この記事の要点
ノンスカラップ工法とは、梁のスカラップ(切り欠き)を設けずに溶接する方法で、断面欠損がなく応力集中も起きないという構造上の大きなメリットがある。
施工上の手間はスカラップより大きいため、改良型スカラップ(複合円スカラップ)を採用するケースも多い。
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ノンスカラップは、接合部のスカラップ無しで溶接する方法です。スカラップは溶接作業上設けますが、断面欠損するため耐力低下や、応力集中の原因となります。そのため、ノンスカラップ工法を採用するケースが増えています。
今回は、そんなノンスカラップ工法の基礎知識(ディテールや裏当て金の形状)と、改良型スカラップ(複合円スカラップ)との違いについて説明します。スカラップの意味は下記が参考になります。
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ノンスカラップは、「スカラップ無し」で接合部を溶接する工法です。ノンスカラップ工法を採用すれば、梁のスカラップはありません。ノンスカラップ工法にすることで、
という構造的に大きなメリットがあります。
そのため、現在はノンスカラップ工法の採用が増えています。あるいは応力集中が少ない、改良型スカラップが一般的です。
下図をみてください。これはノンスカラップ工法の断面図です。比較しやすいよう、右側にスカラップ工法の断面図を描きました。
上図の直交方向から見た図を下記に示します。
このように、裏当て金を梁のフィレット形状に合わせて製作します(フィレットは曲面である。よって裏当て金の板を曲面加工する)。裏当て金は、柱の鋼管壁と梁のフランジに溶接して留めます。梁ウェブの隅肉溶接部は、裏当て金の下端まで行います。
そもそも、なぜスカラップが必要でしょうか。下図をみてください。溶接線が交差するとき、以前はスカラップを行っていました。
元々溶接は、造船技術の1つです。当時、スカラップを設ける目的は、溶接欠陥や材質劣化を防ぐことでした。しかし現在は、それらの性能・技術が発達し、スカラップの必要性が無くなっています。
それでもスカラップを採用する鉄骨業者が多い理由は、「ノンスカラップ工法よりは、スカラップを設けた方が簡単」ということでしょう。
実際、私が構造設計に携わった物件のいくつかは、「ノンスカラップではなく改良型スカラップにしたい」という要望がいくつもありました。
余談ですが、現在の造船分野ではスカラップは採用されず、スニップカットという方法が行われています。
スニップカットの方が、溶接を行う上でごく自然な考え方のように思います。
さて、スカラップが必要になる理由が溶接線の交差と説明しました。実際の構造部材にそのような箇所が沢山あります。その代表例が、仕口部です。仕口部は、フランジの突合せ溶接とウェブの隅肉溶接が十字に交差します。これまでは、梁にスカラップを設けてフランジの溶接線を通していました。
前述したように、ノンスカラップ工法では、このスカラップが必要ありません。
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前述しましたが、ノンスカラップ工法のメリットとデメリットを整理します。
・応力集中が起きない
・断面欠損が無いため、梁の耐力がフルにとれる
・ロールH鋼の場合、裏当て金をフィレット形状に合わせた製作が難しい(スカラップを設けた方が簡単)
改良型スカラップは、応力集中の影響を少なくし且つ施工性のよいスカラップ形状です。複合円スカラップとも言いますが、下図のように10mmと35mmの複合円のスカラップです。
ノンスカラップ工法よりも性能は落ちますが施工性が良いため、以前として改良型スカラップを採用する鉄骨業者が多いです。
前述したノンスカラップ工法を用いれば、構造計算で特別考慮することは無いです。一方、改良型スカラップあるいはスカラップを設けた場合、梁に断面欠損が生じるため、その分、断面性能を低減します。
実務で行われる方法は、
ことです。厳密にはスカラップだけ耐力は低下するのですが、ウェブの耐力を無視しておけば、応力集中の問題も関係なくなります。
ウェブの耐力を無視した断面係数は、概算的に全断面に対する0.8倍程度でしょう。
混同しやすい用語
ノンスカラップ工法
スカラップ(切り欠き)を設けずに溶接する工法。断面欠損ゼロで耐力を最大限に活かせる。
改良型スカラップ(複合円スカラップ)
応力集中を低減した形状のスカラップ。施工性を保ちつつ耐力低下を抑えた妥協案。
今回は、ノンスカラップ工法について説明しました。ノンスカラップ工法の目的やメリット・デメリット、改良型スカラップとの違いが理解頂けたと思います。構造的に言えば、ノンスカラップ工法が最良の選択だと覚えておきましょう。また下記の記事も併せて参考にしてください。
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試験での問われ方|管理人の一言
建築士試験ではスカラップが「応力集中の原因となる」点と、ノンスカラップ工法では「ウェブの耐力を低減しなくてよい」点が問われる。スカラップを設ける場合はウェブ耐力を無視する(全断面の約0.8倍)という実務的な扱いも把握しておこう。