支点(アンカー)について(15kN)2

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小倉です。

今回は、再びアンカー(支点)に関して書いてみたいと思います。

 

「アンカーの種類」

アンカーと言いましても、沢山の種類があります。

ビルでしたら、丸環(単独では使用しません)、パラペットクランプ、設備機器(空調、衛生、電気設備機器)、あと施工アンカー、カウンターアンカー、看板の基礎や鉄骨、窓などの開口部、車、躯体そのものなど。

体育館、倉庫、鉄塔でしたら、鉄骨の柱や梁。

山林でしたら、樹木や岩。

橋梁でしたら、防護柵。

その他、高層建築物に設置されているロープを掛けるための専用の支点やレール。

車両やユニットハウスなどの移動可能な重量物。

鉄骨で自作したアンカー、アルミパイプで構築されたフレーム、単管パイプを使用したジンポールやAフレーム。

地中に打ち込んだ単管や鉄筋など。

 

「15kN」

これが問題です。

通常、ロープ高所作業(ロープアクセス)を行っていれば、装備の99%はPPE(個人保護用具)であるはずです。

しかし、アンカーに関する規格というものは、この世に存在しません。

いくら規格を通った装備をにつけていても、アンカーが破断すれば全て終わりです。

弊会では、講習時に最低破断荷重が15kN以上のアンカーを構築すると伝えています。

では、どのように15kNに耐えられるアンカーを構築するか。

と言っても、構造物に対しては、実際に破断試験を行うわけにはまいりませんので、計算上とか仮定の話になります。

もちろん、破断試験を行えるものに対しては、破断試験を行い、15kNに耐えられることを確認するのがベストです。

 

「あと施工アンカー(金属拡張系) 」

今回は、あと施工アンカーに焦点を当ててみます。

仕事が設備関係でしたら、日々、あと施工アンカーを打ち込んでいると思います。

空調関係でしたら特に、室内機を吊り込む際や室外機を設置する際にあと施工アンカーを打設します。

躯体がRC造ならもちろん、SRC造やS造でもデッキプレートを使用していればあと施工アンカーを使用します。

普段、何気なく使用しているあと施工アンカーですが、ロープ高所作業(ロープアクセス)の支点として使用する場合は、しっかりとした計算が必要になります。

通常、エアコンの室内機であれば重量は50kg未満であり、それを4本のアンカーで支えるので、1本当たり15kgも掛かりません。

しかし、ロープ高所作業(ロープアクセス)を行う場合、1つの支点に対して15kN以上の荷重に耐えられるように打設しなければなりません。

では、15kNの荷重に耐えられる あと施工アンカーとはどのようなものでしょうか。

あと施工アンカーを打設する場合、アンカー自体の破断荷重(引っ張りと剪断)はもちろん、コーン状破壊による躯体(コンクリート)の破壊を考慮しなければなりません。

アンカーメーカーの数値では、SUS製の外径12.5mm、全長40mm、使用ボルト径10mmで引張最大荷重18.4kN、剪断最大荷重26.0kNというような計算値がでております。

それは、あと施工アンカーを打ち込んだ躯体(コンクリート)が、破壊しないことを前提に算出された数値です。

実際は、上記の数値に達する前に躯体(コンクリート)が「コーン状破壊」を起こします。

例として、NSC Rescue 講習で伝えている、あと施工アンカーの引張耐力を記載します。

(へり空き効果、群効果は考慮していません。)

・アンカーボルトM12、本体打ち込み式、雌ネジタイプ、金属拡張系アンカー

・外径 da=17.3mm

・接合筋の有効断面積  bae=84.3㎟

・接合筋の規格降伏点強度  σy=235N/㎟(SS400)

・埋込長さ ℓ=50mm

・コンクリート圧縮強度 σB=21N/

・低減係数 φ1   2/3(長期),  1(短期)

                    φ2  1/3 (長期), 2/3(短期)

〈有効投影面積(Ac)の計算〉

有効埋込長さ( ℓe): ℓe= ℓ-da=50-17.3=32.7mm

有効水平投影面積(A):π・ℓe(ℓe+da)=π ✕ 32.7 ✕(32.7+17.3)=5134㎟

〈コーン状破壊により決まる場合のアンカー1本当たりの引張耐力(Ta2)の計算〉

Ta2=0.75 ✕ 0.313√ σB・Ac=0.235√ σB・Ac

Ta2=0.235√21 ✕ 5134=5529N≒5.5kN

〈設計上の許容引張力((Ta2a)の計算〉

(Ta2a=φ2 ・Ta2

長期(Ta2a=1/3 ✕ 5.5=1.8kN

短期(Ta2a=2/3 ✕ 5.5=3.7kN

以上、コーン状破壊で決まる許容引張力は短期で3.7kNとなりました。

更に、へり空き効果や群効果を考慮すれば、更に数値は低くなります。

接合筋の降伏による引張耐力(Ta1を計算すると、

Ta1σy・bae

Ta1=235 ✕ 84.3=19.8kN

設計上の許容引張力((Ta1a)を計算すると、

(Ta1a=φ1・Ta1=φ1・σy・bae

長期(Ta1a=2/3 ✕19.8=13.2kN

短期(Ta1a=2/3 ✕19.8=19.8kN

となり、鋼材が耐えられても、コーン状破壊によってあと施工アンカーが破壊されることがわかります。

上記の数値は、実際の試験結果と同じになるわけではありませんが、参考にはなります。

(NSC Rescue講習では、実際にあと施工アンカーを打設し、破壊してお見せします。)

上記の結果から、アンカーが太いほど、アンカー有効長が長いほど、コーン状破壊の耐力も大きくなることがわかります。

しかし、ペツルのハンガーを使用する場合は、ハンガーに空けられた丸穴により、あと施工アンカーの直径が決まってしまいます。

そうなると、あと施工アンカー自体の長さが重要になります。

現場で実際にアンカーを打ち込まれている方は分かると思いますが、コンクリートの強度(特に表面)が、実際の強度に足りていない事など日常茶飯事です。

それを考えれば、計算ではじき出された許容引張力 7.5kN以上のアンカーを、最低3本(1本は予備)は打設する必要があると考えます。

あとは、各自で計算を行い、許容引張力 7.5kN以上のあと施工アンカーを選定して下さい。

 

「ファンスの基礎」

先日、仲間の職人さんに、フェンスの基礎について聞かれました。

「フェンスの基礎は15kNに耐えられるのか」と。

実際に引張試験を行っているわけではありませんので100%ではありませんが、答えは15kNには耐えられないです。

以下、私が15kNに耐えられないと考える理由を書きます。

まず、ビルを建てている中で、フェンスが設置されると言うことは。RC造であれSRC造であれS造であれ、陸屋根であり屋上があります。

屋上自体は、コンクリートでできたもの、ALCを敷き詰めたもの、デッキにコンクリートを打設したものなどがあります。

そして、防水工事を行い、その防水層を守る為に軽量コンクリートを流し込みます。

フェンスを設置する場合は、通常であれば屋上の防水工事が終了してから、フェンスの基礎となるコンクリートの升を並べます。

そして、防水層を守る軽量コンクリートを屋上に流し込み、升を固定します。

軽量コンクリートの養生期間が終わると、升にコンクリートを流し込みフェンスの支柱を固定し、フェンスを取り付けます。

よって、フェンスの基礎は、躯体に固定されているわけではありません。

軽量コンクリートで升の周りを固められているだけです。

上記の工程から、私には、フェンスの基礎がとても15kNに耐えられるとは思いません。

講習でいつもお伝えしていますが、アンカーを構築するなら、まずは重量物が一番です。

重ければ重いほどアンカーとして適しています。

アンカー選定の際、物体を大きなものとしてとらえ、できるだけ大きく重いものを選定して下さい。

「動荷重試験」

最後に、アンカーを構築した際、必ず行わなくてはならないことがあります。

それは動荷重試験です。

私がフルハーネスなどの標準装備を装着すると、重量が85kgになります。

その私が全体重を掛け、どんなに力を込めて動荷重試験を行っても、アンカーには1.7kNしか掛かりません。

もし、1.7kNで破壊するものにぶら下がれば、アンカーが破壊し墜落します。

講習時にいつもお伝えしていますが、動荷重試験はアンカーを壊すつもりで行って下さい。

もし、動荷重試験でアンカーが破壊すれば、それはラッキーです。

考えてもみて下さい。

もし、1.7kNで破壊するようなアンカーにぶら下がったらどうなるか。

アンカーの破壊だけはなんとしても避けなくてはなりません。

それでは本日はこの辺で。

皆様、ご安全に!! 

ぜひつながってください