こちらの記事では、ピン接合と剛接合の違いについてご紹介いたします。

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ピン接合とは

ピン接合とは部材の接合部の節点が回転するように接合する方法です。

ピン接合は部材同士を一体化させずに留める接合方法で、金属造や木造、ブレース構造やトラス構造の構造物の接合に採用されています。

また、ピン接合は接合部が自由に回転するため、曲げモーメントが発生しないなどのメリットがあります。ピン接合とは反対に、部材の接合部分がしっかりと固定されているものを「剛接合」と呼びます。

剛接合とは

剛接合とは部材同士を一体化するように接合する方法です。

柱と梁などの部材を一体化するように接合していることから、外力が加えられても接合部は変形しないという特徴があります。また、柱や梁には曲げモーメントやせん断力、軸力が発生します。

剛接合で構築された建築物は非常に強い耐震力を持っているというメリットがあり、主にラーメン構造の構造物に採用されています。

ピン接合の構造

ピン接合は曲げモーメントが発生しない接合方法です。

ピン接合は柱と梁を一体化させず、接合部が蝶番のように回転するのが特徴です。曲げモーメントが発生しないことから構造も非常に明快かつ簡単な設計が可能で、ブレース構造やトラス構造などに採用されています。

また、地震力を負担する必要がない小梁や、曲げモーメントを伝えたくない間柱などにも採用されています。

ブレース構造とは

ブレース構造はブレースと呼ばれる斜め部材によって地震力を負担させる構造形式です。

ブレース構造は柱と梁をピン接合し、さらにブレースを使用して部材同士をタスキ掛けのように補強しています。そのため曲げモーメントが発生せず、軸力によって荷重を負担できる合理的な設計になっています。

ブレース構造では柱と梁、ブレースによって三角形が作られることにより、小さな部材でも大きな力を伝達することが可能です。

剛接合の構造

剛接合は部材同士を溶接することで強固な枠を作る接合方法です。

剛接合では突き合わせ溶接によって柱と梁の鉄骨同士を一体化するのがもっとも一般的で、梁同士を一体化させる場合には梁継手と呼ばれるプレートの上からボルトで留める方法で剛接合が行われます。

剛接合はラーメン構造の建築物に用いられており、接合部が変形しない点が特徴です。ただし、地震などで外力が加わった場合は柱や梁などに変形が発生しやすくなります。

ラーメン接合とは

ラーメン構造は近代建築でもっとも一般的な構造方法です。

ラーメン構造の名前の由来はドイツ語の「Rahmen」で、日本語では「枠」や「額縁」などの意味を持ちます。その言葉のとおり、剛接合によって強固な枠を作るのがラーメン構造の特長です。

ブレース構造のように斜め部材が入らない事から間口を広く使用することができ、マンションや公共の建物などに広く採用されています。

ピン接合と剛接合の納まりの違いについて

ピン接合と剛接合にはどのような納まりの違いがあるのでしょうか。

「納まり」とは部材の接合部分を指す建築用語となっており、建築現場では「取り合い」も納まりと同様の意味で使用されます。

ここまでご紹介したとおり、ピン接合と剛接合は全く違う手法で部材同士を接合していますが、納まりにはどのような違いがあるのでしょうか。ここではピン接合と剛接合の納まりの違いについてご紹介しますので、ぜひ参考にしてみてください。

ピン接合の納まりの場合

ピン接合の柱と梁、梁と梁の納まりについてご紹介します。

ピン接合の接合部納まりは、剛接合が柱と梁の接合であるのに対して、大梁と小梁の接合であるケースが多いです。また、剛接合の突き合わせ溶接に対して、ピン接合では鋼板同士を重ねたり直角に配置したりして溶着する「隅肉溶接」がポイントとなります。

ここではまずはピン接合の接合納まりについてご紹介していきます。

梁と梁

ピン接合の梁と梁の接合納まりは、ガセットプレートを取り付けた部材の反対側にリブプレートを取り付けるのが一般的な方法です。

梁と梁をピン接合する場合も、前述の柱と梁を接合する場合とほぼ同じです。ただし、ガセットプレートの反対側には補強用のプレートであるリブプレートを付けます。

リブプレートはガセットプレートの反対側に取り付けるだけでなく、柱脚のベースプレートの補強を目的として取り付けられます。

柱と梁

ピン接合の柱と梁の接合納まりは、「隅肉溶接」と「高力ボルト接合」を基本としています。

「隅肉溶接」とは鋼板同士を重ねたり、逆T字のように直角に配置したりして溶着する方法です。ピン接合では柱に対してガセットプレートを隅肉溶接して取り付け、さらに高力ボルトによってガセットプレートと梁のウェブを留めます。

このように、ピン接合の柱と梁の接合は剛接合と比較して簡単な接合方法となっています。

剛接合の納まりの場合

剛接合の柱と梁、梁と梁の納まりについてご紹介します。

基本的に柱と梁の接合ならかならず剛接合となります。また、片持ち梁、片持ち柱にするケースも剛接合でしっかりと接合します。

また、剛接合でのポイントは部材同士を一体化させるための溶接です。ここでは剛接合の接合納まりについてご紹介していきますので、ぜひピン接合との違いについて参考にしてみてください。

梁と梁

剛接合の梁と梁の接合納まりも突き合わせ溶接を基本としています。

梁と梁の剛接合も柱と梁のケースと同様に突き合わせ溶接を行います。たとえば直交する梁と段差がない場合、梁同士のフランジを突き合わせ溶接します。

また、段差が100ｍｍ以上ある場合にはプレートを取り付けて突き合わせ溶接を行います。段差が100ｍｍ以下の場合は、梁にハンチを取り付け、大きい梁の下フランジに突き合わせ溶接を行います。

柱と梁

剛接合の柱と梁の接合納まりは突き合わせ溶接を基本としています。

剛接合で柱と梁を接合する場合、通しダイアフラムという手法によってダイアフラムと梁フランジを突き合わせ溶接し、さらに梁ウェブと鋼管板を隅肉溶接で接合します。

また、剛接合には梁継手という接合納まりもあり、梁同士と一体化させる場合に用いられます。こちらは溶接ではなく、プレート上から高力ボルトでウェブなどを留めています。

半剛接合とは

半剛接合とは剛接合とピン接合の中間の接合方法です。

回転しない剛接合、回転するピン接合に対し、半剛接合は回転に対して抵抗はしますが回転します。

回転への抵抗のことを「バネ定数」と呼びますが、剛接合は無限大、ピン接合は0、半剛接合は具体的な数値が入ります。

半剛接合の実用例

半剛接合は露出柱脚や杭頭などに用いられています。

露出柱脚は回転への抵抗性は低いですが0ではありません。また、杭頭も一般的には剛接合で設計しますが、ピン接合や半剛接合で設計するケースもあります。

たとえば鉄骨小梁の接合部は、ピン接合としてモデル化していても実際は半剛接合となっています。

ピン接合と剛接合の違いを理解しよう

建築物の構造に合わせて接合方法も異なります。

ぜひこの記事でご紹介したピン接合や剛接合の概要やそれぞれの構造、ピン接合と剛接合の納まりの違い、中間的な接合方法である半剛接合などを参考に、どのような接合方法があるのか理解を深めてみてはいかがでしょうか。

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