出典：建築物衛生管理技術者試験令和4年度(2022年)｜建築物の構造概論第94問
問題
建築物の荷重又は構造力学に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。
(1) 基礎の構造計算をする場合の積載荷重は、床の構造計算をする場合の積載荷重より大きく設定されている。
(2) 家具・物品等の重量は、積載荷重に含まれる。
(3) 片持ち梁（ばり）のスパンの中央に集中荷重が作用する場合、その先端には曲げモーメントは生じない。
(4) トラス構造の部材に生じる応力は、主に軸方向力である。
(5) 水平荷重には、風圧力、地震力等がある。
ビル管過去問｜建築物の荷重と構造力学 積載荷重・曲げモーメント・トラス構造を解説
この問題は、建築物に作用する荷重の種類と、構造部材に生じる力の基本的な考え方を問う問題です。積載荷重の扱い、片持ち梁の曲げモーメント、トラス構造の応力の特徴、水平荷重の具体例といった基礎事項を正しく整理できているかがポイントです。正解は(1)で、基礎の構造計算をする場合の積載荷重は、一般に床の構造計算をする場合より小さく低減して扱うことが多いため、この記述が最も不適当です。ほかの選択肢は、構造力学や荷重の基本事項として適切な内容です。
(1) 基礎の構造計算をする場合の積載荷重は、床の構造計算をする場合の積載荷重より大きく設定されている。
不適切です。建築物の積載荷重は、どの部材を設計するかによって扱いが異なります。床そのものを設計する場合は、その場所に実際に載る人や家具、物品などを直接支えるため、比較的大きな積載荷重を見込みます。一方で、基礎や柱、梁など建物全体を支える部材では、すべての床に常に最大の積載荷重が同時に作用するとは限らないという考え方から、荷重を低減して扱うことがあります。つまり、基礎の構造計算で用いる積載荷重が床の構造計算より大きいというのは逆です。ここは、荷重が下に行くほど大きくなるという日常感覚に引っ張られやすいですが、構造設計では同時載荷の可能性を考慮して低減する点が重要です。
(2) 家具・物品等の重量は、積載荷重に含まれる。
適切です。積載荷重とは、建築物を使用する際に移動や変動の可能性がある荷重をいいます。人の重さだけでなく、机、椅子、棚、収納物、備品などの家具や物品の重量も含めて考えます。これに対して、自重は建物そのものの重さであり、床、梁、柱、壁、屋根などの固定された構造体や仕上げ材の重量を指します。試験では、自重と積載荷重の区別がよく問われます。建物に最初から取り付けられている構造体の重さなのか、使用に伴って載るものの重さなのかを切り分けて考えることが大切です。
(3) 片持ち梁（ばり）のスパンの中央に集中荷重が作用する場合、その先端には曲げモーメントは生じない。
適切です。片持ち梁は、一端が固定され、他端が自由になっている梁です。自由端は支えがないため、その端部そのものには反力モーメントが発生しません。したがって、スパンの中央に集中荷重がかかっても、自由端である先端には曲げモーメントは生じないと考えます。曲げモーメントは、荷重を支えるために主として固定端側に発生し、固定端で最大になります。この問題では、梁のどこに力が大きく生じるかをイメージできるかが大切です。先端に荷重がなく支点もない以上、先端で曲げ戻そうとする抵抗モーメントは発生しません。
(4) トラス構造の部材に生じる応力は、主に軸方向力である。
適切です。トラス構造は、三角形を基本単位として構成される構造で、各部材は節点でピン接合されているものとして扱うのが基本です。このとき、各部材には主として引張力または圧縮力といった軸方向力が生じます。一般の梁のように大きな曲げモーメントで抵抗する構造とは異なり、トラスは部材の軸力をうまく使って荷重を伝達するのが特徴です。そのため、軽量で効率のよい構造形式として屋根や橋梁などにも広く用いられています。試験では、トラスは曲げではなく軸力が基本という理解が重要です。
(5) 水平荷重には、風圧力、地震力等がある。
適切です。建築物に作用する荷重は、鉛直方向の荷重と水平方向の荷重に大きく分けられます。鉛直荷重には自重や積載荷重、積雪荷重などがあり、水平荷重には風による力や地震による力があります。特に高層建築物や大空間構造では、風圧力や地震力に対して十分な安全性を確保することが重要です。建物は鉛直荷重だけでなく、横から揺さぶられる力にも耐えなければならないため、耐震壁やブレース、ラーメン構造などが用いられます。この選択肢は、水平荷重の代表例を正しく示しています。
この問題で覚えるポイント
建築物に作用する荷重は、自重、積載荷重、積雪荷重、風圧力、地震力などに分類されます。自重は建物そのものの重さであり、積載荷重は人、家具、物品など使用に伴って変動する荷重です。この区別は頻出ですので確実に押さえてください。積載荷重は、床や屋根など局部的な部材を設計するときと、柱や基礎のように建物全体を支える部材を設計するときで扱いが異なり、下部構造では同時に最大荷重が載る可能性を考慮して低減されることがあります。構造力学では、片持ち梁は固定端で曲げモーメントが最大になり、自由端では曲げモーメントが生じないという基本を覚えることが大切です。また、トラス構造は三角形を基本とし、各部材には主として引張力または圧縮力が生じるため、曲げではなく軸方向力で荷重を伝える構造であると理解しておくと得点につながります。さらに、荷重は鉛直荷重と水平荷重に分けて整理し、風圧力や地震力は水平荷重の代表例として必ず押さえておきたい知識です。
ひっかけポイント
この問題のひっかけは、荷重が下に伝わるほど大きくなるはずだという日常感覚を利用している点です。たしかに感覚的には、基礎は建物全体を支えるので大きな荷重を受けそうですが、構造計算では各階に常に最大の積載荷重が同時に載るとは限らないため、基礎や柱では低減して扱うことがあります。この実務的な考え方を知らないと誤答しやすくなります。また、片持ち梁についても、荷重がかかっているのだから先端にも何らかの曲げがあるはずだと思い込みやすいですが、自由端には反力がないため曲げモーメントは生じません。さらに、トラス構造も、構造物だから曲げが中心だろうと考えてしまうと誤ります。試験では、このように日常的なイメージと構造力学上の整理がずれているところを狙ってきます。用語の定義だけでなく、どこにどの力が生じるのかを図で思い浮かべながら学習すると、同じパターンの問題に強くなれます。
