アンカー

支点(アンカー)について(15kN)2

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!! 

支点(アンカー)について(15kN)

小倉です。

支点に関して、いつもロープ高所作業特別教育やNSC講習で伝えていることを、ブログを読んで頂いている方にお伝えしようと思います。

まず、機材から!

機材は基本的にPPE(個人保護用具)でなければなりません。

PPEである以上、全ての機材は規格があり、使用する荷重が決まっています。

(ただし、弊社でも開発し販売している《パワーアッセンダー》というカテゴリーは、現在のところ世界的にPPEの規格がありません。そこで、JIS(日本工業規格)に働きかけパワーアッセンダー用の規格を世界で初めて制定しようと頑張ってみましたが、省庁間の問題で断念しました。)

しかし、最も大切な『支点』(アンカー)に関する規格は、世界中のどこを見ても、どんな文献を探しても、これを支点にしなさいとは記載してはありません。

ですから、支点は自分自身で決めるしかありません。

では、どうやって支点を決めればいいのか。

丸環がついているから丸環を使う、太い樹木があるからその樹木を使う、丈夫そうな設備機器(キュービクルや室外機)があるから設備機器を使う、梯子があるから梯子を使う、単管があるから単管を使う、車があるから車を使う、建物にウェビングやロープが掛かる場所があるから、そこを使う、あと施工アンカーが打ち込んであるからそのアンカーを使う…切りがないですが、その支点は万が一の衝撃荷重に耐えられますか?

支点を作成すると言うことは、支点の強度を知らなければなりません。

では、どうするか。

方法は二つあります。

自分が支点にするものの耐荷重を実際にテストする、若しくは支点にするものの勉強をする、かです。

例えば、丸環を例にあげれば、水平方向の引張荷重や上向きの引張荷重を実際にテストすることはできますが、15kN以上を掛けたテストに使ったその丸環は今後使用できなくなります。

それは、現実的ではありませんね。

話しは変わりますが、動荷重試験は、思い切り、丸環を壊すつもりで行って頂いて構いません。

どんなに思い切り蹴飛ばしても1.7kNしか掛かりませんから。

もし、それで丸環が壊れたらラッキーです。

オーナーに、「動荷重試験を行ったら丸環が壊れました。もし、この丸環にぶら下がっていたら私は死亡していました。試験で壊れてラッキーでした。」と報告して下さい。

話しを戻します。

残された方法は… 支点の勉強をすることです。

丸環を使うなら(できる限り丸環は使わないで下さい。)丸環の勉強、樹木を使うなら樹木の勉強、構造物を使うなら構造物の勉強をする。

それが自分や仲間の命を守ります。

キュービクルってわかりますでしょうか?

箱形で屋根にアイボルトが4つ付いています。

あのアイボルト、キュービクルを吊るための物ではありません。

キュービクルの中には、受電するための設備が納められていて、トランス1台だけで300~400kgあります。

それが、何台も入っているのに、アイボルト4本だけで吊ることができるはずがありません。

あのアイボルトは、受電設備を入れ替えるとき、キュービクルの蓋を外すために設けられています。

当然、耐荷重は数十キロです。

よく、キュービクルのアイボルトを支点にすると耳にしますが、絶対にやめて下さい。

(キュービクル自体が錆で腐食していなければ、養生をして、スリングやウェビングでキュービクルを囲ってしまえば問題ありません。)

エアコンの室外機にしても同様です。

室外機に圧縮機(鉄の塊)が入っていれば重量がありますので支点に利用できる場合もあります。

しかし、室内圧縮機と言って室外機に圧縮機の入っていない軽い物があり、支点として利用できない室外機があります。

樹木も同じように支点として使用できない物があります。

昆虫や鳥などに穴を開けられている樹木、成長する過程で大きな衝撃荷重を受けている樹木、ツルやツタが巻き付いて死んでいる若しくは死にかけている樹木、キノコが生えている樹木、など見た目は太くても支点として使用できない樹木が多々あります。

(反対に、直径10cmしかない樹木でも引っこ抜くのに、ユンボが必要な事も事実です。)

車も同じです。

通常、ホイールをハブに留めているボルトはM12以上あります。

M12以上あれば、1本当たり剪断の許容応力度が7kN以上、引っ張りで6kN以上あります。

しかし、それはちゃんと整備されていた場合の数値です。

私は10代の頃、ガソリンスタンドでバイトをしていましたが、エア式のインパクトレンチを使い、同僚がハブから出ているボルトをねじ切るのを何度も見ました。

もちろん、その車は整備工場へ運ばれ修理をしてましたけど…

梯子も同じです。

僕らも梯子を使用して室外機の搬入出を行います。

その時は、ステップを専用の金具で養生してからウェビングを掛け、ステップの一ヶ所に荷重が掛からないようにします。

(専用の金具が販売されています。)

もし、ステップを養生せずに100kgの室外機の搬入出を行ったらどうなるか…

ステップのセンター2cm幅に倍の2.0kN弱の荷重が掛かりますので、ステップは真ん中を軸にして折れ曲がる方向へ変形します。

すると、両端のステップのカシメがサイドバーから抜けてきて、最終的にステップがサイドバーから外れます。

すると、ウェビングに掛かった荷重は荷重を増しながら次のステップに掛かり、荷重が小さくなるまで次々にステップを破壊していきます。

建物も同じで、木造、軽量鉄骨、RC造、SRC造、S造など基本的な構造が違います。

支点にできるのは基本的に梁や柱であり、開口部であっても、柱の入っていない開口部もあります。

もう一度言います。

支点は自分で決めるしかありません。

使用する支点の勉強をする事、できるだけ重量物を選定する事、大きな「物」としてとらえる事、15kN以上に耐えられると確信のもてるものを選定する事!

自分の命は自分で守るしかありません。

それでは本日はこの辺で。

皆様、ご安全に!!