- 高力ボルト摩擦接合ってなに?
- 普通のボルト接合と何が違うの?
- すべり係数って?
- F8T・F10T・S10Tはどう違うの?
- 摩擦面の処理ってどうやるの?
- 施工管理として何をチェックする?
上記の様な悩みを解決します。
「高力ボルト摩擦接合」は鉄骨造の梁・柱・ブレースを繋ぐ主流の接合工法で、現場で見る大半のボルト接合がこれです。「ボルトのせん断力で繋ぐ」のではなく「板同士の摩擦で繋ぐ」という仕組みを理解すると、施工管理で何を見ればいいかが一気に明確になります。
なるべく分かりやすい表現で記事をまとめていくので、初心者の方にも理解しやすい内容になっているかなと思います。
それではいってみましょう！
高力ボルト摩擦接合とは?
高力ボルト摩擦接合とは、結論「強く締め付けた高力ボルトの軸力で板同士を強く押し付け、その摩擦力で力を伝える鉄骨接合工法」のことです。
英語では slip-resistant friction connection(スリップ・レジスタント・フリクション・コネクション)。日本では「HTB摩擦接合」「摩擦接合」とも呼ばれます。
ざっくりイメージすると
2枚の板を重ねて、間に滑り止めシートを挟んで、上から思いっきり押さえつけると、横にスライドさせようとしても動きませんよね。
- 板2枚: 鉄骨のスプライスプレート + フランジ
- 押しつける力: 高力ボルトの軸力(導入張力)
- 摩擦面: 黒皮を落としたザラザラの鋼面
→ 一見「ボルトで止めている」ように見えますが、力学的には「摩擦面同士の押し付け摩擦」で力を伝えるのが本質。ボルトはあくまで「板を挟む万力(まんりき)」として働くんです。
高力ボルト摩擦接合の主な特徴
- ボルト本体のせん断・支圧で力を伝えない(摩擦面で伝える)
- 設計時のすべり係数 μ = 0.45(標準的な摩擦面処理)
- ボルト径は M16・M20・M22・M24 が主流
- 材質はF10T(引張強さ1000N/mm²級)が標準
- 締付トルクで導入張力(プレロード)を管理
なぜ建築で重要か
高力ボルト摩擦接合が選ばれる理由は次の4つ。
- 疲労強度が高い:摩擦で力を伝えるので、ボルト穴位置に応力集中しない
- ゆるみにくい:強い軸力で押さえつけているので振動でゆるまない
- 現場施工が容易:溶接と違って熟練度が要らず、機械(電動レンチ)で施工
- 検査が簡単:外観・トルクで品質確認可能
→ 鉄骨造の99%の現場接合がこの工法。「現場接合=高力ボルト摩擦接合」で覚えてOK。
ボルト全般はこちらの記事も参考にしてください。
高力ボルト摩擦接合の仕組み
なぜ「摩擦」で力を伝えられるのか、仕組みを整理します。
①接合部の力の流れ
H形鋼の梁端部を例に取ると、
梁A → スプライスプレート → 梁B
│ │
↓ 押付力(軸力) ↑ 押付力(軸力)
↓ 摩擦力 ↓ 摩擦力
└──────── 力が伝わる ────┘
→ 梁Aの引張力は、フランジとスプライスプレートの間の摩擦力でスプライスプレートに伝わり、再び摩擦力で梁Bに伝わる。ボルトは摩擦面を発生させる「圧着装置」として機能します。
②摩擦力の大きさはこう決まる
摩擦力 F は、
F = μ × N
μ: すべり係数(摩擦係数の構造設計版)
N: ボルトの軸力(導入張力)
→ つまり「摩擦面の状態」と「ボルトの締付力」の2つで決まる。両方が確保されて初めて設計通りの耐力が出る。
③1ボルト当たりの設計せん断力
設計でよく使う数字として、
1面摩擦・F10T M22 の場合
N = 200 kN(導入張力)
μ = 0.45(摩擦面の標準値)
F = 0.45 × 200 = 90 kN(1面摩擦)
2面摩擦の場合(板を3枚重ね)
F = 90 × 2 = 180 kN
→ 摩擦面が片面か両面かで耐力が倍違う。設計図書の「1面摩擦」「2面摩擦」表記は重要。
④ボルト軸力の導入方法
ボルトの軸力はボルトを締め付けることで導入されます。トルクと軸力の関係は、
T = K × d × N
T: 締付トルク (N·m)
K: トルク係数(通常0.13〜0.15)
d: ボルト呼び径 (mm)
N: 導入張力 (N)
→ つまり「決められたトルクで締めれば決められた軸力が入る」仕組み。トルク管理が摩擦接合の品質管理の柱。
スプライスプレートはこちらの記事も参考にしてください。
すべり係数と摩擦面の処理
「摩擦面の状態」は摩擦接合の耐力を左右する最重要ファクター。
①すべり係数 μ とは
すべり係数は、摩擦接合の摩擦面が「滑り出す瞬間の摩擦力 / 押付力」を表す係数。物理の摩擦係数の建築設計版です。
| 摩擦面の処理 | すべり係数 μ |
|---|---|
| 自然発錆面(赤錆処理) | 0.45(標準) |
| ブラスト処理(ショットブラスト等) | 0.45〜0.50 |
| 黒皮(ミルスケール)を残した面 | 0.30程度(NG) |
| 塗装面 | 0.10〜0.20(NG) |
→ 設計上は μ = 0.45(自然発錆 or ブラスト)を基準とする。黒皮・塗装はNGで、摩擦面は必ず黒皮を落とす必要があります。
②なぜ黒皮はNGか
黒皮(ミルスケール)とは鋼材を高温圧延した時にできる酸化皮膜のこと。表面にあるとツルッとした薄い層で、ここに摩擦力をかけても黒皮ごと滑ってしまう。
- 鋼材表面: 黒皮(0.05〜0.1mm厚程度)+ 母材
- 黒皮の上で押付:黒皮は母材から比較的容易に剥離する
- 結果:摩擦面の機能不全→すべり係数低下
→ だから鉄骨工場で黒皮をブラストで除去してから摩擦面を仕上げるのが標準工程。
③摩擦面の処理方法(代表3種)
| 処理方法 | やり方 | 特徴 |
|---|---|---|
| 自然発錆 | 黒皮除去後、屋外保管で赤錆を発生させる | 最も伝統的、施工容易 |
| ショットブラスト | 鋼の粒(ショット)を高速で当てて表面を粗くする | 工場処理、品質安定 |
| グリッドブラスト | 角の立った鋼粒で粗面化 | より高い摩擦係数(μ ≒ 0.5) |
→ 現代の鉄骨工場ではブラスト処理が主流。現場到着時には既に処理済みで来ることが多い。
④摩擦面の検査ポイント
摩擦面に油・塗料・水・泥が付着していると摩擦係数が低下します。施工管理として確認する点:
- 油:溶接前のグラインダー切削で機械油が付着していないか
- 塗料:摩擦面はマスキングして塗装が回り込んでいないか
- 水・泥:屋外保管で水濡れ・泥はね・霜は無いか
- ボルト穴の周辺:ガスバーナーの煤・スパッタが付いていないか
→ ベテラン施工管理者は摩擦面を「手で触って違和感を確認」する習慣がある。サラッとした粗面が標準で、ザラっと油っぽい・テラッと光る場合は要注意。
塗装(鉄骨)はこちらの記事も参考にしてください。
高力ボルトの種類と規格
実務で扱う高力ボルトを整理します。
①強度区分(F8T・F10T)
| 区分 | 引張強さ(N/mm²) | 降伏強度(N/mm²) | 用途 |
|---|---|---|---|
| F8T | 800〜1000 | 640以上 | 軽量鉄骨・小規模建築 |
| F10T | 1000〜1200 | 900以上 | 一般建築・主流 |
| F11T | 1100〜1300(製造禁止) | — | 過去使用、現在はNG |
→ F11T は遅れ破壊リスクで製造中止(JISから削除)。現代の標準はF10T。
②S10T(トルシア型高力ボルト)
主流の現場ボルトはS10T(トルシア型高力ボルト)。
- 強度区分はF10T相当(引張強さ1000N/mm²級)
- 先端にピンテール(突起)があり、規定トルクで自動的にちぎれる
- ピンテールがちぎれた=規定軸力が導入された証拠
- 専用の電動レンチ(シャーレンチ)で施工
→ 「トルクをかけたらピンテールがちぎれる」仕組みなので、締付トルクの誤差リスクが少ない。S10Tの登場で施工品質が劇的に安定しました。
③ボルト径(呼び径)
| 呼び径 | 軸径 | F10T 設計張力 | 用途 |
|---|---|---|---|
| M16 | 16mm | 106kN | 小梁・小型ブレース |
| M20 | 20mm | 165kN | 一般梁・柱 |
| M22 | 22mm | 200kN | 中規模梁・柱 |
| M24 | 24mm | 235kN | 大梁・主柱 |
| M27 | 27mm | 305kN | 大型部材 |
| M30 | 30mm | 372kN | 超大型部材 |
→ 主流は M20・M22。ボルト径は接合部の応力で決まるので、勝手に変えられません。
④ナット・ワッシャー
| 部品 | 規格 | 注意点 |
|---|---|---|
| ナット | F10(F10T用)、F8(F8T用) | ボルト等級と必ず合わせる |
| ワッシャー | F35 (硬度HRC 30〜38) | 軟らかいワッシャーは凹むのでNG |
→ ナット・ワッシャーはボルトと等級セットで揃えるのが鉄則。混在使用はNG。
ナットはこちらの記事も参考にしてください。
ワッシャーはこちらの記事も参考にしてください。
高力ボルト摩擦接合の施工の流れ
実際の現場での施工手順を整理します。
①事前準備(工場側)
- 鉄骨工場で板要素・スプライスプレートを製作
- 摩擦面のブラスト処理(または自然発錆処理)
- ボルト穴あけ(JIS規定:M22なら24.5mm前後)
- 製作精度確認(穴位置・寸法)
②現場搬入・受入検査
- 部材到着→ミルシート確認
- 摩擦面の状態確認(油・水・塗料の付着がないか)
- ボルト・ナット・ワッシャーの数量・規格確認
③仮ボルト締め
- 部材を建方→仮ボルトで仮固定
- 仮ボルトは全ボルト数の1/3以上(JASS6)
- 玉掛けを外す前に必ず仮締めまで完了
④本締め(2段階締付)
1次締め(マーキング前) ── 規定トルクの60%程度
↓
マーキング(鉛筆 or マーカーで線を引く)
↓
2次締め(本締め)──── 規定トルクで完全に締付
→ S10T(トルシア型)はピンテールがちぎれるまで締めるだけ。マーキングは「2次締めしたか」を視覚的に確認するため。
⑤締付完了の確認
- S10Tの場合: ピンテールがちぎれていれば軸力導入済み
- 通常の高力ボルト(JIS B 1186): トルクレンチで規定値確認
- マーキングのズレで2次締めの実施を確認(ボルト・ナットが少し回転したか)
⑥仕上げ・検査
- ピンテール除去(S10T)
- 全数のマーキングずれ確認
- ボルト1次締め忘れ・本締め忘れの全数確認
- 摩擦面塗装(摩擦面以外の塗装の塗り直し)
スプライスプレート(板要素接合)はこちらの記事も参考にしてください。
施工管理での着眼点
現場で押さえるべきポイントを整理します。
①ボルト混入の防止(F8T と F10T 等)
工事現場では複数の規格ボルトが入り混じりがち。頭部の刻印で必ず識別。
- F10T:頭部に「F10T」の刻印
- F8T:「F8T」の刻印
- S10T:「S10T」の刻印
→ 受入時にロットごとに刻印確認するのが施工管理の基本。混入が起きると本締め後では識別困難になります。
②トルク管理(JIS B 1186系の高力ボルト)
S10T以外の通常型高力ボルトでは、トルクレンチで設計トルク値での締付が必要。
M22・F10T の標準トルク: 約490 N·m
誤差許容範囲: ±10%
→ トルクレンチの校正(年1回が目安)も重要。校正切れのトルクレンチは結果として無意味。
③遅れ破壊への注意
過去のF11T で問題化した遅れ破壊は、ボルト材料の水素脆化が原因で起きる現象。F10T では基本的に問題ないが、
- 長期保管(10年以上)・湿気の高い環境保管はリスク
- 過大トルクでの締付(規定の1.2倍以上)は禁止
- 雨水浸入・凝結水の発生する環境ではF10T-Hなど耐遅れ破壊型を選定
④摩擦面塗装の二度手間防止
摩擦面以外には防錆塗装が必要ですが、摩擦面に塗料が回り込むとNG。施工順序を間違えないこと:
- 鉄骨工場で摩擦面をマスキング
- 工場塗装(摩擦面以外)
- 摩擦面のマスキング除去
- 現場到着→摩擦接合
- ボルト締付完了後、ボルト周辺を塗装補修
→ 塗装屋・鉄骨屋・建方屋の連携ミスで、摩擦面に塗料が回り込んで全数やり直しになるトラブルは少なくない。
⑤現場での具体例(独自エピソード)
ある6階建オフィスビル(S造)の鉄骨建方で、3階梁の摩擦接合部に油が付着しているのが発覚した経験があります。
- 原因:鉄骨製作工場で機械加工後の油拭き取りが不完全
- 発見:本締め前のマーキング確認時に光沢で気づく
- 対応:全ボルトを取り外し→ジクロロエタンで脱脂→再施工
その時に学んだのは、「摩擦面の状態は本締め前に最終確認するクセをつける」こと。本締め後では取り外しに手間がかかるし、ボルトの再使用も基本NG(導入張力が抜けるため)。摩擦面は「ボルトを入れる前に手で触って違和感がないか」を一手間かけるだけで、後工程の手戻りを防げます。
教科書では「摩擦面処理」という1行ですが、現場では油・水・塗料・スパッタ・泥という「摩擦面汚染の5大要因」を意識して触り癖をつけるのがリアルなノウハウですね。
通しボルトはこちらの記事も参考にしてください。
高力ボルト摩擦接合に関する情報まとめ
最後に、高力ボルト摩擦接合の重要ポイントを整理します。
- 高力ボルト摩擦接合とは:強く締めたボルトの軸力で板同士を押し付け、摩擦力で力を伝える接合工法
- 力の伝達:F = μ × N(摩擦面の状態と軸力の積)。ボルト本体のせん断ではない
- すべり係数 μ:設計値0.45(自然発錆 or ブラスト処理)。黒皮・塗装面はNG
- ボルト規格:F10Tが標準、S10T(トルシア型)が現場主流。F11T は製造禁止
- 施工の流れ:仮ボルト→1次締め→マーキング→2次締め(本締め)
- 施工管理視点:刻印確認、摩擦面の汚染防止、トルク管理、マーキングずれの全数確認
以上が高力ボルト摩擦接合に関する情報のまとめです。
高力ボルト摩擦接合は「板同士の摩擦で力を伝える」仕組みを理解すると、現場で何を見るべきかが明確になります。摩擦面に油や塗料が付いていないか・ボルトの刻印が混入していないか・マーキングがちゃんとずれているか――この3つを習慣化するだけで、施工不良を未然に防げる確率が格段に上がりますよ。一通り高力ボルト摩擦接合の基礎知識は理解できたと思います。
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