TAC建築士講師室ブログ

TAC建築士講座の講師・スタッフのブログです。

許容応力度

井澤ですいざわ

■問題1
地盤の許容支持力度は、標準貫入試験のN値が同じ場合、一般に、砂質地盤より粘土質地盤のほうが大きい。(一級構造:平成26No.21
■問題2
標準貫入試験において、砂礫(されき)地盤は、同じ硬さの砂質土地盤に比べて、N値が大きく測定される傾向がある。(一級構造:平成12No.5改

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■解答
 問題1 正。問題1は頻出事項です。
 問題2 正。
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まずは基本事項の確認ですが、粒径の大小は次のとおりです。
 粘土 < 砂 < レキ(石ころ)

2つの問題のポイントは共通しています。

―――――――――ポイント―――――――――
同じ地耐力でも、粒径が大きいほど、N値は大きく測定される。
―――――――――――――――――――――

問題2で考えたほうが分かりやすいと思います。
同じ地耐力でも、砂よりレキ(石ころ)のほうが、N値は大きく測定されます。
なぜなら、同じ地耐力でも、大きなレキがサンプラーの行く手を阻み、貫入するのを邪魔するからです。したがって、サンプラーを30cm打ち込むのに要する打撃回数であるN値が大きくなるのです。

これと同じことが、問題1のように、粘土と砂でも生じるのです。
粘土より砂のほうが粒径が大きいので、
同じ地耐力でも、粘性土より砂質土のほうが、N値は大きく測定されます。

逆に、粘性土のN値と砂質土のN値が同じだったら、粘性土のほうが地耐力は大きい
ことになります。
具体的には、N値が10の場合、砂質土では軟弱な状態を示し、粘性土では非常に硬い状態を示します。
したがって、粘性土のほうが許容支持力度(=許容応力度)は大きくなります。

―――――――――
ポイント―――――――――
地盤の許容応力度は、N値が同じ場合、砂質地盤より粘土質地盤のほうが大きい
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井澤ですいざわ

前回は、木材だけでなく、鉄筋、鉄骨、コンクリートの許容応力度についても比較・整理しましたが、
木材については、前回のタイトル「No.388(木材の積雪時以外の許容応力度)」にもなっているとおり、「積雪時以外」の許容応力度を扱いました。今回は積雪時の木材の許容応力度を扱います。


■問題1
積雪時の許容応力度計算をする場合、木材の繊維方向の長期許容応力度は、通常の長期許容応力度に1.3を乗じた数値とする。(一級構造:平成23No.27
■問題2
積雪時の許容応力度計算をする場合、木材の繊維方向の短期許容応力度は、通常の短期許容応力度に0.8を乗じた数値とする。(オリジナル)

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■解答
 問題1、2ともに正。
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木材の「積雪時」の許容応力度だけは、通常の長期・短期許容応力度と異なる定めがあります。
なぜ「積雪時」だけ特別なのでしょうか?

前回説明したとおり、
■短期許容応力度 → 10分間ならその力が働いても大丈夫という限界値
■長期許容応力度 → 50年間その力が働いても大丈夫という限界値
です。

建築基準法では、
短期(10分間を想定)に生じる力として、風圧力、地震力、積雪荷重、
長期(50年間を想定)に生じる力として、固定荷重、積載荷重、積雪荷重、
を検討しますが、荷重継続時間の点で、積雪荷重は特別なのです。

すなわち、荷重継続時間
10分程度の積雪、つまり10分程度で融ける積雪の荷重はまず問題になりませんし、荷重継続時間50年程度の積雪、つまり50年も融けない積雪もまず無いのです。

積雪荷重では、短期と長期の荷重継続時間を次のように想定します。
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■短期(中短期ともいう)→3日間程度(1回の大雪は3日間程度残る)
■長期(中長期ともいう)→3か月程度(積雪の期間は3か月程度)
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そして、この荷重継続時間の影響が木材では大きいので、木材に限り、また、積雪時に限り、通常の長期許容応力度と短期許容応力度の値を補正して用いるのです。

補正の仕方は、
荷重継続時間が長いほど、許容応力度を小さくします。
前回説明したとおり、短い時間だったら頑張って大きな力にも耐えられるが、同じ力が長い時間かかると、へたばってしまうからです。

それをまとめたのが次の図です。前回の
No.388図に「積雪時の短期と長期」を加筆したものです。

―――――――――ポイント―――――――――

wood allowable stress 4

考え方は次の通りです。

■積雪時の短期
積雪時の短期(3日間)は、通常の短期(10分)よりも長い。
荷重継続時間が長いほど、許容応力度を小さくする。
(へたばってしまう)
積雪時の短期は、通常の短期の0.8倍
■積雪時の長期
積雪時の長期(3か月)は、通常の長期(50年)よりも短い。
→荷重継続時間が短いほど、許容応力度を大きくする。
(短い時間だったら頑張れる)
→積雪時の長期は、通常の長期の1.3倍

井澤ですいざわ

今回のテーマは木材の許容応力度ですが、鉄筋、鉄骨、コンクリートの許容応力度についても比較・整理します。とても大事な内容です。

■問題1
木材の繊維方向の短期許容応力度は、積雪時の構造計算をする場合を除いて、基準強度の2/3である。(一級構造:平成25No.27
■問題2
木材の繊維方向の短期許容応力度は、積雪時の構造計算以外の場合、長期許容応力度の2/1.1倍とされている。(一級構造:平成16No.22
■問題3
木材の繊維方向の長期許容応力度は、積雪時の構造計算以外の場合、木材の繊維方向の基準強度1.1/3倍の数値とする。(一級構造:平成20No.23改)

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■解答
 問題1、2、3ともに正。
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問題1は、短期が基準強度の何倍か、
問題2は、短期が長期の何倍か、
問題3は、長期が基準強度の何倍か、
を問う問題です。とても厄介ですね。

数値の丸暗記は難しいので、表で整理し、図でイメージをつかむことが大事です。

まずは基本事項を3つ理解してください。

1.許容応力度とは
許容応力度とは、部材に生じる応力度(力/断面積)について、安全に余裕を見て許容できる限界値をいいます。
許容応力度には、短期と長期があります。

2.許容応力度と基準強度の関係
これについてはNo.281(基準強度・設計基準強度)を参照してください。
http://kentikushi-blog.tac-school.co.jp/archives/46850810.html

3.短期許容応力度と長期許容応力度はどっちが大きい?
ズバリ「短期」のほうが大きいです。
一般に短期は10分程度、長期は50年程度を想定しています。
したがって、次のように考えることができます。

――――――――ポイント――――――――
■短期許容応力度 → 10分間ならその力が働いても大丈夫という限界値
■長期許容応力度 → 50年間その力が働いても大丈夫という限界値
短期許容応力度 > 長期許容応力度
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短い時間だったら頑張って大きな力にも耐えられるが、同じ力が長い時間かかると、へたばってしまう
わけです。

本題はここからですw

以上の基本事項を理解した上で、次の表を覚えてください。
表を覚えるために、続く図でしっかりとイメージをつかんでください。
今回のテーマは木材ですが、鉄筋・鉄骨、コンクリートもあわせて比較・整理します。
コンクリートと木材は、長期荷重時のクリープ現象があるため、長期許容応力度が低めに設定されています。

wood allowable stress 1

wood allowable stress 2

wood allowable stress 3


最後にいま一度、表と図を頭に描きながら、問題1、2、3が正しい記述であることをしっかり確認してください。

井澤ですいざわ

■問題1
鉄骨構造において、圧縮材の許容圧縮応力度は、その材の有効細長比が大きくなるほど小さくなる。(一級構造:平成16No.15
■問題2
鉄骨鉄筋コンクリート構造の柱の設計において、コンクリートの許容圧縮応力度は、一般に、圧縮側鉄骨比に応じて低減させる。(一級構造:平成22No.19
■問題3
鉄骨造の「耐震計算ルート1」において、プレス成形角形鋼管(BCP材)の柱材に対し、地震力による柱応力の割増しを行い、許容応力度計算を行った。(一級構造:平成23No.18
■問題4
高さ15mの鉄骨造の建築物を耐震計算ルート2で設計する場合、筋かいの水平力分担率を100%とすると、地震時の応力を1.5倍以上として設計する。(一級構造:平成18No.16


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■解答
 問題1~4まですべて正。
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低減?割増?という方も多いのではないでしょうか?

許容応力度計算(耐震計算ルート1)では、次のことを確認します。
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 応力度 ≦ 許容応力度
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そんなの分かっている、と言われそうですが、では、問題1から4までの記述は、左辺の「応力度」のことか、右辺の「許容応力度」のことか、分かっていますか?

―――――――――ポイント―――――――――
問題1と2は、右辺の「許容応力度」の低減、
問題3と4は、左辺の「応力度」の割増しです。
どちらも厳しく規制されているのです。
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① 
右辺の「許容応力度」の低減
「許容応力度」が低減されれば、部材に生じる「応力度」を低く抑えなければなりません。

② 
左辺の「応力度」の割増し
応力度は(応力/断面積)ですから、問題3、4の「応力」の割増しは、「応力度」の割増しと同じです。
部材に生じる「応力度」を割増しした場合でも「許容応力度」以下としなければならないならば、①と同様に、部材に生じる「応力度」を低く抑えなければなりません。

したがって、①も②も、どちらも厳しく規制されているのです。
①「許容応力度の低減」で厳しくするのか、②「応力度を割増し」で厳しくするのか、どっちなのかを覚える必要はありません。どちらも厳しく規制されていることが分かれば良いです。

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厳しく規制される理由は次のとおりです。

■問題1 S造で細長比が大きくなると(=細長くなると)
座屈するおそれがあるため、許容圧縮応力度を低減します。
■問題2 SRC造で圧縮側鉄骨比が大きいと(=圧縮側鉄骨断面積が大きいと)コンクリートの充填性が低下するため、許容圧縮応力度を低減します。
■問題3 冷間成形角形鋼管(BCP・BCR)は、角形に成形する際に一部をすでに塑性化させており、塑性変形能力が低下していますので、応力度を割増しします。
■問題4 S造で筋かいの水平力分担率が大きくなると、脆性破壊のおそれがあるため、応力度を割増しします。なお、割増し係数は次のとおりです。

ポイント:鉄骨造の地震時応力の割増し(耐震計算ルート2)

筋かいの水平力分担率β

割増し係数

β≦5/7(約71%)

1+0.7β

β>5/

1.5

ポイント1:β≦5/7でも、βに応じて割増しがある。
ポイント2:β>5/7では、一律1.5倍の割増し。 

井澤ですいざわ

■問題1
木材の繊維方向の短期許容応力度は、積雪時の構造計算以外の場合、基準強度の2/3である。(一級構造:平成22No.27
■問題2
コンクリートの設計基準強度とは、構造計算において基準とするコンクリートの圧縮強度のことである。(一級構造:平成19No.24

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■解答
問題1、2ともに正
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基準強度とは何か?
設計基準強度とは何か?
答えられますか?
試験勉強は、すべからく用語の理解に始まり、用語の理解に終わるものです。

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■基準強度
「基準強度」とは、許容応力度を定めるための基準となる強度です。
許容応力度には、長期許容応力度と短期許容応力度があり、さらに、それぞれに圧縮、引張、曲げ、せん断など、たくさんあります。
それらを一つずつバラバラに決めなくても、基準となる強度を一つ定めて「基準強度」と呼び、それぞれの許容応力度はその何倍か、で表します。
例えば、鋼材の長期許容圧縮応力度は、基準強度の2/3、木材の繊維方向の短期許容応力度は、積雪時の構造計算以外の場合、基準強度の2/3などと決められます。
建築基準法施行令90条の「鋼材等の許容応力度」を見てください。この表に出てくるFが基準強度です。

■設計基準強度
コンクリートの場合に限って「基準強度」ではなく「設計基準強度」と呼びます。
コンクリートだけが特別な理由は、鋼材などと違ってコンクリートは調合によって強度が変わるからです。
設計基準強度とは「構造設計において基準とするコンクリートの圧縮強度」です。
わかりやすく言えば、コンクリートを何N/㎟の強度と考えて構造設計をしたか、という値です。
そもそも、構造設計者は、法令に反しなければ、24/㎟として構造設計しても、27/㎟として構造設計しても良いのです。その代わり、施工時、その強度が確保されるようにコンクリートの調合をしなければなりません。
つまり、先に設計基準強度を決めて構造設計し、施工時にその強度を確保するのです。
「基準強度」と同様に、設計基準強度を一つ定めて、それぞれの許容応力度はその何倍か、で表します。
例えば、コンクリートの長期許容圧縮応力度は、設計基準強度の1/3などと決められます。
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