コンクリート技士 ⑬ コンクリート構造の設計

構造物としての設計の考え方を扱う分野です。設計の基本として、限界状態設計法における終局限界状態と使用限界状態、許容応力度設計法との違いが中心になります。曲げを受ける部材では中立軸の位置と応力分布、せん断を受ける部材では斜めひび割れとせん断補強筋の役割が対象です。あわせてひび割れ幅の制御、たわみの検討、プレストレストコンクリートの原理、耐震設計の考え方が問われます。計算より概念の理解が重視される分野です。

この分野の問題48問を、選択肢・正解・解説つきで掲載しています。まず自分で解答を考えてから「正解と解説を見る」を開いて答え合わせをしてください。

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580力の作用している状態を表す「力の三要素」として正しい組み合わせはどれか。

  1. A質量・加速度・重力
  2. B大きさ・向き・作用点
  3. C荷重・反力・応力
  4. D圧縮・引張・せん断
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正解:B大きさ・向き・作用点

力は大きさと向きを持つベクトル量であり、力の三要素は「大きさ」「向き・方向」「作用点」です。

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581力のモーメントの単位として正しいものはどれか。

  1. AN/mm2
  2. BN/m2
  3. CN
  4. DN・mm
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正解:DN・mm

力のモーメントは力の大きさと支点までの距離の積であるため、単位はN・mmやkN・mとなります。

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582構造物をモデル化した支点のうち、反力数が3となる支点はどれか。

  1. Aローラー支点
  2. Bピン支点
  3. C単純支点
  4. D固定支点
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正解:D固定支点

固定支点は部材との接合部が剛に接合され、回転および水平・垂直方向の移動が拘束されているため反力数は3となります。

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583柱と梁の接合部を剛に接合した構造形式を何というか。

  1. Aラーメン構造
  2. Bトラス構造
  3. C単純梁構造
  4. D片持ち梁構造
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正解:Aラーメン構造

ラーメンとは柱と梁の接合部を剛に接合した構造形式のことで、鉄筋コンクリート構造はその代表例です。

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584部材が長く、大きいほど大きくなる、温度による部材の伸縮が原因で作用する荷重はどれか。

  1. A固定荷重
  2. B積載荷重
  3. C温度荷重
  4. D風荷重
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正解:C温度荷重

温度荷重は温度による部材の伸縮が原因で作用し、部材が長く大きいほど荷重は大きくなります。

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585大きさが一定の割合で増加または減少して作用する荷重を何というか。

  1. A集中荷重
  2. B等変分布荷重
  3. C等分布荷重
  4. D回転荷重
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正解:B等変分布荷重

大きさが一定の割合で増加または減少して作用する荷重は等変分布荷重と呼ばれます。

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586荷重などの外力に応じて部材内部に生じる抵抗力(断面力)の3種類として正しいものはどれか。

  1. A引張力・圧縮力・支持力
  2. B鉛直力・水平力・反力
  3. C弾性力・塑性力・剛性力
  4. D軸方向力・せん断力・曲げモーメント
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正解:D軸方向力・せん断力・曲げモーメント

断面力(応力、内力)には、軸方向力、せん断力、曲げモーメントの3種類があります。

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587軸方向力についての説明で、不適切なものはどれか。

  1. A部材内部に軸方向に生じる抵抗力である
  2. B引張力と圧縮力の2種類がある
  3. C物を伸ばしたり縮めたりする変形に抵抗する力である
  4. D部材を回転させるように働く力である
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正解:D部材を回転させるように働く力である

部材を回転させるように働く力は曲げモーメントであり、軸方向力ではありません。

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588部材を構成する要素をひし形に変形させようとする働きがある断面力はどれか。

  1. A軸方向力
  2. B曲げモーメント
  3. Cせん断力
  4. D引張力
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正解:Cせん断力

せん断力は、力が材軸に対して直角に部材断面をずらすように作用し、ひし形に変形させようとする働きがあります。

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589部材に曲げ変形が生じた際、部材の片側ともう片側に生じる力の組み合わせとして正しいものはどれか。

  1. A両側に引張力が作用する
  2. B両側に圧縮力が作用する
  3. C片側にせん断力、もう片側に軸力が作用する
  4. D片側に圧縮力、もう片側に引張力が作用する
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正解:D片側に圧縮力、もう片側に引張力が作用する

部材に曲げ変形が生じると、部材の片側には押し縮める圧縮力が、もう片側には引き伸ばす引張力が作用します。

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590鉄筋コンクリート造において、コンクリートと鉄筋の役割として正しいものはどれか。

  1. Aコンクリートは引張力に強い
  2. B鉄筋は圧縮力にのみ抵抗する
  3. Cコンクリートは引張力を負担しないものとして計算する
  4. Dコンクリートはじん性が高い
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正解:Cコンクリートは引張力を負担しないものとして計算する

コンクリートは引張力に弱く脆性的なため、構造設計では引張力を負担しないものと考えて計算します。

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591柱の配筋において、主筋と直交方向に配置され主にせん断力に抵抗する鉄筋を何というか。

  1. Aあばら筋
  2. B下端筋
  3. C帯筋(フープ)
  4. D上端筋
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正解:C帯筋(フープ)

柱の主筋と直交方向に配置されるせん断補強筋は帯筋(フープ)と呼ばれます。

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592柱の軸方向の圧縮力に対する耐力(軸耐力)を高める方法として適当なものはどれか。

  1. Aコンクリートの圧縮強度を高くする
  2. Bコンクリートの圧縮強度を低くする
  3. C鉄筋の引張強度を低くする
  4. D帯筋の間隔を広げる
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正解:Aコンクリートの圧縮強度を高くする

コンクリートの圧縮強度を高めることによって、柱の軸耐力も高まります。

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593地震のような水平力が生じた際、短い柱(短柱)に生じやすい破壊モードはどれか。

  1. Aせん断破壊
  2. B曲げ破壊
  3. C圧縮破壊
  4. D引張破壊
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正解:Aせん断破壊

短い柱はせん断力の影響が大きくなり、脆性的なせん断破壊を生じやすくなります。

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594柱のじん性を確保し脆性破壊を防止するための設計方針として、正しいものはどれか。

  1. Aせん断耐力を曲げ耐力より小さくする
  2. Bせん断耐力と曲げ耐力を同じにする
  3. C曲げ耐力を限りなく小さくする
  4. Dせん断耐力を曲げ耐力より大きくする
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正解:Dせん断耐力を曲げ耐力より大きくする

柱の変形能力を高めるため、せん断耐力を曲げ耐力より大きくなるように計画し、曲げ破壊を先行させます。

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595帯筋の量と間隔についての説明で、誤っているものはどれか。

  1. A間隔を小さくするとせん断耐力が向上する
  2. B量を増やすと曲げ変形能力が向上する
  3. C間隔を大きくするとせん断耐力が向上する
  4. Dコンクリートのはらみ出しを防ぐ効果がある
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正解:C間隔を大きくするとせん断耐力が向上する

帯筋の間隔を大きくするとせん断耐力は低下するため、間隔を小さくするのが正しい設計です。

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596梁の配筋において、主筋と直交方向に配置され主にせん断力に抵抗する鉄筋を何というか。

  1. Aあばら筋(スターラップ)
  2. B帯筋(フープ)
  3. C主筋
  4. Dつり筋
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正解:Aあばら筋(スターラップ)

梁の主筋と直交方向に配置されるせん断補強筋は、あばら筋(スターラップ)と呼ばれます。

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597鉄筋コンクリート梁部材の曲げ耐力の算定において、コンクリートの扱いで正しいものはどれか。

  1. A圧縮力も引張力も負担しない
  2. B引張力を負担するものとして計算する
  3. C引張力を負担しないものとして計算する
  4. D圧縮力を負担しないものとして計算する
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正解:C引張力を負担しないものとして計算する

コンクリートは引張力にきわめて弱いため、設計では引張力を負担しないものと考えて計算します。

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598鉄筋コンクリート部材の引張主筋の継手は、どの位置に設けるのが適当か。

  1. A曲げモーメントが最大となる位置
  2. Bせん断力が最大となる位置
  3. C曲げモーメントが最小となる位置
  4. Dせん断力が最小となる位置
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正解:C曲げモーメントが最小となる位置

継手部分は構造上の弱点であるため、曲げモーメントが最小となり大きな引張力が作用しない位置に設けます。

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599たれ壁や腰壁が付いた柱の脆性的なせん断破壊を防ぐために設けられるものはどれか。

  1. A帯筋
  2. B構造スリット(耐震スリット)
  3. Cあばら筋
  4. D剛接合部
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正解:B構造スリット(耐震スリット)

たれ壁や腰壁による変形拘束を防ぎ短柱化を避けるため、構造スリットを設けて縁を切る工法が用いられます。

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600柱部材の主筋を増やしすぎた場合に起こりうる現象として正しいものはどれか。

  1. Aコンクリートが圧壊する前に鉄筋が降伏する
  2. Bせん断耐力が極端に低下する
  3. C曲げ変形が全く生じなくなる
  4. D鉄筋が降伏する前にコンクリートが圧壊する
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正解:D鉄筋が降伏する前にコンクリートが圧壊する

主筋を増やすと引張力に対する抵抗力が高まり、鉄筋が降伏する前にコンクリートの破壊(圧壊)が先行することがあります。

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601鉄筋コンクリート造の設計において、じん性(粘り強さ)を確保する目的は何か。

  1. A地震時の脆性破壊を防ぐため
  2. B建物の重量を軽くするため
  3. Cコンクリートの圧縮強度を上げるため
  4. D施工時の型枠を減らすため
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正解:A地震時の脆性破壊を防ぐため

じん性を確保することで、部材が損傷してもすぐには倒壊せず、地震時の脆性破壊を防ぐことができます。

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602コンクリート強度試験用供試体の型枠取り外し時期として正しいものはどれか。

  1. A詰め終わってから16時間以上3日間以内
  2. B詰め終わってから12時間以上24時間以内
  3. C詰め終わってから24時間以上4日間以内
  4. D詰め終わってから3日間以上1週間以内
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正解:A詰め終わってから16時間以上3日間以内

型枠の取り外し時期は、コンクリートを詰め終わってから16時間以上3日間以内とされています。

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603単位面積当たりの応力の大きさを表す「応力度」の単位として正しいものはどれか。

  1. AN
  2. BN/mm2
  3. CN・mm
  4. DN/mm
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正解:BN/mm2

単位面積当たりの応力の大きさを応力度といい、単位はN/mm2です。

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604「ひずみ度」の単位として正しいものはどれか。

  1. Amm
  2. BN/mm2
  3. CN・mm
  4. D無次元量(単位を持たない)
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正解:D無次元量(単位を持たない)

ひずみ度は元の長さに対する変形量の割合(長さを長さで割る)であるため、無次元量となります。

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605軸方向力によって軸と垂直方向に生じるひずみ度を何というか。

  1. A縦ひずみ度
  2. B横ひずみ度
  3. C斜めひずみ度
  4. Dせん断ひずみ度
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正解:B横ひずみ度

軸方向力によって軸方向に生じるものを縦ひずみ度、軸と垂直方向に生じるものを横ひずみ度といいます。

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606弾性状態にある物体の応力度とひずみ度の比例定数を何というか。

  1. Aポアソン比
  2. Bヤング係数
  3. C断面係数
  4. D降伏係数
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正解:Bヤング係数

応力度とひずみ度との比例定数をヤング係数(弾性係数)といいます。

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607ヤング係数が大きい部材の変形のしやすさについて、正しい説明はどれか。

  1. A小さな力で大きく変形する
  2. B応力度とひずみ度が反比例する
  3. C大きな力でも変形しにくい
  4. D弾性状態を持たない
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正解:C大きな力でも変形しにくい

ヤング係数が大きいほど傾きが大きく、変形しにくい(大きな力で小さな変形)ことを表します。

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608コンクリート円柱供試体(高さ200mm、断面積7,500mm2)に75kNの圧縮荷重を作用させ、軸方向の変形量が0.1mmとなった。このときのヤング係数はおおよそいくらか。

  1. A15000 N/mm2
  2. B25000 N/mm2
  3. C20000 N/mm2
  4. D30000 N/mm2
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正解:C20000 N/mm2

応力度σ=75000N/7500mm2=10N/mm2、ひずみ度ε=0.1/200=0.0005。E=σ/ε=10/0.0005=20000N/mm2となります。

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609コンクリート円柱供試体(断面積7,500mm2)の圧縮強度試験で、供試体が破壊するまでの最大荷重が225kNであった。圧縮強度はいくらか。

  1. A30 N/mm2
  2. B20 N/mm2
  3. C40 N/mm2
  4. D50 N/mm2
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正解:A30 N/mm2

圧縮強度fcは最大荷重Puを断面積Aで割って求めます。fc=225000N/7500mm2=30N/mm2となります。

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610梁部材の構造実験の形式として一般的に行われるものはどれか。

  1. A片持ち梁形式
  2. B両端固定梁形式
  3. C連続梁形式
  4. D単純梁形式
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正解:D単純梁形式

梁部材の構造実験は、単純梁形式で行われるのが一般的です。

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611無筋コンクリート造梁に中央集中荷重を加えた場合の破壊性状として正しいものはどれか。

  1. A上端から引張によりひび割れる
  2. B下端の引張力に抵抗できず脆性破壊を生じる
  3. C上端の圧縮力により圧壊する
  4. D粘り強い破壊性状を示す
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正解:B下端の引張力に抵抗できず脆性破壊を生じる

無筋コンクリート造梁は下端の引張力にほとんど抵抗できず、下端から割れて折れる脆性破壊を生じます。

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612鉄筋コンクリート造梁の降伏荷重を増加させる条件として、有効なものはどれか。

  1. A鉄筋の降伏強度を小さくする
  2. B鉄筋の総断面積を大きくする
  3. Cコンクリートの圧縮強度を極端に下げる
  4. Dコンクリートが先行して降伏するようにする
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正解:B鉄筋の総断面積を大きくする

鉄筋の強度を上げる、鉄筋の断面積を大きくすることが降伏荷重を増加させるのに有効です。

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613鉄筋コンクリート造梁部材の降伏荷重を増加させるための形状的条件として、適当なものはどれか。

  1. A支点間距離を大きくする
  2. B断面の有効高さを小さくする
  3. C支点間距離を小さくする
  4. D梁せいを小さくする
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正解:C支点間距離を小さくする

棒状の材料は短く(支点間距離を小さく)することで曲げようとする力に対する抵抗力が高くなります。

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614梁の断面形状において、曲げモーメントの抵抗力を増加させるために大きくする「応力中心間距離」とは主にどの寸法に関係するか。

  1. A梁幅
  2. B梁せい
  3. C支点間距離
  4. D鉄筋の直径
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正解:B梁せい

梁せいを大きくすることで応力中心間距離が増大し、曲げモーメントの抵抗力が増加します。

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615単純梁に2点集中荷重Pを載荷した実験において、支点から荷重作用点までの区間(AC間)のせん断力の大きさはどうなるか。

  1. Aどの断面においても一定(=P)である
  2. B支点から離れるほど大きくなる
  3. C支点から離れるほど小さくなる
  4. D常にゼロである
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正解:Aどの断面においても一定(=P)である

AC間ではどの断面においてもせん断力Qの大きさは一定(=P)となります。

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616単純梁に2点集中荷重Pを載荷した実験において、支点から荷重作用点までの区間(AC間)の曲げモーメントの大きさはどうなるか。

  1. Aどの断面においても一定である
  2. B支点から離れるほど小さくなる
  3. C支点から離れるほど大きくなる
  4. D常にゼロである
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正解:C支点から離れるほど大きくなる

AC間では支点からの距離が大きいほど、曲げモーメントMは大きく(=P×x)なります。

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617単純梁に2点集中荷重Pを載荷した実験において、2つの荷重作用点間の区間(CD間)のせん断力の大きさはどうなるか。

  1. A生じない(=0)
  2. B一定の値(=P)である
  3. C支点から離れるほど大きくなる
  4. D支点から離れるほど小さくなる
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正解:A生じない(=0)

CD間では反力Pと荷重Pが打ち消し合い、どの断面でもせん断力Qは生じません(Q=0)。

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618単純梁に2点集中荷重Pを載荷した実験において、2つの荷重作用点間の区間(CD間)の曲げモーメントの大きさはどうなるか。

  1. A常にゼロである
  2. B支点から離れるほど大きくなる
  3. C中央に近づくほど小さくなる
  4. D一定の値になる
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正解:D一定の値になる

CD間では外力Mと逆回転のモーメントが働き、曲げモーメントは一定の値になります。

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619曲げモーメントのみが生じて、せん断力が生じていない状態を何というか。

  1. A純曲げ
  2. B純せん断
  3. C等分布曲げ
  4. D完全弾性
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正解:A純曲げ

曲げモーメントのみが生じてせん断力が生じていない状態を「純曲げ」といいます。

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620鉄筋コンクリート構造物のひび割れは、主にどのような力によって生じるか。

  1. A引張力
  2. B圧縮力
  3. Cせん断力のみ
  4. D軸方向力のみ
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正解:A引張力

コンクリートは引張力に弱く、ひび割れはコンクリートが引っ張られること(引張力)によって生じます。

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621梁に曲げモーメントが生じたときに発生する「曲げひび割れ」の方向として正しいものはどれか。

  1. A材軸と平行方向
  2. B材軸に対して45度の斜め方向
  3. C材軸と直交方向
  4. D放射状
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正解:C材軸と直交方向

曲げひび割れは、引張力が作用する側のコンクリートに材軸と直交方向に入ります。

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622片持ち梁に鉛直下向きの荷重が作用した際、曲げひび割れが発生しやすい位置はどこか。

  1. A梁の自由端側の上端
  2. B梁の固定端側の上端
  3. C梁の自由端側の下端
  4. D梁の固定端側の下端
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正解:B梁の固定端側の上端

片持ち梁では固定端側の上端が引っ張られるため、固定端側の上端に曲げひび割れが発生します。

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623地震力などによって部材にせん断力が生じたときに発生する「せん断ひび割れ」の方向として正しいものはどれか。

  1. A斜め方向
  2. B材軸と直交方向
  3. C材軸と平行方向
  4. D表面にのみ円状
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正解:A斜め方向

せん断力が作用するとコンクリート内部に斜め方向に引張力が働き、斜め方向にひび割れが入ります。

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624地震のように左右交互に水平力が作用した場合、短柱のせん断ひび割れはどのように発生するか。

  1. A柱の上端と下端に水平に入る
  2. B柱のほぼ中央部分にXの字に発生する
  3. C柱の片側のみに垂直に入る
  4. D発生しない
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正解:B柱のほぼ中央部分にXの字に発生する

左右の水平荷重が作用した場合、短柱のせん断ひび割れは柱のほぼ中央部分にXの字に発生します。

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625日本の構造設計における曲げモーメント図の描き方のルールとして、正しいものはどれか。

  1. A部材の圧縮側に描く
  2. B常に直線状に描く
  3. C曲げモーメントが最小の箇所が山の頂点になる
  4. D部材の引張側に描く
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正解:D部材の引張側に描く

曲げモーメント図は部材のどこに引張力が生じるのかがわかるよう「部材の引張側に描く」ルールがあります。

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626単純梁に等分布荷重が作用した場合の曲げモーメント図の形状として正しいものはどれか。

  1. A直線状(三角形)
  2. B一定の長方形
  3. C波形
  4. D曲線状(放物線)
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正解:D曲線状(放物線)

等分布荷重が作用する場合、曲げモーメント図は曲線状に変化し、中央が山の頂点となります。

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627鉛直方向下向きの荷重によって単純梁に生じるせん断ひび割れの形状として、最も適当な表現はどれか。

  1. A垂直に多数入る
  2. Bハの字に入る
  3. CXの字に入る
  4. D逆ハの字に入る
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正解:Bハの字に入る

鉛直方向下向きの荷重によって単純梁に生じるせん断ひび割れは、両端付近でハの字に発生します。

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