えよ。なお、不適切とした場合には、最も適切と考えられる対応を簡潔に記述せよ。

表4 対象建築物の構造設計者の所見
10階建て鉄筋コンクリート造連層耐力壁付きラーメン構造の架構を対象に増分解析を実施した。

連層耐力壁は脚部の浮き上がりや沈み込みによる基礎回転形式の崩壊形として、部材種別を判別し、
各階の構造特性係数を算定した。




答え


[ 解答解説 ]
不適切

[最も適切と考えられる対応]
連層耐力壁脚部の浮き上がりや沈み込みを許容した解析モデル(バネ支点モデル等)による増分解析では各階の構造特性係数が実際より小さく評価されることがあり望ましくない。

基礎をピン支点として連層耐力壁脚部の浮き上がりや沈み込みを拘東して増分解析を行い、部材種別を判別し、各階の構造特性係数の算定を行う。なお、この場合は保有水平耐力も浮き上がりや沈み込みを拘東した同じモデルで計算することとなる。


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構造設計一級建築士
スケジュール
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構造コメンタール
 1.1 力とつり合い
 1,2 静定構造物
 1.3 断面の性質と応力度
 1.4 部材の変形
 1.5 不静定構造物
 1.6 座 屈
 1.7 振 動
 1.8 骨組の塑性解析

 2.1 構造設計の基礎
 2.2 構造計画等
 2.3 鉄骨構造
 2.4 鉄筋コンクリート構造
 2.5 鉄骨鉄筋コンクリート構造
 2.6 壁構造
 2.7 木構造
 2.8 基礎構造
 2.9 その他の構造等

建築材料
 1. 木 材
 2. コンクリート
 3. 鋼 材
 4. アルミニウム
 5. その他の材料
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