ダイアフラムとは？鉄骨柱に必要な理由【建築用語を図解】
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ダイアフラムは「鉄骨造の柱と大梁の接合部を一体化するための鋼板」です。極めて簡単にいうと、鉄骨柱が壊れないように（専門的にいうと力を伝達させるため）必要な鋼板です。
上図のように、柱を輪切りにして「ダイアフラムを通して梁と接合」したものを「通しダイアフラム」といいます。
また、それぞれ下記のように溶接を行い、柱、ダイアフラム、大梁を一体化します。
- ・ダイアフラムと大梁のフランジは突合せ溶接
- ・大梁ウェブと鉄骨柱は隅肉溶接
- ・ダイアフラムと柱は突合せ溶接
ダイアフラムは鉄骨造の柱と梁の接合部で必ず必要です。今回は、ダイアフラムの意味、鉄骨柱になぜ必要か、図解でわかりやすく解説します。
通しダイアフラムとは？内ダイアフラムとの違い、メリット、板厚、材質は？
ダイアフラムはなぜ必要か？
鉄骨柱と大梁を接合するとき、仮にダイアフラム無しでそのまま接合すると、大梁による応力で鉄骨柱が壊れます。
そのため鋼管の内側、あるいは外側には、鋼管が潰れてしまわぬようダイアフラムを付けます。
壊れてはまずいので、大梁による応力を負担できるようダイアフラムを設けるのです。
一般に、鉄骨柱は「角形鋼管」という中が空洞の箱形状の鋼材を使います。中が空洞なので、鋼管の板を空洞に向かって押したり、引っ張る力に弱いです。
トイレットペーパーの芯をイメージすると理解しやすいですね。手で握れば簡単にクシャと潰れます。
床の重さを支える大梁には、曲げモーメントが作用しています。このとき、梁の上下フランジには大きな圧縮力と引張力が生じます。
よって、柱と梁をそのまま接合すると、下図に示すように圧縮力と引張力により、鋼管の板が大きく変形します。
これを防ぐためには梁のフランジに生じる圧縮力、引張力に抵抗できるよう、柱を補強すべきで、そのための部材がダイアフラムです。
ちなみに上図に示すダイアフラムの形式を「内ダイアフラム」といいます。
余談ですが、一般的なラーメン構造は、柱を角型鋼管、梁をH型鋼とします。なぜかというと、角型鋼管は断面に方向性がありません。
つまり、どの方向から地震力が作用しても断面性能に違いが無いのです。この性質は柱にとって好都合です。
また角型鋼管は、H型鋼のような開放型断面に比べて断面性能も高い。
そのため柱は角型鋼管が用いられます。梁はH型鋼を用いますが、やはり梁として断面性能が高いこと、納まりが良く鋼材量が減るために用いられます。
ダイアフラムは取り付け方および力の伝達メカニズムに応じて３種類あります。冒頭で解説した「通しダイアフラム」、前述した「内ダイアフラム」、「外ダイアフラム」です。
これらはあまり難しく考えなくても、これは鋼管の内側か外側に付くのかという違いで、柱と梁を一体化する、および中空の鋼管が潰れないためという目的は同じです。
なお、ダイアフラムにはSN490Cという鋼材を用います。SN490Cの特徴は、下記が参考になります。
SN490Cとは？1分でわかる規格、厚さ、重量、特徴、SN490Bとの違い
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ダイアフラムの種類と特徴
ここではダイアフラムの３つの種類について説明します。
通しダイアフラム
通しダイアフラムは、現在最も主流な方式です。納まりが簡単で明快な点が好まれています。下図をみてください。
角型鋼管ををぶつ切りにして、ダイアフラムを取り付けます。ダイアフラムと鋼管は突合せ溶接により一体化されます。
さらに、ダイアフラムと梁のフランジを突合せ溶接で一体化します。
これが通しダイアフラムと呼ばれる形式です。ダイアフラムは厚い鋼板とし、梁フランジ厚の２サイズアップが原則です。通しダイアフラムの詳細は下記も参考になります。
通しダイアフラムとは？内ダイアフラムとの違い、メリット、板厚、材質は？
内ダイアフラム
次に内ダイアフラムです。この形式は、鋼管の内側にダイアフラムを溶接する方法です。下図を見てください。
内ダイアフラム形式にすると、見た目はスッキリするのですが、ダイアフラムを鋼管内部に溶接するので少し面倒ですね。
外ダイアフラム
外ダイアフラムは、溶接が面倒なこと力の伝達が難しいなど、積極的に採用されない方法です。下図を見てください。
鋼管外側周囲とダイアフラムを一体化し、ダイアフラムと梁フランジを一体化する方式です。
御覧の通り、ダイアフラムの断面積（オレンジの部分）は、先に説明した方式よりも少ないですね。
そのため、外ダイアフラムはダイアフラムが大きくて不格好な納まりです。
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ダイアフラムの納まりで注意すべき点
ここではダイアフラムの納まりで注意すべき点を２つまとめました。
梁に段差がある場合
梁に段差がある場合、ダイアフラムの納まりに注意が必要です。下図を見てください。
梁に段差がある場合、梁段差の距離Δｔの大きさが重要です。一般的には100～150ｍｍ以上無ければ内ダイアフラムの溶接ができないと言われています。
要するに、中途半端な梁段差はダメ。段差をつけるなら極端につけるべきです。
このように鉄骨造では、納まりによって梁断面が左右されることもあります。
内ダイアフラムを入れることが困難な場合、ハンチを付けます。ハンチの詳細は、下記が参考になります。
斜めの梁をダイアフラムで受ける場合
もう１つ注意したい点は、斜めの梁を受けるダイアフラムです。
ダイアフラムの厚みは、梁フランジの２サイズアップと説明しました。一般的な納まりの場合、その通りですが斜め梁を受けるなら、少し様子が違います。下図を見てください。
梁が斜めで、ダイアフラムは水平の向きです。そうなると、梁フランジの板厚は見かけより大きくなります（ちくわを真っすぐ切るのと、斜めに切るのでは、長さが違いますよね？）。
そのためダイアフラムを余分に厚くしないと、梁フランジを受けきれないのです。
まとめ
今回はダイアフラムについて説明しました。ダイアフラムは「鉄骨造の柱と大梁の接合部を一体化するための鋼板」です。
極めて簡単にいうと、鉄骨柱が壊れないように（専門的にいうと力を伝達させるため）必要な鋼板です。
今回の記事を読めばダイアフラムの概要は一通りマスターできると思います。通しダイアフラムの厚みの設定など、下記も勉強すると良いですね。
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