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。

長期

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)

――――――――――――――――――――――
■解答
 問題1、2ともに正。
――――――――――――――――――――――

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。
――――――――――――――――――――――
■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)
――――――――――――――――――――――
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)

――――――――――――――――――――――
■解答
 問題1、2、3ともに正。
――――――――――――――――――――――

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
――――――――――――――――――――

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

No.374からかなり間が空いてしまいましたので、No.372からNo.374で学習した、SRC造の累加強度式のポイントを再確認しましょう。
――――――――――――――――――――――
① 「曲げモーメント・軸力」については、許容耐力であれ、終局耐力であれ、
   累加強度式で算定できる。
② 「終局耐力」については、曲げモーメントであれ、軸力であれ、せん断力であれ、
   累加強度式で算定できる。
――――――――――――――――――――――
今回はこれ以外のところ、つまり「せん断力」の「許容耐力」の部分、一言で言えば「許容せん断力」を扱います。


問題1
鉄骨鉄筋コンクリート構造の柱の短期荷重時のせん断力に対する検討に当たっては、鉄骨部分の許容せん断耐力と鉄筋コンクリート部分の許容せん断耐力との和が、設計用せん断力を下回らないものとする。(一級構造:平成27年No.23)
問題2
鉄骨鉄筋コンクリート構造の柱の長期許容せん断力は、鉄骨部分の長期許容せん断力を無視し、鉄筋コンクリート部分のみの長期許容せん断力とした。(一級構造:平成14年No.13)

――――――――――――――――――――――
解答
問題1 誤。許容せん断力については、累加強度式で算定できない。柱の短期許容せん断力は、SとRCそれぞれについて「生じている力≦許容耐力」を確かめる。
問題2 正。接合部と柱の長期許容せん断力は、ひび割れを許さず、鉄筋コンクリート部分のみの長期許容せん断力とする。
――――――――――――――――――――――

はじめに今回のテーマである「許容せん断力」について、次表中の位置をしっかり確認してください。
 
SRC_superposed strength-2

表から分かるとおり、応力の3種類である「曲げモーメント・軸力・せん断力」のうち、「せん断力」だけは、部位(接合部か・柱か・梁か)によって、また、許容耐力が長期か短期か(長期許容せん断力か・短期許容せん断力か)によって、計算方法が複雑に変わります。

まずは、この「許容せん断力」について、次のように理解してください。
――――――――――――――――――――――
「許容せん断力については、累加強度式で算定できない。」
(とりあえず接合部の短期の部分だけは無視してください。)
――――――――――――――――――――――

「累加強度式で算定できない」ということは、Sの耐力とRCの耐力を合計できないということです。ではどうしたら良いか?基本的な考え方は次のとおりです。
・SはSだけで生じている力を求め、Sの許容耐力以下であることを確かめる。
・RCはRCだけで生じている力を求め、RCの許容耐力以下であることを確かめる。
これが表中で「SとRCそれぞれで耐える」と書いた考え方です。
表にあるとおり、柱の短期許容せん断力と、梁の長期・短期許容せん断力がこれに該当します。

なぜ許容せん断力については、累加強度式で算定できないのか?
なぜ許容せん断力については、累加強度式で算定できないかというと、「曲げ降伏先行」の考え方を前提としているからです。曲げ降伏を先行させる理由は、曲げは靱性破壊、せん断は脆性破壊だからですね。
そして、「曲げ降伏先行」の場合、曲げ降伏によって曲げ変形が大きくなると、SとRCがズレて、SとRCの付着がなくなるからです。SはSだけで耐え、RCはRCだけで耐えなければならなくなり、SとRCで協力して分担するという累加強度式の考え方ができなくなります。

接合部と柱の長期許容せん断力は「ひび割れを生じない」
表にあるとおり、接合部と柱の長期許容せん断力がこれに該当します。
「ひび割れを生じない」という条件は厳しい条件です。
なぜならSを無視し、RCの鉄筋も無視して、コンクリートが耐えられるという条件だからです。
この厳しい条件に適合させなければならないのは、もちろん特に大事な部位です。
接合部、柱、梁の3つの中で、より大事な部位を2つを選べと言われれば、接合部と柱になりますよね。接合部と柱の崩壊は、建築物の崩壊に直結しますからね。柱の全塑性モーメントを梁の全塑性モーメントよりも大きくするのも同じ理由です。

許容せん断力の中で、接合部の短期許容せん断力だけは、累加強度式で算定できる。
この理由は、柱梁接合部の部分は、柱または梁に比べてしっかりと拘束されているので、SとRCがズレにくいからです。

以上、累加強度式について、No.372から4回にわたり説明してきました。
ポイントを整理しますので、前述の表と一緒に理解してください。

――――ポイント:SRC造の累加強度式――――
① 「曲げモーメント・軸力」は累加強度式で算定できる
② 「終局耐力」は累加強度式で算定できる
③ 「許容せん断力」は、原則として累加強度式で算定できない
  ③をより細かく見ると、
  1.柱の短期許容せん断力と、梁の長期・短期許容せん断力は、
    SとRCそれぞれで耐える。
  2.接合部と柱の長期許容せん断力は、ひび割れを許さず、
    コンクリート部分のみの長期許容せん断力とする。
  3.許容せん断力の中で、接合部の短期許容せん断力だけは、
    累加強度式で算定できる。
―――――――――――――――――――――

井澤ですいざわ

■問題1
構造体の計画供用期間の級が「標準」の建築物の場合で、普通ポルトランドセメントを用いたコンクリートの養生において、コンクリート打込み後、床スラブ等の露出面を散水等により5日間湿潤状態に保つことは、初期ひび割れの防止に有効である。(一級施工:平成22No.10
■問題2
建築物の計画供用期間の級が「長期」の場合、普通ポルトランドセメントを用いるコンクリートの打込み後の湿潤養生の期間は、5日間以上とする。(一級施工:平成17No.12

――――――――――――――――――――――
■解答
 問題1 正。
 問題2 誤。計画供用期間の級が「長期」の湿潤養生は、7日間以上とする。

――――――ポイント:湿潤養生―――――――
普通ポルトランドセメントを用いたコンクリートの湿潤養生
計画供用期間の級「標準」「短期」
 →5日間以上
計画供用期間の級「長期」「超長期」
 →7日間以上

―――――――――覚え方――――――――――
いつでも何でも養生しよう
5日  7日 湿潤養生
――――――――――――――――――――――

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

――――――――――――――――――――――
■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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