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）

この記事の要点

接合部は完全固定（剛接合）か完全自由（ピン接合）かの二択ではなく、「半剛接合」として中間的な特性を考慮することがあります。杭頭半剛接合では杭頭に部分的な固定モーメントを考慮し、基礎設計をより経済的に行えます。

このページでは半剛接合の定義・剛接合・ピン接合との違い・鉄骨造と杭頭への適用方法を解説します。

剛接合は、回転に対して固定ですが（回転しない）、半剛接合は回転に対して抵抗するものの、回転はします。

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半剛接合とは、剛接合とピン接合の中間的な接合です。

剛接合は、回転に対して固定ですが（回転しない）、半剛接合は回転に対して抵抗するものの、回転はします。

今回は、半剛接合の意味、計算法、鉄骨造、杭頭との関係について説明します。

剛接合、ピン接合については下記の記事が参考になります。

剛接合とピン接合の意味と、納まりと構造性能の違い

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半剛接合とは？

半剛接合とは、剛接合とピン接合の中間的な接合です。下記に剛接合、ピン接合、半剛接合を整理しました。

剛接合　　⇒　回転しない
半剛接合　⇒　回転に抵抗するが、回転する。
ピン接合　⇒　回転する（抵抗しない）。

下図をみてください。剛接合、半剛接合、ピン接合の、回転に対する抵抗性を示しました。

半剛接合と回転

回転に対する抵抗を示す値を、「バネ定数」や「回転バネ」、「固定度」といいます。剛接合は、回転に対するバネ定数が無限大といえます。一方、ピン接合はバネ定数が０（ゼロ）です。半剛接合は、無限と０の中間なので、具体的な数値がはいります。

半剛接合の計算と実例（鉄骨、杭頭との関係）

半剛接合を用いた計算は、実際の設計で使います。下記に実例を示しました。

・露出柱脚
・杭頭

鉄骨造の露出柱脚は、アンカーボルトおよびベースプレートで基礎構造に緊結合されています。回転に対する抵抗性は低いものの、０では無いです。よって現在は、露出柱脚のバネを考慮した設計が普通です。

回転バネを考慮すると、柱脚には曲げモーメントが生じます。この曲げモーメントを、アンカーボルトなどで負担します。

杭頭は普通、「固定（剛）」として設計します。ただ、場合により半剛接合やピン接合とする設計法もあります。

上記以外でも、詳細な応力を知りたいとき（実状に即したモデル化をしたいとき）は、接合部などに回転バネを考慮した構造解析を行います。

例えば、トラス部材の接合部、鉄骨小梁の接合部など、ピン接合でモデル化している部分も実際には「半剛接合」です。

混同しやすい用語

半剛接合（はんごうせつごう）

剛接合とピン接合の中間的な接合方法です。

回転バネを用いてモデル化し、接合部に曲げモーメントが部分的に伝達します。

剛接合（ごうせつごう）

接合部が回転せず、曲げモーメントを完全に伝達する結合方式です。

ラーメン構造の梁-柱接合部が代表例です。

ピン接合（ぴんせつごう）

接合部が自由に回転できる結合方式です。

曲げモーメントを伝達できず、軸力とせん断力のみを伝達します。

半剛接合を整理した表を示します。

項目	内容	備考
剛接合	回転に対して固定（バネ定数＝∞）	ラーメン構造の標準
半剛接合	回転に抵抗するが回転する（バネ定数＝有限値）	露出柱脚・杭頭などに適用
ピン接合	回転に抵抗しない（バネ定数＝0）	軸力・せん断力のみ伝達

まとめ

今回は半剛接合について説明しました。意味が理解頂けたと思います。半剛接合は、剛接合とピン接合の中間的な接合と覚えてください。半剛接合は「回転に抵抗するが、回転はする」とイメージしてくださいね。剛接合とピン接合も併せて覚えましょう。

剛接合とピン接合の意味と、納まりと構造性能の違い

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理解度チェック

半剛接合とは何で、剛接合・ピン接合とどう違いますか？

答えを見る

剛接合とピン接合の中間的な接合です。剛接合は回転しない（回転に固定）、ピン接合は回転する（抵抗しない）のに対し、半剛接合は回転に抵抗するが回転はします。回転に対する抵抗を示す値をバネ定数（回転バネ・固定度）といい、剛接合は無限大、ピン接合は0、半剛接合はその中間の有限値が入ります。

半剛接合は実際どこで使いますか？

答えを見る

鉄骨造の露出柱脚と杭頭が代表例です。露出柱脚はアンカーボルト・ベースプレートで基礎に緊結され回転抵抗は低いが0ではないので、バネを考慮した設計が普通です（柱脚の曲げモーメントをアンカーボルトで負担）。杭頭は通常「固定（剛）」で設計しますが、場合により半剛接合やピン接合とします。トラス部材や鉄骨小梁の接合部もピンでモデル化しますが実際は半剛接合です。