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鉄筋の定着長さの計算方法とフック付き定着について
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RC造で鉄筋は引張力を負担する重要な役割を果たしています。
例えば、鉄筋１本をコンクリートの塊に突っ込んだ状態を考えてください。次に鉄筋を引っ張ってみます。このとき、鉄筋には引張力が作用していますが、その引張力がコンクリート部へ伝達されるには、鉄筋とコンクリートが「定着」されている必要があるのです。
※引張、定着の意味は、下記が参考になります。
定着とは？1分でわかる意味、鉄筋、L2、建築、アンカーボルトとの関係
鉄筋の埋め込みが短い場合と長い場合、どちらの強度が強いでしょうか。明らかに後者だとわかるはずです。
このように、柱や梁部材でも鉄筋の定着はとても重要です。それは、鉄筋が「引張力を伝達する」という能力を発揮するための要因の１つなのです。
今回は、そんな定着長さの計算方法とフック付き定着について説明します。鉄筋のフックは下記が参考になります。
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定着長さの考え方
構造設計の実務では、定着長さは40ｄのように（ｄは鉄筋径）、鉄筋径がわかれば算定できるようになっています。これは、鉄筋のｆｔやコンクリートのFc、フック付きか否かで30ｄになったり、25ｄになったりします。
※鉄筋径は下記が参考になります。
また、柱や大梁に対する定着と小梁に対する定着長さが違うなど、とても多様性を見せているのです。
そのまま暗記するのは結構面倒でとても覚えきれません。ですから、定着長さの考え方だけ頭に入れておきましょう。
鉄筋のｆｔをコンクリートの付着力で、伝達できるか？
鉄筋の短期引張強度をｆｔとします。つまり、鉄筋にはこれ以上の応力は入りようがありません（そのときは鉄筋が破断している）。ですから、ｆｔ×at分の力をコンクリートに伝達できれば良いのです。
ではどうやって鉄筋からコンクリートへ力を伝達するのか？この抵抗力として働くのが「付着力」です。※付着の意味は下記も参考になります。
付着とは？1分でわかる意味、読み方、付着強度、定着との違い、建築との関係、付着割裂破壊
まず、鉄筋で伝達可能な力をFと考えます。Fは次のように
F＝ｆｔ×π×D2/4
です。ｆｔは鉄筋の短期引張強度、Dが鉄筋の直径です。
次に、上記に抵抗する付着力を算定します。付着力をRとすれば、
R＝fa×π×D×L
です。気づいたかもしれませんが、Lが鉄筋の定着長さに該当します。両者を等式で結べば、
F＝R
ｆｔ×π×D2/4＝fa×π×D×L
L＝（ｆｔ×D）／4fa
です。Lを定着長さといいます。
上式から明らかなように、コンクリートと鉄筋の強度が定着長さに関係していることが分かりました。しかし現在、最新の基準では上式を変形した新式で決まります。
2010年版RC規準による定着長さの計算式
定着長さの算定方法は先程説明した通りです。しかし、最新の研究では定着長さは別の式が提案されています。それが、
L＝（S×α×ｆｔ×D）／10fa
です。新しい式では、分母が10となっています。またαやSという係数が追加されました。αは横補強筋に関する補正係数。Sは構造部材によって異なる修正係数です。ちなみに、直線定着とフック付き定着で値が異なります。
正直言って、計算式に加わった係数の意味は専門家しか知りえませんが、今までの考え方は変わっていません。
フック付き定着長さ
これまで説明した定着長さは、あくまで直線定着です。直線定着とは鉄筋をまっすぐコンクリートに埋め込むこと。しかし、先端にフックをつけて定着する場合もあります。当然フックをつけた方が付着力は高くなりそうです。
また、フックの角度には様々な種類があり、建築基準法あるいは鉄筋コンクリート造配筋指針で規定されています。フックの詳細な内容は下記の記事が参考になります。
鉄筋コンクリート造配筋指針は、下記が参考になります。
鉄筋コンクリート造配筋指針とは？1分でわかる意味、最新版、目次、かぶり
以前は、フックをつけることで、フック部分で鉄筋強度の1/3を伝達できる、と言われていました。要するに残りの2ｆｔ/3を付着力で伝達するわけです。コレを踏襲するなら次式が得られます。
L＝（ｆｔ×2/3×D）／4fa＝（ｆｔ×D）／6fa
フックをつけることで定着長さが６～７割くらいになりました。実は、RC規準の新式によればフック付きの修正係数は0.7倍するのです。どうやら、その根拠は今も変わっていないようですね。
まとめ
今回は定着長さと、フック付き定着長さについて説明しました。一度理論を理解すれば、なぜ定着長さが鉄筋径や強度で変わるのかわかって頂けたと思います。下記も参考になります。
定着とは？1分でわかる意味、鉄筋、L2、建築、アンカーボルトとの関係
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