構造工学の議論に耳を傾けたことがある人なら、「アンカー ボルトは地震地域で使用できますか?」という同じ質問が少なくとも 100 回繰り返されるのを聞いたことがあるでしょう。過去 10 年間、最初はエンジニアとして、現在はサプライヤーとしてアンカー ボルトに取り組んできた者として、この質問は単なる仮説ではありません。次のプロジェクトについて私に連絡をくれるすべてのエンジニア、請負業者、建物所有者、特に太平洋岸北西部、カリフォルニア、または中西部の一部などの高地震地帯にあるプロジェクトに対して、私は最初にこれを尋ねます。簡単に言うと、答えは「はい」です。ただし、それは正しいタイプを選択し、正しく設置し、厳格な耐震基準を満たすように設計した場合に限られます。これを詳しく見てみましょう。単にボルトをコンクリートに打ち込んで完了というだけではありません。
私がこの業界に入ったのは、たった 1 つの間違った留め具が建物全体を危険にさらす可能性があることを知ったからです。キャリアの初期に、私はオレゴン州で小規模な商用改修工事に取り組みましたが、請負業者が耐震等級のボルトではなく標準グレードのボルトを使用したため、やり直す必要がありました。 2014 年のナパ地震 (M6.0 の地震) が発生したとき、非耐震ボルトがコンクリートから引き抜かれ、建物の鉄骨フレームがインチ単位でずれたままになりました。負傷者は出なかったが、被害は壊滅的になる可能性があった。この経験から、地震地域でのアンカー ボルトは単なる「良いアイデア」ではなく、建物の横荷重耐性システムの譲れないコンポーネントであることを学びました。
まず、なぜ地震帯がこれほど異なるのかについて話しましょう。地震により、アンカー ボルトをテストする 2 種類の力、すなわちせん断 (横方向の力) と張力 (上または下に引っ張られる力) が発生します。非地震地帯にある低層の建物に使用できるボルトは、地面の揺れによる強いせん断力が繰り返し加わると破損する可能性があります。重要なのは、これらの動的な周期的な荷重、つまり一度だけではなく、地球の移動に伴って何度も作用する荷重に耐えるように設計されたアンカー ボルトを選択することです。
長年にわたり、どのボルトのタイプが耐震用途に適しているかについて、多くの誤った情報を見てきました。たとえば、J ボルトを信頼する人もいますが、J ボルトだけを信頼するのではなく、耐震性能がテストされたものだけを信頼します。明確にしましょう: J ボルトは最も一般的なアンカー ボルトの 1 つで、敷居プレートの固定からコンクリート基礎、機械の固定に至るまで、あらゆる用途に使用されます。しかし、標準的な J ボルト (大型店で購入できる、コーティングされていない一般的なもの) は地震地帯向けに設計されていません。そのため、耐震J ボルトについて話すとき、ACI 318 (構造コンクリートの建築基準法要件) や ICC-ES (国際基準評議会評価サービス) 基準などの基準を満たすようにテストされたボルトを意味します。耐震用途向けの信頼性の高い J ボルト オプションが必要な場合は、J ボルト ページをご覧ください。ここでは、当社のすべてのモデルがサードパーティによって横方向および周期的な地震荷重についてテストされています。Jボルト。
よく登場するもう 1 つのタイプは L ボルトです。 L ボルトは J ボルトと同様にコンクリートに引っ掛ける形状ですが、真っ直ぐに 90 度曲がっている点が異なります。 L ボルトは、厚いコンクリート スラブに固定する場合など、ヘッドルームが制限されている用途でよく使用されます。繰り返しになりますが、すべての L ボルトが耐震性を備えているわけではありません。当社が製造する耐震専用 L ボルトは、より厚いシャンク、鍛造曲げ (繰り返しの荷重で破損する可能性がある溶接部の曲げではない) を特徴とし、腐食はボルトの強度を弱めるため、耐震性能にとって重要な耐腐食性のコーティングが施されています。 L ボルトが他の形状よりも合理的であるプロジェクトの場合は、当社の耐震 L ボルトの製品ラインをチェックする価値があります。エルストア。
では、地震地帯で鉄骨柱や大型機器を支えるような、より重い荷重のアンカー ボルトはどうでしょうか。そこでプレート アンカー ボルトが登場します。プレート アンカー ボルトは、一端にコンクリートにぴったりと接する幅広で平らなプレートを備えており、荷重を 1 点に集中させるのではなく、より広い範囲に分散させます。これは、地震用途にとって大変革です。なぜなら、地面が揺れるとき、アンカーにかかる荷重はせん断力や張力だけではなく、多くの場合、両方の組み合わせ (複合荷重と呼ばれます) になるからです。幅広のプレートは、複合荷重下でボルトがコンクリートを貫通するのを防ぎます。当社のプレート アンカー ボルトは、最大 50 kips のせん断荷重と最大 30 kips の引張荷重に耐えられるようテストされており、需要の高い耐震プロジェクトに最適です。地震地帯にある倉庫、病院、またはその他の大規模な商業建造物で作業している場合、通常はプレート アンカー ボルトが最適です。プレートアンカーボルト。
耐震用の傘ハンドルアンカーボルトについてもお客様から問い合わせをいただきました。これらのボルトは、アンカーの先端が拡張された傘状で、設置されるとコンクリートの内側に広がることからその名前が付けられています。そのため、コンクリートの底部にアクセスできない用途 (既存の基礎に固定する場合など) に最適です。ただし、傘のハンドルのアンカー ボルトであっても、耐震用途の評価が必要です。当社の耐震傘ハンドル アンカー ボルトは、コンクリート内で均等に拡張するように設計されており、強い地面の揺れでも引き抜きに耐える機械的インターロックを作り出します。これらは、基礎の底部に穴を開けることができない改修プロジェクトによく使用されるため、古い建物を扱う多くの耐震技術者にとって頼もしい存在です。傘ハンドルアンカーボルト。
クロー アンカー ボルトは、耐震用途、特に迅速な設置が重要な仮設構造物やプロジェクトに推奨するもう 1 つのオプションです。ボルトの先端の爪のデザインがコンクリートに食い込み、ボルトを拡張することなく確実な保持を実現します。当社の耐震定格クロー アンカー ボルトは、周期耐震試験でせん断荷重と引張荷重の両方に耐えられることが試験されており、標準的なハンマー ドリルで簡単に取り付けることができ、特別な工具は必要ありません。そのため、地震地帯で仮設フェンス、足場、または型枠を固定する必要がある建設現場で人気があります。詳細については、クロー アンカー ボルトのページをご覧ください。クローアンカーボルト。
しかし問題は、たとえ世界最高のアンカー ボルトであっても、正しく取り付けられなかった場合には機能しないということです。請負業者が、間違った深さの穴あけをしたり、コンクリートの穴を掃除しなかったり、トルクの仕様を無視したりして、設置作業を手抜きしているのを見てきました。すべては、「ボルトはボルトだ」と考えているからです。地震地帯では、適切なボルトの種類を選択することと同じくらい設置が重要です。例を挙げましょう。私は数年前にカリフォルニアで学校の改修工事に取り組みました。請負業者は正しいプレート アンカー ボルトを使用していましたが、ドリルで開けた穴が 1 インチ浅すぎました。構造エンジニアが荷重テストを行ったところ、ボルトは定格容量の 70% で抜けました。地震が来たら大変なことになるだろう。
もう 1 つのよくある間違いは、腐食を考慮していないことです。地震帯は海岸沿いや湿度が高いことが多く、ボルトに少量の錆が発生すると強度が最大 30% 低下する可能性があります。そのため、当社のすべての耐震アンカー ボルトには、耐食性に関する ASTM A153 規格を満たす溶融亜鉛メッキまたはエポキシ コーティングが施されています。わずかな追加コストが長期的な安全性に大きな違いをもたらします。
また、鋳込みアンカー ボルトと後施工アンカー ボルトの違いについて疑問に思われるかもしれません。これは、地震業界で大きな議論となっているためです。鋳込みボルトはコンクリート打設時に施工するため、基礎に直接ボルトが埋め込まれます。コンクリートが硬化した後、後付けボルトを既存コンクリートに穴あけします。どちらも地震帯で使用できますが、異なる基準を満たす必要があります。鋳込みボルトは荷重経路の信頼性が高いため、新築の場合には好まれることが多いですが、後付けボルト (後付け使用がテストされている傘ハンドル アンカー ボルトなど) は後付けの場合に不可欠です。後付け耐震用途の場合は、ACI 318 第 17 章に従ってボルトが後付け使用向けにリストされていることを確認する必要があります。これには、引抜き抵抗、せん断抵抗、および繰返し荷重耐性のテストが含まれます。
これを裏付ける実際の耐震実験データについて話しましょう。昨年、当社は J ボルト シリーズを独立したサードパーティ研究所に提出し、地震による繰り返し荷重試験を行いました。このテストでは、1994 年のノースリッジ地震とほぼ同じ規模の M7.0 地震による力をシミュレートしました。当社の J ボルトは、定格容量の 80% で横方向せん断荷重を 50 サイクル繰り返しても、亀裂や抜けの兆候はありませんでした。それはまさに地震地帯で必要とされる種類のパフォーマンスです。ボルトが一般的な規格外の J ボルトであった場合、わずか数サイクルで破損したでしょう。
負荷の組み合わせについても触れたいと思います。これは、多くのエンジニアがつまずく箇所だからです。耐震設計では、ボルトにかかる静荷重だけを見ることはできません。それを地震荷重と組み合わせる必要があります。たとえば、1000 ポンドのシル プレートを保持するボルトは、非地震帯では 1000 ポンドに耐えるだけで済みますが、地震帯では、地面の加速によりその荷重が 2 倍、さらには 3 倍になる可能性があります。そのため、耐震ボルトは極限耐荷重が高く、静荷重と動荷重の組み合わせに耐えられるように設計されています。
つまり、すべてをまとめると、はい、アンカー ボルトは地震帯でも絶対に使用できます。ただし、それは、第三者機関によってテストされ、耐震性能が評価されたボルトを選択し、メーカーおよび基準ガイドラインに従って正しく設置し、腐食と荷重の組み合わせを考慮した場合に限ります。すべてに適合する万能のソリューションはありません。そのため、耐震基準を熟知し、特定のプロジェクトに適切なボルトの選択を支援できるサプライヤーと協力することが重要です。
新しい商業ビル、住宅改修、病院、倉庫など、地震発生地域でのプロジェクトに取り組んでいて、どのアンカー ボルトが適切かわからない場合は、当社のチームに連絡することをお勧めします。当社は米国全土で何千件もの耐震プロジェクトに取り組んできており、正しいボルト タイプの選択、地域の建築基準を満たしていることの確認、さらには設計をサポートする荷重テスト データの提供までお手伝いします。耐震安全性を危険にさらすのではなく、最も重要なときに機能するように設計されたアンカー ボルトを選択してください。
参考文献:
ACI 318-19、構造コンクリートに関する建築基準法要件と解説。アメリカコンクリート協会。
ICC-ES AC193、コンクリートへの後施工接着剤アンカーの合格基準。国際コード評議会評価サービス。
FEMA 450、NEHRP は新しい建物およびその他の構造物に対する耐震規制を推奨しています。連邦緊急事態管理庁。
ASTM F1554、アンカー ボルトの標準仕様、スチール、降伏強度 36、55、および 105-ksi。米国試験材料協会。