剛接合とピン接合の違いとは？曲げモーメント伝達・構造形式の使い分けを解説

この記事の要点

剛接合＝部材同士を一体化する接合（突合せ溶接）→ ラーメン構造・曲げ/せん断/軸力が発生

ピン接合＝曲げモーメントを伝達しない接合（隅肉溶接＋高力ボルト）→ ブレース構造

ピン接合の問題点：変形しやすいためブレースで剛性を確保する必要がある

梁と梁の剛接合：段差100mm以上はプレート接合、100mm以下はハンチで対応

この記事では、剛接合とは何か、ピン接合とどう違うのか、曲げモーメント伝達の有無はどう影響するのか、構造形式の使い分けはどうするのかを整理します。

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剛接合とピン接合、一体どういう意味でしょうか。また、両者の納まりや構造性能は、どう違うのでしょう。

タップできる目次

剛接合とは？
ピン接合とは？

建築設計(意匠、構造、設備設計など)の実務をしていると、毎日のように「剛」とか「ピン」という言葉を聞きます。それほど基本的な知識です。今回は剛接合とピン接合について説明します。

剛とピンの中間的な接合方法を「半剛接合」といいます。半剛接合の意味は、下記が参考になります。

半剛接合とは？意味・計算方法と剛接合・ピン接合との違い（鉄骨造・杭頭）

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剛接合とは？

剛接合とは、簡単に言えば「部材同士を一体化する接合方法」です。そもそも「接合」という用語には「つなぎ合わせること。くっつくけること」という意味があります。

そこに「剛」という言葉が加わったのは、「一体化する」という意味があるからです。例えば柱と梁。この異なる部材同士を一体化させること。これが剛接合です。

柱と梁を剛接合する構造形式が、ラーメン構造です。ラーメン構造の詳細は、下記が参考になります。

ラーメン構造とは？1分でわかる意味、特徴、由来、メリットとデメリット

剛接合はなぜ必要？剛接合の構造性能

では、なぜ剛接合が必要でしょうか。

さて建物を構成する構造部材には、とても対照的な２つの構造形式があります。それが

ブレース構造
ラーメン構造

です。

ブレース構造は、後述するピン接合で成立する構造形式です。軸力のみ発生するので合理的な設計が可能です。詳細は下記の記事を参考にしてください。

ブレース構造とは？ラーメン構造との違い・種類と地震力の負担メカニズム（設計上の特徴）

一方ラーメン構造は、柱と梁を一体化（すなわち剛接合）することで、抵抗する構造形式です。

柱と梁には曲げモーメント、せん断力、軸力が発生します。

ブレース構造に比べ、合理性の面では劣りますが、ブレースを入れる必要が無い分、空間を最大限利用できるメリットがあります。

この広々とした空間にできるメリットが支持され、現代建築の種類は「ラーメン構造」です。そしてラーメン構造にするためには柱と梁を一体化します。一体化するためには「剛接合」が必要なのです。

あるいは片持ち梁、片持ち柱にする場合も剛接合にします。

下記がラーメン構造について参考になります。気になる方は合わせて読んでみてください。

ラーメン構造とは？1分でわかる意味、特徴、由来、メリットとデメリット

柱と梁を剛接合するときの納まり

では具体的に、部材同士を一体化するにはどうすればよいのか。キーワードは「溶接」です。下図を見てください。これは一般的な柱と梁の剛接合の納まりを描いています。

柱に対して梁が取り付いています。これは通しダイアフラムという形式で、梁フランジとダイアフラムを突き合わせ溶接で一体化し、梁ウェブと鋼管板を隅肉溶接で接合しています。ダイアフラムの意味は、下記が参考になります。

ダイアフラムはなぜ必要か？覚えるべきたったの3つの種類と特徴

突き合わせ溶接は、鉄骨同士を一体化する溶接方法で、剛接合にする最も一般的な方法です。隅肉溶接、突合せ溶接の意味は、下記が参考になります。

溶接の種類と、隅肉溶接、突き合わせ溶接の特徴

さて、上図の右側をみると「梁継手」と書いてあります。実はこれも、剛接合の１つです。同じ梁同士を一体化させる場合、プレートの上から高力ボルトでウェブやフランジを留めます。

溶接すれば良いじゃないか、と思うかもしれませんが、これには理由があります。鉄骨部材は比較的スパンが長いものが多く、あまり部材の長さが大きいとトラックに載せられないからです。そのため柱に剛接合する梁は、継手をつくって現場でボルトを留めます。

鉄骨の梁継手の詳細は、下記の記事が参考になります。

鉄骨の継手とは？高力ボルト・溶接による設計と保有耐力接合・SCSS-H97

梁と梁を剛接合する納まり

梁と梁を剛接合する場合もあります。但し、剛接合の基本は変わりません。「突合せ溶接」です。

下図をみてください。３つの「梁と梁の剛接合」を示しました。まずは剛接合する梁同市に段差がない場合です。

このように梁同士のフランジを突合せ溶接します。ウェブは隅肉溶接です。

次に梁の段差が100ｍｍ以上の場合です。フランジを突合せ溶接するのは変わりませんが、下端に段差があるため、プレートを取り付けて溶接します。

梁の段差が100ｍｍ以下なら、梁にハンチをつけて大きい梁の下フランジに溶接します。ハンチをつくると弱くなるので、図のようにプレートをあてて補強してください。

ピン接合とは？

ピン接合とは、「一体化はしないが、部材同士を留める」接合方法です。構造的にいえば、接合部が回転し、曲げモーメントを伝えません。

小梁や間柱などの二次部材、ブレース構造やトラス構造の接合部は、ピン接合とします。小梁、トラス構造の意味など下記が参考になります。

1分で分かる小梁の特徴と目的

トラス構造とは？強さの理由・メリット・デメリット・計算法を解説

ピン接合はなぜ必要？ピン接合の構造性能

ピン接合がなぜ必要かといえば、まさに前述したことです。ピン接合となる部分は蝶番ように回転するので、曲げモーメントが発生しません（しかし回転するので変形は大きくなります）。

接合部に曲げモーメントが発生しないことは、簡単で明快な構造設計が可能です。例えば地震力を負担しなくて良い小梁（二次部材など）は、ピン接合にします。他にも間柱や耐風梁など「あえて曲げモーメントを伝えたくない箇所」にはピン接合を採用します。

柱と梁のピン接合の納まり

ピン接合は曲げモーメントを伝達しない接合方法です。つまり部材同士を一体化する突き合わせ溶接ではなく、「隅肉溶接」と「高力ボルト接合」が基本です。下図を見てください。

まず柱に対してがセットプレートを隅肉溶接して取り付けます。図面ではGPLと描きます。実務ではブラケットとも言います。このガセットプレートと梁のウェブを高力ボルトで留めます。

このようにピン接合は、剛接合に比べると簡単な接合方法です。また曲げモーメントを伝達しないので、構造設計が簡単かつ明快になります。

高力ボルト接合、溶接接合の意味は、下記が参考になります。

高力ボルトとは？読み方・種類（F10T・S10T）・規格・摩擦接合の特徴

溶接の種類と、隅肉溶接、突き合わせ溶接の特徴

ただ問題もあります。ピン接合部は曲げモーメントが発生しない分、変形します。例えば、柱と梁をピン接合で繋いだ建物は、地震や風が吹いた途端に倒れてしまいます。ですから前述したブレースを配置して、剛性（構造物の固さ）を高める工夫をします。

梁と梁のピン接合の納まり

下図は梁同士をピン接合で留める納まりです。柱と梁を留める場合と基本は同じです。ただガセットプレートを取り付けた反対側の面には、リブプレートを付けるのが一般的です。

リブプレートの意味は、下記が参考になります。

スチフナーってなに？1分でわかる意味と、目的

混同しやすい用語

【剛接合】と【ピン接合】の違い：剛接合は突合せ溶接で部材を一体化し、曲げモーメント・せん断力・軸力をすべて伝達します（ラーメン構造）。

ピン接合は隅肉溶接と高力ボルトで接合し、曲げモーメントは伝達せず回転が自由です（ブレース構造・トラス構造）。

どちらが優れているとは言い切れず、用途に応じて使い分けます。

試験での問われ方｜管理人の一言

ラーメン構造は剛接合のおかげで広々とした空間が作れます。

ピン接合は設計が簡単で明快ですが、ブレースで剛性を確保する必要があります。

梁と梁の段差が100mm以上か以下かで納まりが変わることも覚えておきましょう。

剛接合とピン接合を整理した表を示します。

項目	剛接合	ピン接合
溶接方法	突き合わせ溶接で一体化	隅肉溶接＋高力ボルト
伝達応力	曲げ・せん断・軸力すべて	せん断・軸力のみ（曲げなし）
代表構造	ラーメン構造	ブレース・トラス構造