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剛接合とは?剛接合とピン接合の違い、剛接合の特徴や種類を解説

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建築物が風や地震による揺れに耐えるためには、柱や梁の接合部が大切になってきます。耐震性の高い建築物には、「剛接合」という接合方法が用いられている場合が多いです。
この記事では、剛接合の特徴やメリット・デメリット、剛接合と同じくらいポピュラーな接合方法である、ピン接合との違いについて解説していきます。

剛接合とは?特徴は「耐震性が高い」

「剛接合」とは部材の接合形式の一種で、柱と梁(はり)が一体化するように溶接して接合する方法です。読み方は「ゴウセツゴウ」と言います。

剛接合では部材同士が一体化しており、たとえ骨組みに力が加わって部材が変形しても、接合部は変形しません。そのため、地震などの外力が加えられてもグラつきにくくなっており、耐震性が高いという特徴があります。

剛接合とピン接合の違い

接合方法には、剛接合のほかにピン接合というものが存在します。こちらではピン接合の特徴から、剛接合とピン接合の違いについて解説していきます。

ピン接合とは

ピン接合は柱と梁を一体化させず、部材同士を留める接合方法です。接合部が蝶番のように回転するのが特徴で、曲げモーメントを伝えないという特徴があります。

曲げモーメントが発生しないことから、耐震性を気にしない小梁や、曲げモーメントを伝えたくない間柱、ブレース構造やトラス構造の場合には、ピン接合が用いられます。

※曲げモーメントとは?

曲げモーメントとは、部材を曲げようとする力のことです。引っ張る力と圧縮する力が働いて、部材を湾曲させるイメージです。

剛接合との違い

ここまでは、剛接合とピン接合の特徴についてまとめました。こちらでは、剛接合とピン接合の違いについて、簡潔に表にまとめています。

剛接合ピン接合
接合方法柱と梁の部材同士を一体化する接合方法柱と梁を一体化せずに、部材同士を留める接合方法
特徴・耐震性が高い
・水平荷重(建築物に対して横方向からかかる外力)に強く、台風や地震に強い
・部材が変形しても、接合部分は変形しない
・接合部が蝶番のように回転する
・曲げモーメントが伝わりにくい
・耐震性を気にしない小梁や、曲げモーメントを伝えたくない間柱に用いられる
どの構造に用いられているか?ラーメン構造ブレース構造、トラス構造

※ラーメン構造とは?

建物の構造形式のひとつで、間口を広く取れるのが特徴です。マンションや公共の建築物など、様々な建築物に採用されています。

※ブレース構造とは?

ブレース構造とは骨組みにブレースを配して、風や地震などの水平力を抵抗させる構造のことです。

※トラス構造とは?

トラス構造とは、複数の三角形による骨組構造のことです。接合部は、ピンやボルトなどで結合されています。

剛接合のメリット

剛接合のメリットは、耐震性が高いため耐力壁やブレースが必要ないことと、仕切りのいらない広い空間を作り出せることです。

メリット①:耐力壁やブレースが必要ない

剛接合で造られた建築物は耐震性が高いため、耐力壁(耐震壁)やブレースと呼ばれる、柱と柱の斜めに取り付ける筋交いが必要ありません。

耐震化が進み古いマンションなどは、大規模なブレース(筋交い)工事をしているところを見かけます。ブレース工事は騒音や振動の問題があり、工事期間中はまともに暮らすこともできないことがあります。

メリット②:仕切りのいらない広い空間を作り出せる

ピン接合を採用したブレース構造の建築物だと、柱や梁だけでなく斜め材であるブレースを使用します。そのため大きな窓の取り付けや、広い空間の使用ができません。

一方、剛接合で建築された建築物はそのような心配とは無縁で、柱や梁は太くなりますが、仕切りのない広い空間を作り出すことができます。そのため、ラーメン構造と呼ばれる構造形式に、剛接合の接合方法がよく採用されています。

剛接合のデメリットは、柱や梁の部材が大きくなる

剛接合の建築物は、柱と梁だけで水平荷重に耐える構造になっています。そのため柱や梁の部材が大きくなり、建築費用が高くなりがちです。また柱や梁などには、曲げモーメントが発生することもあり、ケースによっては部材が変形する場合もあります。

剛接合の種類は「機械的接合方法」「冶金的接合方法」「梁継手」の3つ

剛接合にも種類があり、主に以下の3つの方法が存在します。

  • 機械的接合方法
  • 冶金的接合方法
  • 梁継手

こちらでは、この3つの接合方法について詳しく解説していきます。

機械的接合方法

機械的接合方法とはネジやボルト、おりこみやカシメなどを使って、部材同士をつなぎ合わせる接合方法です。組立てや解体が比較的簡単で、強度も高いのが特徴です。

機械的接合方法には、ボルト接合やピン接合の接合方法があります。剛接合に該当するのは、高力ボルトを使用したボルト接合です。

高力ボルト接合については、こちらの記事でも詳しく解説しています。

冶金的接合方法

冶金的接合方法とは、一言で言ってしまえば「溶接接合」で、融解や圧力などを利用して部材同士を接合する方法です。溶かして一体化させる方法になるので、部材同士の繋ぎ目が強固なものになります。

鋼材の接合方法として最も利用されている方法です。最小でも3tfの耐力を持つ継目を設ける必要があります。

梁継手

梁継手とは、梁同士を一体化させる継手の剛接合のことです。梁同士を一体化させる継手のため、プレート上から高力ボルトでウェブを留めることで接合します。大梁に設けられる高力ボルト摩擦接合による剛接合のことを、梁継手と指すのが一般的です。

建築用コンテナでは剛接合が用いられています

弊社が企画から施工まで行った宿泊施設「コンテナワークスin山中湖」にも剛接合は使われています。上の写真は施工途中のもので、ISO海洋輸送用コンテナと同サイズ、JIS鋼を使い、JIS認定工場で剛接合(溶接)が行われたラーメン構造の建築用コンテナです。

剛接合のラーメン構造であることで初めて建築用としての十分な強度が保たれ、窓や出入り口などの開口部を設けても強度に心配がない状態が生まれるのです。

まとめ

剛接合は水平荷重に強く、台風や地震にも高い耐震性を誇る接合方法です。ラーメン構造を採用する際には、剛接合が用いられます。また、柱と梁が一体化するように溶接するため、仕切りのいらない広い空間を作り出せるのも特徴的です。

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