2級建築士「鉄骨構造の接合」完全攻略!高力ボルトと溶接の必須数値をマスターしよう

こんにちは!

一問一答.comのPaulです!

2級建築士の勉強を頑張っている皆さん、毎日の学習お疲れ様です!

今回は「構造」科目の中でも、多くの受験生が苦手意識を持ちやすい「鉄骨構造の接合部」について深掘りしていきます。

「高力ボルトのピッチっていくつだっけ?」「隅肉溶接の有効長さの計算がややこしい…」と悩んでいる方も多いのではないでしょうか。

覚えるべき数値が細かく、頭の中でイメージしづらいため、どうしても後回しにしてしまいがちな分野ですよね。

しかし、この分野は出題パターンがある程度決まっているため、一度ポイントを押さえてしまえば確実な得点源になります!

この記事を読んでモヤモヤをスッキリ解決し、本番での自信に変えていきましょう!

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【構造】鉄骨構造の接合部における最重要ポイントを深掘り

鉄骨構造の建物は、工場で製作された鋼材を現場に運び込み、それらを組み立てて完成させます。

そのため、部材同士をつなぎ合わせる「接合部」の設計と施工が建物の強度に直結する非常に重要な要素となります。

接合方法には大きく分けて「高力ボルト接合」と「溶接接合」があり、それぞれに厳密な寸法規定(数値)や施工上のルールが定められています。

ここでは、試験で頻出となる重要なルールと数値を整理していきましょう!

 

高力ボルト接合の基本と数値制限

高力ボルト接合は、ボルトを非常に強い力で締め付けることで生じる「部材間の摩擦力」によって力を伝達する接合方法です。(これを高力ボルト摩擦接合と呼びます。)

試験で最も狙われるのは、ボルトを配置する際の間隔(ピッチ)や、部材の端からの距離(縁端距離)、そして摩擦面の処理方法です。

以下の必須数値をしっかりと暗記しておきましょう。

・ボルトのピッチ(中心間距離)は、原則としてボルトの公称軸径(d)の2.5倍以上とする。

・標準的なピッチの目安は、公称軸径(d)の3倍程度とする。

・摩擦面は、すべり係数を確保するために、浮きさびや黒皮(ミルスケール)を除去した自然発錆状態、またはブラスト処理などを行う。

摩擦面に塗料や油が付着していると、摩擦力が失われて建物が崩壊する危険があるため、摩擦面には原則として塗装をしてはいけません。

Paul先生
「ピッチは2.5d以上」という数値は、過去問でも繰り返し出題されている超頻出事項だよ!絶対に覚えておこうね♪

溶接接合(完全溶込み溶接と隅肉溶接)

溶接には主に「完全溶込み溶接」と「隅肉(すみにく)溶接」の2種類があり、それぞれの特徴を比較する問題がよく出題されます。

完全溶込み溶接は、部材同士の間に開先(溝)を設け、奥まで完全に溶け込ませて一体化させる方法です。

適切に施工されれば、母材と同等以上の強度を持つとみなされるため、非常に信頼性の高い接合となります。

一方、試験で計算問題や数値の正誤問題として頻出なのが「隅肉溶接」です。

隅肉溶接のサイズと有効長さ

隅肉溶接は、2つの部材が直交または交差する隅の部分に、三角形の断面をもたせて溶接する方法です。

完全溶込み溶接のように奥まで溶け込ませないため、強度計算には厳密なルールが存在します。

・隅肉溶接のサイズ(S)は、薄い方の母材の厚さ以下とする。

・隅肉溶接の有効長さは、実際の溶接長さからサイズ(S)の2倍を減じたものとする。

・有効長さは、サイズ(S)の10倍以上、かつ40mm以上としなければならない。

特に「実際の溶接長さからサイズの2倍を引く」というルールは超重要です。

溶接のスタート部分(始端)とゴール部分(終端)は、どうしても溶け込みが浅くなったり、形状が乱れたりして欠陥が生じやすい性質があります。

そのため、安全を見込んで「両端のサイズ分(合計で2倍)を強度計算から除外する」という理由に基づいています。

理由と一緒に覚えることで、単なる丸暗記から脱却でき、本番での度忘れを防ぐことができますよ!

【腕試し】鉄骨構造の接合に関するマルバツ問題!

 

それでは、ここまで解説した内容をもとに、試験形式のマルバツ問題に挑戦してみましょう。

実際の過去問の傾向を踏まえた問題ですので、力試しと知識の定着に最適です。

問題1:高力ボルトのピッチ

高力ボルト摩擦接合において、ボルトの中心間距離(ピッチ)は、ボルトの公称軸径の2.0倍以上とした。〇か✕か。

【解答・解説】✕

高力ボルトのピッチは、ボルトの公称軸径の2.5倍以上としなければなりません。(標準は3倍程度です。)2.0倍ではボルト同士が近すぎてしまい、部材が破断してしまう原因となります。

問題2:隅肉溶接の有効長さの計算

隅肉溶接において、溶接の有効長さは、全体の溶接長さから溶接サイズの2倍を減じた数値とする。〇か✕か。

【解答・解説】〇

設問の通りです。溶接の始端と終端は不完全になりやすいため、両端のサイズ分(合計でサイズの2倍)を全体の長さから差し引いて有効長さを求めます。

問題3:完全溶込み溶接の強度

完全溶込み溶接による突合せ継手の許容応力度は、接合される母材の許容応力度と同じ値として計算してよい。〇か✕か。

【解答・解説】〇

設問の通りです。完全溶込み溶接は、部材の厚さ全体にわたって完全に溶け込ませるため、母材と同等以上の強度があるとみなされます。したがって、母材の許容応力度と同じ値を用いることができます。

問題4:高力ボルトと溶接の併用継手

高力ボルト摩擦接合と隅肉溶接を併用する継手において、高力ボルトを先に締め付けた後に溶接を行う場合、両方の耐力を加算してよい。〇か✕か。

【解答・解説】〇

設問の通りです。「先に高力ボルトを締め付け、後に溶接を行う」場合に限り、両方の耐力を加算することができます。逆に、溶接を先に行ってしまうと、溶接時の熱による変形でボルトの摩擦力が十分に発揮できなくなるため、耐力を加算することはできません。

Paul先生
「併用継手の順序」も超重要だよ!ボルトが先、溶接が後なら足し算OK!このフレーズのままインプットしておこう♪

試験本番を想定した最終アドバイス!細かい単元の見落としを防ごう

 

今回は「鉄骨構造の接合」というマニアックで、多くの受験生が苦手としやすい分野を深掘りしました。

構造科目は、どうしても力学計算の対策ばかりに気が取られがちですが、こうした「接合部のルール」や「各部構造の細かい数値制限」の暗記が疎かになってしまう方が非常に多いです。

 

よく受験生が間違える・苦手とする分野だからしっかり確認しよう

鉄骨構造のルールだけでなく、木造構造の継手・仕口の規定や、鉄筋コンクリート造の鉄筋の定着長さなど、構造科目には「知っていれば確実に解けるけれど、覚えていないと手も足も出ない」という知識問題がたくさん潜んでいます。

多くの受験生が「数値が多くてややこしい」「覚えるのが面倒くさい」と避けてしまう分野こそが、実は合格へのカギを握っています。

こうした部分をしっかりと対策しておくことで、ライバルと大きく差をつけることができるのです。

単純暗記で済む分野の確認はできているか?

試験本番では、極度の緊張から「あれ、ピッチは2.5倍だっけ?3倍だっけ?」と迷ってしまうことがよく起こります。

見落としがないか確認したい細かな単元については、テキストをただ目で追って眺めるのではなく、問題演習を通じて「アウトプット」の回数を増やすことが最も効果的な学習法です。

人間の脳は、何度も思い出す作業(アウトプット)をすることで、その情報を「生きていく上で重要な記憶」として定着させる仕組みになっています。

頭の中を整理するためにも、覚えた知識はすぐに一問一答形式の問題を解いて確認するクセをつけていきましょう。

毎日の積み重ねと地道な復習が、必ず本番での揺るぎない自信につながりますよ!一問一答.comは、あなたの努力を全力で応援しています!

 

まとめ:試験に向けた単純暗記はスマホでアウトプット!

試験に向けた単純暗記作業は、スマホのアプリなどでとにかく「アウトプット数」を増やすことで格段に覚えやすくなります!

テキストや過去問のしっかりとした学習に加えて、隙間時間にサクッと学べる「一問一答アプリ」で、確実な得点源に仕上げましょう。

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