二級建築士 過去問
令和2年(2020年)
問54 (学科3(建築構造) 問4)
問題文
図のような曲げモーメント図となる静定ラーメンにおいて、受けている外力の大きさとして、正しいものは、次のうちどれか。ただし、曲げモーメント図は、材の引張側に描くものとする。
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問題
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二級建築士試験 令和2年(2020年) 問54(学科3(建築構造) 問4) (訂正依頼・報告はこちら) (新しいタブで開く)
図のような曲げモーメント図となる静定ラーメンにおいて、受けている外力の大きさとして、正しいものは、次のうちどれか。ただし、曲げモーメント図は、材の引張側に描くものとする。
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この過去問の解説 (3件)
01
正解は5です。
B点のモーメントが4Pとなっていることより、
A点の水平反力HAは次式で求められます。
MB=HA×4=4P
HA=P(右向き)
水平反力のつり合い条件式により
F点の水平反力HF=P(左向き)となるため、
この時点で選択肢2,4は誤りとわかります。
次にE点のモーメントが2Pとなっていることより、
次式でA点の垂直反力VAを求める事ができます。
ME=ーP×4+VA×2=2P
2VA=2P+4P
VA=3P(上向き)
次にD点のモーメントが0となっていることより、
E点の外力をXPと仮定し次式で求めます。
MD=3P×4ーXP×2ーP×2=0
12Pー2XPー2P=0
2XP=10P
X=5
よってE点の外力は5P(下向き)とわかったため、
選択肢5が正解です。
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02
正解は5です。
曲げモーメントを元に静定ラーメンが受けている外力を求める問題です。
まずラーメンの右側と左側で分断して左側の垂直反力VA を求めましょう。
ΣME = -ME + VA × 2m -P × 4m
= -2P + 2VA - 4P
= -6P + 2VA
VA = 3P
次にD点のモーメント0を元にE点にかかる反力を求めます。
先程、求めた垂直反力VA を利用するためD点を中心とします。
ΣMD = 3P × 4m -E × 2m -P × 2m
= 12P - 2E - 2P
= 10P - 2E
VE = 5P
以上のことより選択する図形は5となります。
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03
正しい選択肢は、E点に下向き5P、F点に左向きPの外力が作用している図です。
この問題では、曲げモーメント図に示されたB点の4P、E点の2Pを使って支点反力を求め、その後、力とモーメントのつり合いから外力を求めます。図では、AB=CD=4m、BC=4mで、E点はBCの中央、F点はCDの中央にあります。
まず、B点の曲げモーメントは4Pです。
A点の水平反力をH_Aとすると、A点からB点までの高さは4mなので、
4H_A=4P
したがって、
H_A=P
となります。
水平方向の力は全体でつり合う必要があるため、F点にはこれと反対向きの、
左向きP
の外力が作用します。
次に、A点の鉛直反力をV_Aとします。
E点で左側の部分を考えると、E点の曲げモーメントは2Pなので、
-P×4+V_A×2=2P
となります。
これを解くと、
-4P+2V_A=2P
2V_A=6P
V_A=3P
となります。
最後に、E点の下向きの外力をXPとして、D点まわりのモーメントのつり合いを考えます。
D点では曲げモーメントが0なので、
3P×4-XP×2-P×2=0
12P-2XP-2P=0
10P=2XP
X=5
となります。
したがって、E点に作用する外力は、
下向き5P
です。
以上から、
E点:下向き5P
F点:左向きP
となります。
この図は正しくありません。
F点の左向きPは、B点の曲げモーメント4Pから求められる条件と合っています。
しかし、E点の外力は3Pではありません。
D点まわりのモーメントを確認すると、
3P×4-3P×2-P×2
=12P-6P-2P
=4P
となり、0になりません。
したがって、E点の外力3Pが誤りです。
この図は正しくありません。
B点の曲げモーメントは4Pなので、A点の水平反力は、
4P÷4=P
でなければなりません。
そのため、水平力のつり合いから、F点の外力も左向きPである必要があります。
左向き0.5Pではつり合いません。
また、E点の外力も計算すると5Pになるため、4Pではありません。
この図は正しくありません。
F点の左向きPは合っています。
しかし、E点の外力を4PとしてD点まわりのモーメントを確認すると、
3P×4-4P×2-P×2
=12P-8P-2P
=2P
となり、0になりません。
したがって、E点の外力は4Pではなく5Pです。
この図は正しくありません。
E点の下向き5Pは合っています。
しかし、B点の曲げモーメント4Pから求めると、A点の水平反力はPです。
そのため、水平方向のつり合いからF点の外力は、
左向きP
でなければなりません。
したがって、左向き0.5Pとしている点が誤りです。
この図が正しいです。
B点の曲げモーメント4Pから、
A点の水平反力=P
となるため、F点には左向きPが作用します。
また、E点の曲げモーメント2Pから、
A点の鉛直反力=3P
となります。
さらにD点まわりのモーメントのつり合いから、
E点の外力=下向き5P
と求められます。
曲げモーメント図とすべてのつり合い条件が一致します。
この問題では、曲げモーメントの大きさから支点反力を逆算し、最後に外力を求めることがポイントです。
B点の曲げモーメント4Pから、
水平反力=P
となり、F点の外力は左向きPと分かります。
次に、E点の曲げモーメント2Pから、
A点の鉛直反力=3P
を求めます。
そしてD点まわりのモーメントのつり合いから、
E点の外力=下向き5P
となります。
したがって、正しい外力は、E点に下向き5P、F点に左向きPです。
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