ハイテンションボルトの強さ等

Question

いつもお世話になっています。

(1)ハイテンションボルトで強度区分10.9や強度区分12.9とありましたが、せん断に強いのは12.9の方でしょうか？

(2)普通のボルトのせん断の数値はhttp://www.trust-gr.com/pro-tools/2-7-1.htmlで分かりましたが、強度区分12.9のM８とM10のハイテンションボルトの最大せん断荷重を教えてください。

(3)ハイテンションボルトを調べていて以下のような質問がありました。
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1026125215
『高力ボルトは元々、軸がブチ切れる寸前の引張応力で締め付けてあるのが普通なので、せん断応力に耐える余裕は少ないです。』

とうことは、高トルクで締めなければ、例えば比較的低いトルクで締めた場合は、ハイテンションボルトのせん断能力は、別に弱くはないという事ですよね？

同じサイズ条件でハイテンションボルトと普通のボルトを比べた場合、せん断に強いのはどちらでしょうか？
またどの程度違いがあるのでしょうか？

よろしくお願い致します。

esaomann · Accepted Answer

添付が上手く行くかどうか分りませんが、ごく簡単に絵を書いてみました。
まず、両側面のブラケットですが、こんな形状で良いと思います。
アングルサイズＬ65にしましたが、全体のサイズとかバランス的にみても妥当なサイズと思います。
重量は約19.5kgですが、Ｌ50×50×6でも強度は足りています（約15kgですが、見た目は貧弱でしょうね）。
アンカーは４本配置とし、引抜き方向の荷重に配慮して２本を上部に寄せています。
上の受け材（L=1200）は横桁（L=1660）は同一平面にあった方が棚板取付に有利です。
この三角形フレームにボルト穴をあけた平鉄65×6（横桁組立用）を溶接しておきます。
横桁の取り付けは一箇所にＭ10が２本、中ボルトで十分です（高強度なものは全く不要です）。
荷重100kg程度ですからM8でも良いのですが、こんな所をケチっても意味がないのでM10かM12に。
なぜボルト２本かというと、組立が楽になるからです（呼び込みができる）。
奥の横桁をなぜ壁から50mm（別に30mmでも構わないですが）離すかといえば、壁に不睦があると上手く収まらなくなってしまうのでこれを避けるためです。（棚板は壁に隙間無くつけた方が良いでしょう）
平面図では外枠しか書きませんでしたが（口の字型）、先の回答で述べたように、桁とフレームに十分な強度があれば、この中の補強は好きな所にどのように入れても構いません。それは「補強」ではなく、棚板の受けでしかないからです。水平面の剛性は棚板を貼ることで面構造になるので確保されますね。
棚板材の定尺は3×6（910×1820）でしょうかね？4×8なら問題ないですが、3×6ですと１枚では足りませんので棚板のジョイント部分には受け桁が必要です。ジョイント部分は棚板２枚を留めるのですから、幅は広い方が何かと有利です。と言って、背丈が高いものも調子悪いでしょうね。
棚板厚24mmなら強さは十分ですが、どの程度しなるか判断できません。なので私なら棚受け用に３本のアングルを用い、漢字の目の字+１本にします。３本（L=1010になるでしょうが）のうち中央の１本をジョイント用にL65として、２本を（左右側の450mm位置）L50×4程度にしておきますね。

・・・形状は想像できましたか？
左右三角フレームの下側をなぜ少し延ばしているかと言えば、現物合わせでアンカーを施工する時、一番下の穴が三角形の内側に入ってしまうと作業が難しくなってしまうからです。
左右のフレームを壁に取り付けた時、コンクリート壁の寝起きの影響で水平が揃わないのなら、この時点で壁とフレームの間にシムを入れて調整します。

アンカーの件ですが、外装コーン形式のアンカーでは下穴の深さ管理が耐力に直接影響を与えます。浅いとアンカーの一部が表面に出てしまいますし、下穴が深いと十分に拡張が行われません（この場合はホルダーを使えば防げますが）、コンクリートとの当たりも外周先端の線的になり不安定です。
そして、拡張が不十分な場合、引抜き方向に変位が起こった場合、コーンが脱落してしまう可能性があるのです。
コーン内装式のアンカーですと必ず打ち込みホルダーを使いますから、拡張が確認できることと、変位による拡張力の低下が起こらず、コンクリートとの当たりは外周で面的になります。
外装式コーンのアンカーより下穴径が小さくて済むのも施工上有利な点ですね。

私なら何を使いますか？とのことで・・・まあケミカルは除外して金属系拡張アンカーの中で、かつアンダーカットアンカーのような特殊な工具を必要としないものの中で選択するなら（あくまで人も乗ること＝安全性を優先してということで）
最も信頼性の高いのはHILTIのHSL（サンコー同等品NSL）で耐震性が高く、特にせん断に対して強力な高強度アンカーです）。これならM10でも十分ですが、まあM12かな。これは荷重をボルトで受けるのではなく、スリーブで受けるように施工しますので注意してくださいね。
次いでHILTIのHSA（サンコー同等品ならTCW）ですかね、ウェッジ式でトルク管理タイプです、M12かな。TCWでM12の最短品は80mmですから、確認必要はですが、埋め込み深さ50mm辺りが確保できれば良いのではないでしょうか。見た目の安心感も欲しいならM16。

オールアンカー、GアンカーならM16、M8、10、12のい選択はありえません。持つ持たないというのはカタログデータだけで決められないのです。勿論強度不足は論外ですが、どの程度の余裕が必要なのか、施工性や見た目も含めた合理性などを総合的に判断すべきでしょうね。
質問者様はその点、（失礼な言い方かもしれませんが）頭でっかちと言うかカタログ数値、鋼材強度などを必要以上に重視しすぎているように見えるのです。細部のディティールにこだわるのも良いですが、実際の作業に要求される想像力とか対応力に欠けているというか・・・。本職ではないので仕方ない面でもありますがね。
もう少し気軽な場面で場数を踏めれば良かったのでしょうが、今回の棚に関してはちょっと荷が重かったかもしれませんね。まあそれもDIYの楽しみでもありましょうね。

esaomann · Answer

最後の部分を修正します。
オールアンカー、GアンカーならM16を使います。M8、10、12をこの場面で使用する選択は私にはありえません。
私が示した配置と本数だと、オールアンカーM8ならほぼ間違いなく抜けるでしょうね。M10でもいずれは抜ける（変位する）可能性が高いです。M12ならいけそうに思いますが信頼性が低いので安心できません。常に過積載に気を使うのでは落ち着かないでしょう。
アンカー11本使用予定とのことですが・・・先にも書いていますように、本数の多さに比例して耐力が上がるというような単純なものではないのです。加重の形態に応じたアンカーの配置と、取り付け物の剛性などとの兼ね合いなのです。今回のような棚に使われるなら回転モーメントによる引き抜き方向の力は最も重要な要素です。

esaomann · Answer

Ｎｏ2です。
先の質問については既に締め切られていましたので、ついでにこちらでアドバイスさせていただきます。
もう良い方法を見つけられたと思っておりましたら、相変わらず混乱されているようです。
作りたい棚というのは、階段室の正面の壁に幅約1.8ｍ、奥行き約1.2ｍ、積載重量約100kgで人が乗ることもある、ということでよろしいですか？
アングルＬ65×65×6で長さ1ｍでどの程度の荷重を負担できるか、というのが質問の内容だと思いますが、それは使用条件にもよって変わってくるのです。
つまり、アングルを棚受けとして壁に取り付ける時、単にアングル一本で支える場合（それが可能だとして）アングルが塑性変形するまでの荷重とは別に、使用上問題ない範囲に収まる荷重というのがあるからです。単に断面性能から求めた耐えうる荷重だけでは決まらないということです。
例えば、奥行き1.2ｍの棚板の先端（自由端）が荷重によって2cmも3cmも下がってしまうのでは問題あるでしょう、ということです。

私なら比較的重量物を載せる棚形状のものなら荷重が偏りすることも想定し、全荷重が片方の棚受けの、それも先端荷重になっても負担できるように考えます。さらに、荷の上げ下ろしの際に、多少衝撃的な荷重がかかることを想定します。また、棚先端が奥行きに対してたわみが1/150以内（奥行き120cmに対して0.8cmです）になるように計画しますね。
おそらく1/100でも棚として使用不可能ではないでしょうが、1/100というのは気持ちの悪い数字ですから。

階段室なのですからおそらくスペースに余裕が無く、大きく作ってしまっては搬入経路も確保できないかもしれません。必然的にボルト組立ということになり、材料の各接合部はピンということになります。
私なら溶接でアングルを三角形に組み、このブラケットを左右にアンカー留めしますね。
斜材が入ることでたわみに対してはほとんど考慮しなくてもよくなります。
この左右のブラケット間を別なアングルで繋ぐのです。
ブラケットには事前にボルト穴をあけた平鉄を溶接しておき、ここに横桁を取り付ければよろしいでしょう。勿論、この横桁はそれ１本で全荷重を負担できる程度の強さが必要です。
横桁をどのように入れるかは棚板の剛性で決まります。どの部材も全荷重を支える強度があれば、方向、本数は自由に決められます（実際には経済性も考慮しますが）。
コンパネのようにたわみやすい材料であれば１マスの一辺が45cm以内（できれば30cm程度）になるようにしますが、剛性が高ければそれに応じて広くします。例えば感じの「日」の字とか「目」の字の形でもよいでしょう。

ちなみに簡易的な計算ではＬ65×65×6で1ｍ先端に100Ｋの荷重では過大という結果になりました。
荷重90kgならOKですが、根元の加工レベルがどの程度なのかも不安ですね・・・
斜材の入った三角形状のブラケットならＬ50×50×6でも良いですが、アンカー工事との兼ね合いで背丈のあるＬ65で良いと思います。
横桁（長1.8ｍ）はＬ50×50×6で十分ですが、材料背丈をブラケット材料と揃える、という考えでも良いでしょう。
先に指摘していますように、一番上のアンカーには引抜き方向の力がかかります。1.2ｍ先に100kgの荷重なら120kg・mのモーメントですから、ブラケット下端と最上部のアンカーとの離れ距離（m）で割った大きさの引抜き力です。アンカーにはこれに適当な安全率を掛けただけの耐力が必要です。
オールアンカーにしろグリップアンカーにしろ、こうした踊場的な棚の取付には向かないアンカーです。必要以上に大きな安全率を採用することを勧めます。
なを、コーン外装式のグリップアンカーは引抜き方向には構造的に欠陥のあるアンカーです。雌ネジアンカーを使われるならコーン内装式のものを勧めます。

esaomann · Answer

ハイテンションボルト（高力ボルト）というのは強い締付力を与え、鋼材（ここではとりあえずボルトで締め付けられる２枚の板としておきますが）間に生じる摩擦力によって緊結することを目的としたものです。
ボルトはＭ16以上でありメーカー出荷段階でボルト・ナット・ワッシャがセットになっています。
摩擦力を期待するのですから、締付には適正なトルクが指定されていて、緩く締めるというのは基本的に考えられておりません。
ボルトの頭にはＦ8ＴとかＦ10Ｔと刻印されています。
質問者様は混同しているようですが、ハイテンションボルトには強度区分4.8とか8.8というものは存在しないのです。
正しい名称かどうかわかりませんが「高強度ボルト」とか呼びますね。
10.9クラスだと材料はＳ45ＣとかＳＣＭ435などが使われるようですね。
俗に「焼きいれボルト」ということもありますが、正しい意味での焼きいれではなく「熱処理された」ボルト程度の意味合いでしょうね。
高強度ボルトは当然上位（数字の大きいもの）の方がせん断力も大きくなります。
ボルトのせん断力はボルト穴の状態や２面せん断か３面せん断か、などによる影響が大きく、締付トルクによって耐力が大きく変わるということはないです。さらに言えば「高力ボルトは軸がブチ切れる寸前の引張応力で締め付けてあるのが普通」などということもないです。

kingyo_tyuuihou · Answer

許容せん断応力はハイテンボルトが通常のに比べて約２倍ですね。
http://dk-net.co.jp/tech/yamamoto-petit/2-2

ハイテンボルトのせん断応力は、引っ張り強さの６－７割程度の
ようですが、初めからせん断を想定した使い方を避けるようです。
http://www.yds-hp.co.jp/kisotishiki.htm

というわけで、せん断に強いのは12.9となります。
http://www.alpsseiko.co.jp/data/bolt%20no%20tukaikata%20p22-27.pdf

ハイテンションボルトの強さ等

添付が上手く行くかどうか分りませんが、ごく簡単に絵を書いてみました。

この回答への補足

最後の部分を修正します。

Ｎｏ2です。

この回答への補足

ハイテンションボルト（高力ボルト）というのは強い締付力を与え、鋼材（ここではとりあえずボルトで締め付けられる２枚の板としておきますが）間に生じる摩擦力によって緊結することを目的としたものです。

この回答への補足

許容せん断応力はハイテンボルトが通常のに比べて約２倍ですね。

この回答への補足

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