構造

一級建築士試験で出題される不静定ラーメンの問題(1)

不静定ラーメン1

二級建築士受験の方もチャレンジしてみてね

今回の記事では、不静定構造物の計算問題の記事なんです。

以前の記事で、二級建築士試験では不静定建築物の計算問題は出題されませんよっ!と言いきっているのになんで、チャレンジして勉強するのをおすすめするのか?。

☞関連記事一級建築士と二級建築士の構造力学の違い

理由としては2つあります。

ひとつめの理由:一級建築士受験への実務経験が削除される

前回の記事で書いたのですが、一級建築士試験を受験するために「実務経験」が削除されることが参議院本会議で可決して成立したんです。

☞関連記事受験資格の改正について

なので、すぐに二級建築士を受験して続けて一級建築士を受験することも可能となってくるので、勉強して先に理解しておくことに越したことはないです。

ふたつめの理由:文章問題に対応できます

計算問題の後に書きますが、この計算問題ができるようになったら文章問題にも対応できるようになります。

二級建築士試験でも定番問題のパターンなので、勉強して先に理解しておくことに越したことはないです。

では、本題の不静定ラーメンの問題

まずは、一級建築士試験の平成16年度の問題を見てください。

図は、ある二層構造物の各階に水平荷重が作用したときのラーメンの応力のうち、柱の曲げモーメントを示したものである。このとき、図中のⒶ~Ⓔそれぞれの値として、誤っているものは、次のうちどれか。

問題

さぁ、では引きつづき問題の選択肢を順に解いていきたいとこですが・・・。

ちょ、ちょっと待って!

ストップ

この問題を解く”コツ”は、”最初に準備すること”です!

まずは、順を追って「準備」をする説明をしますね♪。

準備の仕方

では、おてもとに書くものとメモがあればいいかも♪。

もう一度問題を載せておきますね。

問題

①:各せん断力の計算用ラーメン図を書く

サク
サク
モーメント図などを消して、シンプルなラーメン構造を書いてみようね。
下書き用
サクラ
サクラ
こんな感じねっ♪

②:柱のせん断力を計算する

柱のせん断力

まずは、この※印部分のせん断力を準備してみましょう。

計算式は・・・。

せん断力の公式
サクラ
サクラ
ん~っ、難しいなぁ~・・・(泣)。
サク
サク
じゃあ、これは?

柱頭と柱脚のモーメントを足して柱長さで割る

サクラ
サクラ
ん~・・・。
サク
サク
(・・・なんか考えているな・・・。)
サクラ
サクラ
あっ!!!

上と下を足して長さで割ったらいいんだぁ~!(byサクラ)

サクラ
サクラ
サクっ、これでいいんだよねっ?
サク
サク
うんうん♪、それで大丈夫っ、合っているよ♪

じゃあ、実際に左上の柱のせん断力を計算してみましょう。

柱のせん断力2
サクラ
サクラ
なんか、出来そうだから全部やってみようっと♪
サク
サク
サクラぁ~!、柱のせん断力だけだからねぇ~♪
サクラ
サクラ
はぁ~い♪
柱のせん断力3

うんっ、まずはこれでどこの柱のせん断力を聞かれても大丈夫ですね♪。

③:梁のせん断力を計算する

今度は、梁のせん断力を準備していきましょう。

まずは、柱のモーメント図を梁に置き換えてみますね。

その方が考えやすいかと思いますので。

梁のモーメント図
サク
サク
二階の床のモーメントは合算されているのがポイントだね。(赤字部分)
サクラ
サクラ
あっ!、モーメント図を書いてくれると出来そうな気がしてきたぁ~・・・んと・・・。

右と左を足して長さで割ったらいいんだぁ~!(byサクラ)

梁のせん断力
サク
サク
おっ、やったね!正解っ♪

④:水平荷重(外力)を準備する

各柱のせん断力・・・つまり横の力を足すと水平荷重になります。

サクラ
サクラ
じゃあ、こういうこと?
水平荷重
サク
サク
そうそう~・・・でもそのの水平荷重を求めるにはちょっと工夫がいるんだよ。
サクラ
サクラ
(そうそう~って・・・ダジャレかなぁ~w)

ここは大切なことなんで、ポイントとしてあげておきますねっ。

サク
サク
・・・大きな声で言えませんが・・・ここの枝が不適当になってることが多いんだよ。

最上階は、特に問題ないのですがその下の層の水平荷重は、その層より上の水平荷重を含んでいますよぉ~。

っていう事です。

言葉にするとややこしいので、実際に図に計算式と数値を記入しますね。

層の水平荷重

できましたでしょうか?。

では、もう一度全ての計算した数値の図を書いておきます。

まとめ

さっ、ここまで”準備”したらあとはどこ聞かれてももう大丈夫っ!。

大丈夫

こんな問題の枝が出題されました

この時代(平成16年度)は、一級建築士の問題の選択肢は5択だったので、5枝ありました。

1.屋上の床レベルに作用する水平荷重Ⓐは、180kN

2.2階の床レベルに作用する水平荷重Ⓑは、235kN

3.梁のせん断力Ⓒは、76kN

4.柱の軸方向力Ⓓは、116kN

5.支点の反力Ⓔは、166kN

サクラ
サクラ
さっき、サクが枝2の部分が不適当になることが多いって言ってたから答えは”2”だよねぇ~♪ 
サク
サク
小さい声(文字)で言ったのにサクラってばぁ~・・・。
サクラ
サクラ
そ、・・・そうだったかなぁ~(苦笑)

って事で、不適当な解答は確かに「枝2です。

でもね・・・。

本当は、この枝全部の解説を書いていきたいんです。

理解しちゃうと、「ある文章問題まで解きやすくなるので」

(小芝居が多くてw)長くなっちゃったので、次の記事に続きますね。