されど力学

少し変則的な箇所のせん断力の求め方について考えたいと思います。以下のような問題において、よく使うのが曲げモーメントとせん断力との関係です(詳しくはコチラ)。まあ、どの教科書にも載っていることですが、この関係性を使えるようになると、力学系の問題を解く上で、大きく理解力が深まります。

H27年一級過去問 学科Ⅳ(構造)からの出題

問 下図において、BC材のせん断力の大きさを求めよ。

 

(解答・解説)

※見返してみたら、上記のΣX=0の式は今回は不要でした。
よろしくお願い致します。

合成樹脂可とう電線管の問題

先日、在校生から、RC造の授業の中で、CD管とPF管の違いについて質問がありました。在校生からこういう質問がある時点で、個人的にはよく勉強しているなあと非常に感心してしまいます。今年の試験日については、まだ不透明な部分がありますが、いずれ来たるそのときに向けて、コツコツと努力を続けていきましょう!

なお、今回は一級過去問「施工」からの紹介ですが、「構造」としても問われることがありますし、二級でも問われる内容です。

 

問 次の記述の正誤を判定せよ。

①H23年一級過去問 学科Ⅴ(施工)
コンクリートスラブに埋設する合成樹脂製可とう電線管(CD管)については、スラブの上端筋と下端筋との間に配管し、専用支持具等を用いて1m以下の間隔で下端筋に結束した。

②H25年一級過去問 学科Ⅴ(施工)
軽量鉄骨間仕切壁内に合成樹脂製可とう電線管(PF管)を配管するので、その支持間隔を1.5m以下とし、バインド線を用いて支持した。

 

 

(解答・解説)
結論からいうと、どちらも正しい記述です。
CD管はコンクリート埋設専用で、PF管は露出配管もコンクリート埋設も可能です。設問のようにPF管を軽量鉄骨間仕切壁内で使用する場合は、支持間隔を1.5m以内としますが、コンクリートに埋設する場合の支持間隔は、CD管もPF管も1m以内とします。厳密には、もっと細かくて、ややこしい規定があるようですが、建築士試験に必要な基礎知識としては、以下にまとめたようなもので十分と思われます。参考にしてみて下さい(ちょっと、それぞれの英語表記はあやしいですが)。

 

【合成樹脂可とう電線管】
○CD管(Combined Duct)(耐燃性がない)

  • オレンジ色(ほぼ全メーカー共通)
  • 自己消火性が無い(火がついたら燃え続ける)
  • PF管よりも価格が安い
  • 原則として、コンクリート埋設専用

 

○PF管(Plastic Flexible conduit)

  • 基本色はベージュ系(結構、いろんな色がある)
  • 自己消火性がある(火がついてもすぐ消える)
  • CD管に比べて価格が高い
  • 露出配管・隠ぺい部配管・コンクリート埋設が可能

用途地域の問題

建築物の用途制限に関する問題は、毎年必ず1問出題されます。難易度的にも、それほど難しくない印象です。従いまして、ここでの1点ゲットは必須となります。法規の問題を解くにあたっての、個人的な思考の流れを解説中に記しましたので、参考にしてみて下さい。

H30年一級過去問 学科Ⅲ(法規)

問 建築物の用途の制限に関する次の記述のうち、建築基準法上、誤っているものはどれか。ただし、用途地域以外の地域、地区等の指定はなく、また、特定行政庁の許可等は考慮しないものとする。

  1. 第二種低層住居専用地域内において、「延べ面積650㎡、平家建ての老人福祉センター」は、新築することができない。
  2. 第一種住居地域内において、「延べ面積3,000㎡、地上3階建てのホテル」は、新築することができない。
  3. 近隣商業地域内において、「客席の部分の床面積の合計が300㎡、地上2階建ての映画館」は、新築することができる。
  4. 工業専用地域内において、「延べ面積300㎡、地上2階建ての保育所」は、新築することができる。

 

(解答・解説)
法規という教科の解き方について、どの先生にお話を伺っても、返って来る言葉は同じです。すなわち、「如何に法令集を引かずに解くか」ということです。上記の用途地域に関する問題においても例外ではありません。1.~4.の選択枝において、1つずつ全て調べていたのでは、絶対に時間が不足します。今回の設問で言えば、3.と4.は法令集を引くまでもなく、正しい記述であるということを見抜かなければなりません。確信はなくとも、正しいだろうという予測はできなければなりません。ざっくりと、それこそ「うろ覚え」で構いませんので、商業地域・近隣商業地域・準工業地域は、用途制限が甘いというイメージを持っていれば、3.の映画館は新築できることが予想できます。あと、保育所は全ての用途地域で新築可能(これは絶対暗記)ですので、4.も正しいことが分かります。

住居系の用途地域については、条件がやや細かいので、法令集を引くことになろうかと思います。
1.と2.を俯瞰してみると、語尾が「できない」になっていますので、そこに着目して考えると、恐らく建物規模が関係してるんじゃないかと予想できます。1.の第二種低層住居専用地域については、第一種低層住居専用地域と密接に関連していますから、すなわち、500㎡とか600㎡あたりに建築可能な規模の制限があったんじゃなかったかなあ。と、思えるかどうかが結構重要です。また、2.の第一種住居地域内に建築できるものとしては、第一種中高層住居専用地域と密接な繋がりがあって、建築可能な規模の制限が3,000㎡くらいじゃなかったかなあ。というイメージが即思い浮かぶかどうかが大事です。

結論からいうと、答えは2.となります。第一種住居地域に、延べ面積3,000㎡以内のホテルは新築可能です。詳しくは、別表2をご確認下さい。

結局のところ、法規も他の教科と同じように(法令集を引かないで)解く訓練が必要ということです。ただし、法規においては、法令集を見ることができるので、曖昧な記憶を補えるという点で高得点を狙える教科です。

※今さらの話になってしまいますが、法令集は最新版のものを使いましょう。ここ数年は、内容が結構ころころ変わっていますので、注意が必要です(特に耐火関係)。

 

製図試験でも使える計画の問題

製図試験では、面積を適宜とした要求室が結構ありますので、自分でおおよその室の大きさを考えなければなりません。その際、下記のような室面積における数値的な考え方が必要となります。今現在、製図試験の勉強をされている方も、力試しに是非解いてみて下さい。

H22年一級過去問 学科Ⅰ(計画)

問 建築物の各部の寸法及び床面積に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。

  1. 劇場において、車いす使用者用客席スペースを出入口に近い部分に設け、車いす1台当たりのスペースを幅90cm、奥行き120cmとした。
  2. 事務所において、ロの字形に机を配置する会議室(収容人員20人程度)の広さを、3.6m×7.2mとした。
  3. 図書館において、書架のない閲覧室(4人掛けで100席)の床面積を、180㎡とした。
  4. 洋食レストランにおいて、客席部分(50席)の床面積を、80㎡とした。

 

(解答・解説)
極めて個人的な見解になってしまいますが、一人(又は一席)あたりの必要床面積が問われた場合は、以下のように考えて問題ないと思われます。

  • 映画館・劇場の固定席の場合は、かなり狭くてもよくて、0.5㎡~1.0㎡弱(通路含む)。
  • レストランの客席は、ほぼ1.5㎡。
  • 図書館の閲覧席は、ざっくり1.5㎡(ちょっと小さ目ですが)。
  • 会議室は、ズバリ2.0㎡(最小値)。

これらの数値を当てはめて計算してみると、2.の選択枝が最も誤っています(答えは2.)。すなわち、会議室で収容人員が20人なので、最低でも20人×2=40㎡必要ですが、室面積が3.6m×7.2m≒26㎡ですから、狭いことが分かります。なお、本試験では、電卓を使えませんから、意外と3.6×7.2のようなかけ算がやっかいです。こういう場合は、ざっくり4m×7m=28㎡と計算しても全く問題ありません。

他の選択枝を考えてみると、3.の図書館は100席×1.5=150㎡必要となりますから、室面積180㎡は妥当ですし、4.のレストランは50席×1.5=75㎡ですから、室面積80㎡は適当ということができます。1.は、そのまま覚えてしまいましょう。

モールの定理

先日、卒業生より、モールの定理について質問を受けましたので、今一度、おさらいしておきたいと思います。通常、どこの学校でも一度は習う定理だと思いますが、建築士試験「対策」という観点から考えると、あまり必要としくなってしまうんで、まあ、それこそ「うろ覚え」状態であるのが、ごく自然なことと思われます。

すなわち、ごく一般的な単純ばりや片持ちばりで、荷重状態の違いによる「たわみ」と「たわみ角」は、普通は暗記して試験に臨むと思いますので、それらを、いちいちモールの定理を使って求めたりしません。

が、まれに、モーメント荷重とか、ちょっとイレギュラーな荷重が作用している場合など、暗記していなかった「たわみ」や「たわみ角」が問われることがあります。

そういう場合に、モールの定理を知っていると重宝します。ただし、仮に、モールの定理を必要とするような問題が出題されたときは、一番最後に解くようにしましょう。構造と施工の教科はセットになっていますが、何なら、施工が解き終わった後でもいいくらいです。

モールの定理の基本原則において、留意すべき大まかな流れとしては、次のようになります。

  1. まず、M図を描く。
  2. M図を反転させて、Mmaxを1/EI倍する。(→弾性荷重という)
  3. 弾性荷重が作用した状態で求めたせん断力が「たわみ角」であり、曲げモーメントが「たわみ」となります。

気を付けなければならないのは、上記は単純ばりの場合であり、片持ちばりの場合は、ⅱ.のときに固定端と自由端を逆転させます。

以下に、解法例を付記しますので、ご参照下さい。

くり返しになりますが、通常は上記の結果のみ暗記しておけば、それで試験対策としては十分です。勉強時間に余裕のあるときにでも、手順を確認してみて下さい。

確固たる「うろ覚え」

今回は、最近、試験勉強に対してモチベーションが下がり気味な受験生のみなさんへ、エールの気持ちを込めました。

 

建築士の学科試験の範囲は、膨大であります。
そして、記憶の精度が要求されます。

特に、一級建築士試験におきましては、その傾向がより顕著であり、常に勉強のゴールが霞んでいる感覚があると思います。

実際、ここまで勉強すればO.K.という明確な線引きはありません。
出題範囲は無限と言っていいです。

このことは、個人的に超苦手な教科である「計画」に、特にあてはまります。その中でも現代史においては、次々に新しい建物が世界中で出現しており、それらを全て覚えるなんてことは、不可能だと思っています(あくまでも個人的にですが)。

計画、環境・設備、法規、構造、施工という5教科それぞれが、たっぷりとボリューミーであり、覚えなければならない項目の多さから、目眩や吐き気を覚えます。

では、どうするか。

結局、過去問です。
とにかく、ひたすら、くり返しくり返し、過去問をやるしかないのです。

例えば、この前紹介した総合資格学院のスーパー7であれば、過去7年分の過去問と詳細な解説が載っていますから、それを、ただひたすらくり返し解くだけです。(もしも万が一、まだ、1周目も終わってないような場合は、まず答えを見てしまいましょう。それから問題文を読みます。)

特に、独学者は、もうひたすらくり返すしかありません。私自身、基本的に独学でしたが、恐らく10周以上はくり返したと思います(資格学校に通われている場合は、学校の用意するレールがあるわけですが、それでも、くり返し解くという基本スタンスは変わらないはずです。)

結構、闇雲に、ただひたすらくり返すだけでも、意外と覚えていく感覚があると思います。今の時代は、いろんなアプリがあったりするので、そういうものを併用すれば、さらに効率もアップすると思います。

今回、私が一番伝えたいのは、「うろ覚え」を単なる「うろ覚え」とせず、しかし、あくまでも完璧を目指すのではなくて、まずは「確固たるうろ覚え」を目指せということです。

建築士の学科試験は、本当に範囲が広いので、全てを完璧に覚えるのは不可能です。もちろん、絶対に完璧に覚えなければならない用語や公式はあります。しかし、それも、これも、どれも、最初から完璧に覚えようとするのではなく、まずは少しずつ、「うろ覚え」から始めましょう。

昨日は何にも覚えていなかった項目が、今日は「うろ覚え」となり、そして明日には「今日よりは理解しているうろ覚え」となって、やがて「確固たるうろ覚え」とでも言うべき、うろ覚えの最上級グレードとなるはずです。

要するに何が言いたいのかというと、建築士試験は、通常、学校を卒業した後に働きながらの勉強になるので、なかなか勉強時間を確保できません。そうした日々の不十分な学習時間の中で、あまり気持ちを張り詰めすぎず、まずは出来ることから一つずつ、覚えられることから一つずつ、あまり気負いすぎず、「うろ覚え」から始めようぜ! ということを言いたいのです。

「例え、明日死ぬことが分かっているとしても、今日、新しいことを始めてはならない理由にはならない。」

昔、古畑任三郎のテレビドラマで、田村正和が逮捕した犯人に対して言ってた言葉だったような(うろ覚えです)。

試験まで、あと1ヶ月ちょとですが、今からでも出来ることはあるはずです。もう、1ヶ月ちょっとしかないから、勉強しても無駄…、ではないのです! まだ、1ヶ月ちょっともあるのです。今からでも決して遅くはないのです。

まずは、「うろ覚え」から始めましょう!!

(結局、単なる根性論になってしまいました。)

 

今さらの力学の基本事項

建築士の本試験まであと1ヶ月ちょっとですが(1級も2級も)、今だからこその力学の基本事項をおさらいしたいと思います。

まずは、極めて基本的な単純ばりの反力の求め方についてです。
(今さら?という声が聞こえてきそうですが、しばしお付き合い下さい。)

下の図1のようなかたちのときは、いちいち力のつり合いによる反力計算はしなくていいです。

ポイントとして、A点よりB点のほうが荷重の作用するC点に近く、それだけ反発するための負担が大きいので、B点の反力のほうが大きくなります。

次に、M図についてですが、例えば下の図3において、C点における曲げモーメントの値は、C点よりも左側か右側のどちらか一方のモーメントの総和を計算すれば、それがすなわちC点における曲げモーメントの値を示しています。

なお、通常は図4のように、C点の左側と右側で符号が逆転します。図4のような状態で梁が曲げられるとき、梁は下に凸に変形するので、M図は図3のように描きます。

次にQ図ですが、例えば下図のように、A~C間にX1、C~B間にX2を設定し、それぞれの点から左側または右側で、材軸(AB軸)に垂直なの和を求めると、それがせん断力になります。

このとき、せん断力の符号は、あくまでも点X1とか点X2に対して、時計回りか反時計回りかで考えます。曲げモーメントの計算ではないので、誤って距離を掛けないように気をつけましょう。

以上が、基本事項となりますが、M図とQ図の間においては、微分積分の関係が成り立っています。それを平たく説明すると、以下のようになります。

つまり、例えばA~C区間で曲げモーメントが変化した分(6kN・m)を、その区間の距離3mで割ってやると、せん断力QA~Cが求まります。符号については、M図の勾配から求めることができます。

※以上、非常に稚拙なイラストで、誠に申し訳ございません。

 

H28年二級建築士学科試験 施工(木工事)の問題

H28年二級建築士試験 学科Ⅳ(施工)からの出題です。

問 木工事の用語とその説明との組合わせとして、最も不適当なものは、次のうちどれか。

  1. ひき立て寸法 ー 木材を製材した状態の木材断面寸法
  2. 仕上り寸法 ー かんな掛け等で木材表面を仕上げた後の部材断面寸法
  3. たいこ材 ー 構造用製材のうち、丸太の随心を中心に平行する2平面のみを切削した材
  4. 仕口 ー 2つ以上の部材に、ある角度をもたせた接合
  5. 本ざね加工 ー 板材等の側面に溝を彫り、その溝に細長い木片をはめ込む加工

 

【解答・解説】
本問は、一級建築士試験においても出題される内容です。上述の中で特に「ひき立て寸法」と「仕上り寸法」の違いについては、きちんと区別できるようにしておきましょう。1.と2.の設問はどちらも正しい記述ですので、そのまま覚えてしまいましょう。答えは、5.となります。設問の説明が、雇いざねのものとなっています。以下に、簡単なイラストを付記しますので、参考にしてみて下さい。本ざねとは、木片の側面に凹凸の加工を施したものです。
近年は、二級建築士試験においても、結構な頻度で一級の過去問から出題されますし、二級で難問とされていた過去問(特に木造系)が、一級で出題されたりしています。取り扱う建物規模の違いはあるにせよ、二級建築士試験のいっそうの難化傾向が見て取れます。今年、二級建築士試験に挑戦される場合は、是非とも気合いを入れて頑張って下さい!!

 

空間構成について(追記あり)

建築技術教育普及センター(JAEIC)から毎年発表されている合格基準の中で、「空間構成」という項目があります。H21年の大幅な一級建築士製図試験の改正の際、中央建築士審査会のとりまとめとして、この「空間構成」に足切り点を設定する旨が発表されました。すなわち、まずはここを突破しないと、採点の俎上に載らないということです。ランクⅢの場合、ここに抵触しているといっていいと思います。ランクⅣの場合、基本的には図面の未完成や建ぺい率違反などが挙げられると思います。

昨年の試験結果においては、JAEICより、以下のような詳しいランクⅢとⅣの根拠が示されました。

  • 設計条件に関する基礎的な不適合:「要求されている室の欠落」や「要求されている主要な室等の床面積の不適合」
  • 法令への重大な不適合:「延焼のおそれのある部分の位置(延焼ライン)と防火設備の設置」、防火区画(特に吹抜け部の1階部分の区画)」や「直通階段に至る重複区間の長さ」等
  • その他建築計画に基本的な問題があるもの:「吹抜けの計画(吹抜けとなっていないもの)」等

昨年は、2つ目の項目の防火関係について、かなり厳しくジャッジされたと認識しております(意外と構造部分については甘かったような?)。
1つ目と3つ目については、「空間構成」の範疇だと言えます。

ここで、JAEICより発表されている「空間構成」の項目を列挙し、それぞれの意味するところを解説させて頂きます。

①建築物の配置計画
敷地の中に、どのように建物を配置するかという一番基礎となる重要な計画ですが、意外とここを軽視しがちです。例えば、施設利用者用・車いす使用者用・サービス用の駐車場や駐輪場、屋外広場などの設置スペースを確保し、さらに周辺環境による建物へのアプローチを考慮した上で、建物の配置位置を決定します。当然、ここには建築面積なども関わってきますし、敷地の中にムダな用途不明のスペースがある場合はNGとなります。

②ゾーニング・動線計画
めちゃくちゃ重要です。ある意味、これがキモと言ってもいいかもしれません。通常は、利用者ゾーン・共用ゾーン・管理者ゾーンに分かれます。昨年の課題でいうと、以下のようになります。

(利用者ゾーン)
展示関連諸室やアトリエ関連諸室からなる教育・普及部門
(共用ゾーン)
吹抜けのあるエントランスホールやカフェ・ショップからなる共用部門
(管理者ゾーン)
事務室・会議室・荷解き室からなる管理部門、及び設備スペース

これらのゾーン(部門)が、空間や用途としてキチンと分けられているかどうかということがゾーニング計画であり、それらを結ぶ人の動きの効率を考えることが動線計画です。

③要求室等の計画
要求されている室が全て計画されていて、要求されている床面積等をクリアした上で、室の用途に応じた計画となっている必要があります。例えば、通常、学校の教室は整形な無柱空間として計画しますが、レストランなどは室形状がL字で有柱であったとしても問題ないはずです。あと、無柱の大空間の室形状等もこの項目の範疇となります。

④建築物の立体構成等
吹抜けや2層分の天井高を必要とする大空間などの立体的な構成計画の他に、屋上庭園を配置することによる各階相互の整合性などを考えます。また、近年においては、面積調整のためのピロティ配置を回避させるために、通行の用途等で使用する箇所(風除室の前等)以外をピロティとする場合は、床面積に参入しなければならない旨が付記されています。つまり、各階に用途不明のピロティをむやみに作ることはNGとなります。

以上となりますが、一番難しいというか、自分の中で腑に落ちる計画ができるようになるまで時間を要した項目は、②のゾーニング・動線計画です。あと、①も自分のエスキス計画の中では、当初、意外と抜けが多かったと記憶しています。

なお、ランクⅡとなる要因の考察については、後日、書き連ねてみたいと思いますので、よろしくお願い致します。

ちなみに、前にも書きましたが、自分は製図試験の勉強では、「ウラ指導」と「一級とるぞ!.Net」のお世話になりました。特に合格した年は、ウラ指導一本でした。当サイトにリンクがありますので、ご活用下さい。

(追記)
極めて個人的な見解では、上記②を大きくゾーニングと捉え、その他の①③④を空間構成というふうに考えています。どういうことかというと、JAEICのアナウンスによれば、ゾーニングは空間構成の中に据えられていますが、その「ゾーニング」と「空間構成」を分けて考えるということです。なぜ、このような考え方をするかというと、これまた極めて個人的な見解ですが、過去の合格図面を見てきた経験上(自分のも含めて)、ゾーニングに対しての採点は少々甘いように感じるからです。余程おかしなゾーニングになっていない限り、他の①③④(特に③と④)がしっかりしていれば、基本、合格しているように思われます。②でやってはいけない(減点が大きい)ミスは、利用者→管理→利用者のようなゾーンまたぎの動線計画です。これは、かなり厳しく見られる傾向にあります。あと、③において、最も重要なことを書き忘れましたが、利用者・共用の諸室を、とにかくゆったりと計画しさえすれば、管理の諸室はどうでもいいです(もちろん限度はありますが)。

まとめますと、ゾーニングはそこそこでも、他の空間構成がしっかりしていれば受かるということです。特に各ゾーンを階ごとにまとめるフロアゾーニングにこだわる必要性は低い傾向にあります。
以上、今後の学習に役立てて頂ければと思います。
(※追記を少し修正しました。R2.5.23)

 

鉄骨造の強度と剛性の問題

鉄骨造における強度と剛性について、H28年に出題された次の一文の正誤を判断しつつ、考察してみたいと思います。まずは、必要最小限の文字と数式で、概念的に解説しようと思います。
(「強度→壊れにくさ」「剛性→変形のしにくさ」ということも、念頭に置いてみて下さい。)

学科Ⅳ(構造)(1級過去問 H28(鉄骨造))から、

問 次の正誤を判定せよ。
曲げ剛性に余裕のあるラーメン構造の梁において、梁せいを小さくするために、SN400B材の代わりにSN490B材を用いた。

 

【解説】
まず、曲げ剛性はEIで表すことができます。
E:ヤング係数(N/mm2
I:断面二次モーメント(mm4

これに余裕があるわけですが、鋼材のヤング係数は強度に関わらず一定ですから、すなわち断面二次モーメントに余裕があると解釈できます。

通常、鉄骨造のたわみ量は、柱スパンの1/300以下にしなければなりませんので、それをクリアするための梁せいが必要になりますが、断面二次モーメントに余裕がある、すなわち梁せいを、もうちょっと小さくできると言っているわけです(梁せいが小さくなると、当然たわみやすくなりますが、それでも1/300以下を保っているということです)。

ところが、梁せいが小さくなってしまうと、たとえたわみ量をクリアしていたとしても、今度は強度が不足してしまいます(小さくなったんで)。

よって、引張強度400N/mm2の鋼材から、490N/mm2の鋼材へ代えたという設問の記述は正しいということになります。

以下に手書きの解説を付します(見にくくてすみません)。

最後に頻出の留意事項について記したいと思います。
よく、「たわみを小さくするために、鋼材の強度を上げた」というような設問を目にすることがありますが、断面形状等その他の条件が同じ場合、これは誤りとなります。

なぜなら、上述のたわみの式からも分かるように、たわみを小さくするためには曲げ剛性EIを大きくしなければなりませんが、鋼材については、強度を大きくしてもヤング係数Eは変わらないので(下図参照)、たわみ量に影響しないからです。具体的にたわみを小さくするためには、断面二次モーメントを大きくするとか、作用する荷重を小さくするとか、スパンを短くするとかが必要になります。

以上、よく吟味して頂ければと思います。