ブレース接合部の許容応力度設計は？設計手順と保有耐力設計との組み合わせ

この記事の要点

ブレースの接合部設計は、許容応力度設計と保有耐力設計（材料の破断を考慮）の両方を行う必要があります。

許容応力度設計で日常荷重に対する安全性を確認し、保有耐力設計で大地震時の崩壊形を確認します。

接合部の設計では高力ボルト本数・溶接サイズ・ガセットプレートの形状を決定します。

接合部がブレース本体より先に破断しないよう設計することが重要です。

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次に示すような2山形鋼筋違（SN400）の材端接合部の適否を検討しましょう。

ちなみに、保有耐力接合の設計は｢接合部の保有耐力接合｣で示しています。

通常、筋違（ブレース）の設計は許容応力度設計と材料の破断を検討する保有耐力設計を行いますから、併せて計算をしましょうね。

また、ブレースに作用している引張方向の外力はP=300kNとします。

設計条件

・高力ボルト（F10T , M24）

・筋違材（2Ls-90-90-10 , SN400B）

・ガセットプレート（SN400B）

まず、ボルト本数・ピッチ・端空き等を、最小距離を超えるように仮定します。さらに、それぞれの距離はボルト径を基準にして考えます（d:ボルト径）。

・ボルト本数： 3本

・ピッチ： 3d=72(mm)

・端空き、縁空き：1.5d=36(mm)

接合部図面

接合部断面

・材料の許容応力度

SN400材（ブレース、ガセットプレート）の許容引張応力度は

です。1.5で除しているのは、F値は短期の応力度で計算されているからです。※F値：構造用鋼材の許容応力度。既に1.5を乗じた短期応力度で示されている。

高力ボルトF10T,M24の1本あたりの許容耐力は（この値は暗記する必要はありません。一般的な専門書には付録として書いてあります。適宜、鋼構造の教科書を確認しましょう。）、

R=136kN（長期）

です。

・材料の基準強度および破断強度

SN400材のF値は235N/mm2、破断強度は400 N/mm2、高力ボルトF10Tの破断強度は1000N/mm2です。

さて、ここまで許容応力度や破断強度の準備をしてきましたので、早速、許容応力度に関する検討を行いましょう。

・許容応力度に関する検討

許容応力度に関する検討

ブレース：2Ls-90×90×10(SN400B)

軸部断面積：A=17.00cm2

有効断面積：Ae=17.00－2.6×1.0=14.4

引張応力度：

σt=P/Ae=300/14.4=20.8＜ft×1.5="23.5

ガセットプレートPL-12（SN400）

有効断面積：(be－d) ×t=(16.6－2.6)×1.2=16.8cm2

断面係数：Z=tbe2/6=1.2×16.62/6=55.1cm2

偏心距離：端空き－部材重心=3.6－2.57=1.03

偏心曲げ：M=P×e=300×1.03=309kN・cm

組み合わせ応力度の検討：P/Ae+M/Z=300/16.8+309/55.1=23.4＜ft(=23.5kN/cm2)

高力ボルト：P/R=300/136×1.5=1.5＜3（本）

となります。

むー、ちょっとこれはまずいですね。

ガセットプレートの応力度検討で、23.4<23.5kN/cm2としていますが、外部応力と許容耐力ほとんど同じ値ですよね。ここで、本来なら部材の断面を大きくするか、ボルト本数を増やして有効断面を大きくします。まあ、ここでは、無視して保有耐力接合を行ってみましょう。

混同しやすい用語

保有耐力接合

許容応力度設計とは別に行う接合部の破断検討。

許容応力度設計に対して、材料が降伏・破断するまでの耐力を確認する設計法。

試験での問われ方｜管理人の一言

試験では、有効断面積（ボルト孔を差し引く）の算定方法と、組み合わせ応力度（引張＋曲げ）の検討方法が問われる。（一級建築士頻出：有効断面積（ボルト孔を差し引く）の算定と組み合わせ応力度（引張＋曲げ）の検討方法が繰り返し出題）

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この記事を書いた人

ハナダユキヒロミツメラボ

設計事務所に7年勤務。

2010年より「建築学生が学ぶ構造力学」を運営（16年以上）。

著書「わかる構造力学」「わかる構造力学（改訂版）」（工学社）。

わかる構造力学わかる構造力学（改訂版）

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