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)
問題文
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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)
- 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
• 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
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。
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。
この問題では、節点ごとの力のつり合いと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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