二級建築士 過去問
平成30年(2018年)
問55 (学科3(建築構造) 問5)

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問題

二級建築士試験 平成30年(2018年) 問55(学科3(建築構造) 問5) (訂正依頼・報告はこちら)

図のような外力を受ける静定トラスにおいて、部材A、B、Cに生じる軸方向力の組合せとして、正しいものは、次のうちどれか。ただし、軸方向力は、引張力を「+」、圧縮力を「−」とする。
問題文の画像
  • A:+12kN  B:+6√3kN  C:0kN
  • A:+12kN  B:ー6√3kN  C:0kN
  • A:ー12kN  B:+6√3kN  C:+6kN
  • A:+6kN  B:ー3√3kN  C:0kN
  • A:−6kN   B:+3√3kN  C:ー6kN

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この過去問の解説 (3件)

01

トラス架構の計算を求める設問になります。

• Cの部材について
C材の下の接点は、垂直反力を受ける部材が存在しないので、力が生じていないことになります。
C材は 0 kNとなります。

• Aの部材について
左の接点について、垂直の反力Paを求めます。
   6 = Pa/2
   Pa = 12(引張)
A材は +12 kN となります。

• Bの部材について
三角関数を用いて求めます。
   Pb = 6√3(圧縮)
B材は -6√3 kN となります。

 よって、2.が正解になります。

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02

正解は2です。


軸方向力が0となる部材を見つけていきます。
形としては、材がL字型やT字型で、向かい合う反力もしくは部材がない場合が0部材になります。
今回、C材は向かい合う反力や部材がないT字型となっているため、0部材となります。
よって、C材は 0kN となります。

AとBの軸方向力を出すために、クレモナ法という解法を使って解きます。
クレモナ法では、支点に働く力を平行移動させ材とその力とで三角形を作ります。
その三角形において、力はそれぞれ向きが一周するような向きとなり、大きさも長さの比と同じになります。

今回の場合、左下の点に作用する 6kN を右にずらしA材とB材と力とで三角形を作ります。
この三角形の比は、
力:A:B = 1:2:√3 です。
力に 6kN を代入すると
6:12:6√3 となります。

したがって、Aは+12kN、Bは−6√3kN、Cは0kNとなります。

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03

正しい組合せは、A:+12kN B:-6√3kN C:0kNです。

図の左端の節点に注目すると、部材Aは水平に対して30度傾いています。また、中央下の節点では、左右の水平材が一直線上にあり、そこに外力が作用していないため、部材Cは軸方向力が0となる部材です。

左端の節点について力のつり合いを考えると、

Aの鉛直成分=6kN

A×sin30°=6

A×1/2=6

したがって、

A=+12kN

となります。

さらに水平方向では、

B+A×cos30°=0

B=-12×√3/2

よって、

B=-6√3kN

となります。

「+」は引張力、「-」は圧縮力を表すので、Aは引張、Bは圧縮、Cは0です。

選択肢2. A:+12kN  B:ー6√3kN  C:0kN

この組合せが適当です。

まず、図から部材Aの傾きを求めます。

水平距離が2√3m、高さが2mなので、

tanθ=2/(2√3)=1/√3

より、

θ=30度

です。

左端の節点の鉛直方向のつり合いから、

A×sin30°=6

A×1/2=6

よって、

A=12kN

です。引張力なので、

A=+12kN

となります。

次に水平方向のつり合いから、

B+12×cos30°=0

B+12×√3/2=0

よって、

B=-6√3kN

です。

また、中央下の節点では、左右の水平材が一直線上にあり、外力がありません。そのため、そこから縦に伸びる部材Cには力が生じず、

C=0kN

となります。

まとめ

この問題では、節点ごとの力のつり合い零部材の見つけ方がポイントです。

まず、中央下の節点では、

左右2本の部材が一直線上にある

節点に外力がない

という条件から、

C=0kN

と判断できます。

次に左端の節点では、部材Aが水平から30度傾いているので、

A×sin30°=6

より、

A=+12kN

です。

さらに、

B=-A×cos30°

=-12×√3/2

-6√3kN

となります。

したがって、正しい組合せは、

A:+12kN  B:-6√3kN  C:0kN

です。

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