強度を高めるために重要な接続

木造フレームで建てられた現代の農場の建物の多くは、リブ付き金属シートの外皮または外装で覆われています。 フレームと金属外板の強度を組み合わせることで、そのタイプの建物の経済性に貢献します。

木造フレームで建てられた現代の農場の建物の多くは、リブ付き金属シートの外皮または外装で覆われています。 フレームと金属外板の強度を組み合わせることで、そのタイプの建物の経済性に貢献します。 木製トラスや集成木材の柱などの一部の主要構造部材は事前に製造されています。 一次構造部材、二次構造部材、および建物の外板間の接続の大部分は現場で行われますが、組み立てられた建物の強度にとって非常に重要です。 設計、建設、メンテナンスにおいてこれらの接続に注意を払うことで、建物の強度と寿命が向上します。

適用荷重

抵抗が必要です建物が風、雪、および建築材料の重量による死荷重にさらされると、その結果として生じる力が建物の部材によって地面または基礎に伝達されなければなりません。 設計者は、力の伝達を、地面への連続的な荷重経路を作成することと呼ぶことがあります。 雪と死荷重により、建物の部材に下向きの垂直荷重が発生します。 風による荷重により、建物の部材に下向き、上向き、水平方向の力が発生する可能性があります。

加えられた力による建物のたわみ、反り、揺れ、傾きなどの動きは、建物の剛性によって抵抗されなければなりません。 金属被覆フレームの建物では、全体の剛性はフレームの剛性と金属外板によってもたらされる剛性の組み合わせになります。

加えられた建物荷重を地面まで安全に運ぶには、建物の重要な接続部に適切に設計され、現場で取り付けられる留め具が必要です。

ポスト埋め込み–建物の柱を地面に設置する場合、埋め込みの深さ、周囲の土壌の種類と条件によって、柱が地面から抜けたり横に傾いたりするのを防ぐための抵抗が決まります。 砂や砂利が多い土壌は、シルトや粘土が主な土壌よりも耐荷重強度が高くなります。 荒れていない土壌は、充填材よりも強度が高くなります。 建物の硬い床に接続することによって支柱にサポートを提供すると、横方向の抵抗と浮き上がりの抵抗をさらに高めることができます。 ポストフーチングは適切なサイズで、充填材や緩い材料ではなく、荒れていない土壌の上に設置する必要があります。 柱の埋め込みと地盤の強度がすべて建物の設計に適合していることを確認します。

ポストから基礎への取り付け–支柱が基礎の上部に取り付けられている場合、接続部は、支柱内の水平方向の風力および曲げ力とともに風による持ち上げに抵抗する必要があります。 これらの接続には、柱の側面まで適切な距離だけ伸びるコンクリート基礎に埋め込まれた鋼板、またはコンクリートに埋め込まれたアンカーにボルトで固定された適切な設計のベース プレートが含まれている必要があります。 コンクリートへのコネクタの埋め込みと支柱へのコネクタの取り付けの両方が、接続の設計と機能において重要です。 基礎の設置時にアンカーが適切に配置されていること、および支柱へのすべての接続が設計の指定どおりに行われていることを確認してください。

図 2. ポストから基礎への取り付け

スタッドと壁と基礎の取り付け–間柱壁フレームが基礎に接続されている場合、接続は水平方向の風力とともに風による浮き上がりに抵抗する必要があります。 このタイプの接続は曲げ力に抵抗できないため、壁や建物の傾きには他の手段で抵抗する必要があります。

木の間柱の木目に打ち込まれた釘やネジは、引き抜き抵抗が最小限に抑えられますが、これは建築設計には考慮されません。 隆起抵抗は、スタッドの側面とベース プレートまたは基礎の端に釘またはネジで取り付けるタイプ プレート、スタッド タイ、またはハリケーン クリップと呼ばれる金属ストラップのいずれかによって提供する必要があります。 または、シースまたはサイディング材をベース プレートに重ねて、スタッドとベース プレートの両方にしっかりと接続します。 金属タイプレートに必要な留め具についてはメーカーの推奨事項に従い、プレートへの外装またはサイディングの取り付けについては建築設計者の仕様に従ってください。

ベースプレートが壁枠と基礎の間の構造的接続を提供する場合、コンクリートに埋め込まれたアンカーを使用して基礎にしっかりと固定される必要があります。 アンカーの長さ、サイズ、間隔については、建物の設計仕様に従ってください。 ベースプレートが湿気による損傷から保護されていることを確認してください。湿気による損傷は、必要な留め具を保持する木材の能力を弱める可能性があります。 ベースプレートと取り付けられた外装またはサイディングに湿気による損傷、錆、ファスナーの劣化の兆候がないか監視します。

トラスと壁の取り付け–建物の屋根に作用する力は屋根トラスに伝達され、トラスから建物の柱または壁枠に伝達されます。 接続部は、風による揚力や水平方向の力とともに、下向きの雪や死荷重に耐える必要があります。 雪や死荷重を支えるために、トラスと壁の間に適切な耐力領域を提供する必要があります。 支持領域は通常、トラスのかかとを壁板または支柱の切り込みに直接置くことによって提供されます。 トラスが支柱の側面に取り付けられたベアリング ブロック上に置かれている場合、設計仕様に従って、ブロックから支柱まで全荷重を運ぶのに十分な留め具がなければなりません。

図 3. トラスと壁の取り付け–トラス支持ブロックは、柱へのおそらく不適切な 3 つの釘の接続を示しています。

図 4. トラスと壁の取り付け–膝ブレース

水平風力と揚力風力はトラスから壁まで伝わらなければなりません。 家やガレージの建設でよく行われる足先の釘打ちでは、これらの荷物を運ぶのに十分ではありません。 荷物を運ぶにはボルトまたは金属タイプレートが必要です。 設計で指定された耐荷重コネクタで上部プレートもスタッドに接続されていない限り、コネクタはトラスを上部プレートではなく支柱またはスタッドに接続する必要があります。

ポストフレームの建物では、接続によって柱からトラスまで曲げ力がかかる場合もあります。 曲げ力の伝達は、トラスと支柱の接続部にある斜めの膝ブレースを介して、または特別に設計されたヒールの深いトラスを使用してトラスと支柱を通るボルトによって実行されます。 ニーブレース接続およびディープヒールトラス接続の設計仕様に厳密に従います。 建築設計者の明示的な承認がない限り、現場での膝ブレースやトラスの接続の変更または省略を許可しないでください。

母屋アタッチメント–屋根材にかかる風による揚力は母屋を通ってトラスに伝わります。 母屋をトラスの上に釘付けする場合、留め具はトラスからの引き抜き抵抗に備えて適切な埋め込み深さとサイズを提供する必要があります。 足の爪の釘打ちが不十分である可能性があります。 特別なリングシャンクポールバーン釘またはネジが必要になる場合があります。 金属製のタイストラップにより、浮き上がりに対する抵抗力がさらに高まります。 母屋を金属製ハンガー ブラケットのトラス間に吊るす場合、母屋の端とトラスの両方に適切な留め具が必要です。 屋根の端付近での風荷重の増加により、屋根部分の端での留め具の要件が増加します。

図 5. 母屋の​​取り付け–母屋釘打ちは、釘の埋め込みが不十分な状態で示されています。

図 6. 母屋の​​取り付け–金属タイプレートまたはストラップ

斜め風ブレース–スタッド壁や母屋のある屋根トラスなど、長方形のパターンで組み立てられた建物のフレームには、長方形が傾いたりひねったりしてひし形になるようなラックの発生を防ぐためのブレースが必要です。 建物の鋼板は、斜めのブレース効果の多くを提供できますが、特に建設中には、斜めのフレームのブレースが必要になる場合があります。 そのブレースは一時的なものである場合もあれば、恒久的に構造に組み込まれる場合もあります。

設計仕様に従って斜めブレースが取り付けられていることを確認してください。 建築設計者の承認なしに、ドア、窓、設備の斜めブレースを切断したり省略したりしないでください。 斜めブレースの端の接続はブレースの機能にとって特に重要です。 支柱、プレート、または基礎への接続が適切に取り付けられ、湿気による損傷から保護されていることを確認してください。 ブレースに圧縮荷重がかかる場合 (長さに沿って圧縮する)、横方向の座屈を防ぐために部材の横方向のブレースが必要になる場合があります。 設計仕様に従ってください。

板金アタッチメント–建物の金属シートは、風や雪からの荷重を構造フレームに伝えなければなりません。 風による揚力と外向きの力は、誘導される斜めの支持力とともに、シート接続の重要な設計要素です。

浮き上がりと外向きの力に耐えるためには、適切な留め具の間隔と埋め込みの深さが必要です。 設計仕様に従ってください。 ネジ留め具が締めすぎてネジ山が潰れてしまった場合は、より長い留め具に交換するか、新しい留め具の位置に移動して、潰れたネジの穴を塞ぎます。 風による揚力は、角の周りの風の動きと、屋根の張り出し部分にかかる荷重（存在する場合）の両方により、屋根や壁面の端で大きくなります。 追加のファスナー (ファスナーの間隔を狭く) は、これらのエッジ ゾーンに配置されます。 風圧がより大きいエッジゾーンは、一般に、屋根または壁セクションの端から少なくとも 3 フィートの幅であると想定されます。

斜め風ブレースのセクションで述べたように、建物の鋼板は、建物フレームのラックを引き起こす風力に対する抵抗力も提供します。 フレームに取り付けられた金属シートは、ラッキングに対する耐性を提供する剛性のダイヤフラムを形成します。 ラッキングに抵抗する際、鋼板の間、および鋼板とフレームの間の接続部にせん断力が発生します。 これらの力は、各ダイヤフラムの端の周囲、つまり個々の壁または屋根部分の端の周囲で大きくなります。 これらのダイヤフラムの追加の力により、鋼板とその下のフレームとの間、およびそのフレームとトラス、柱、または基礎との間の接続に負荷が加わります。

建物の破損調査では、構造破損の開始点として屋根表面の端付近の接合部の破損が指摘されることがよくあります。 図 7 は、屋根端の接合部の強度が不十分なために、屋根パネルが屋根の端から剥がれた状態を示しています。 図 8 は、風力によって建物フレームから分離された屋根材 (屋根シートと母屋) の断面を示しています。 シートは母屋に取り付けられたままですが、母屋がトラスに適切に接続されていないことに注意してください。

図 7. 金属シートの取り付け – 建物の風荷重による破損は屋根の端で発生します。

図 8. 金属シートの取り付け – 屋根部分が風によって建物フレームから分離されます。

接続の検査–建設中および建設後の検査では、重要な場所の接続が適切に設置されていることを確認する必要があります。 適切なサイズと数のコネクタが取り付けられていることを建設計画で確認してください。 ネジや釘のサイズ、間隔、長さ、フレーム部材への埋め込みを確認してください。

シートのリブのファスナーは、シートの平らな部分のファスナーほどせん断荷重を受けません。 留め具が木製フレーム部材の端または端に近すぎると、負荷が少なくなります。 締めすぎて金属シートを損傷したり、締めすぎて緩みが残ったりすると、接続強度が低下します。

屋根部分と壁部分の端のフレーム部材の状態を確認します。 欠陥のあるフレーム部材（屋根母屋、軒母屋、側壁ガート、上部プレートまたは下部プレート）は、金属シートとフレーム間の接続不良を引き起こす可能性があります。

元の建物の設計や計画の一部ではない建物の変更は許可しないでください。 現場での変更は建築設計者から書面で確認するよう主張してください。

接続維持–重要な接続は数年ごとに検査する必要があり、また、激しい暴風雨が発生した場合にも検査する必要があります。 屋根の端や壁の基部に近い領域も、建物が古くなると劣化やメンテナンスの問題が発生しやすくなります。 保守点検や修理の際は、屋根の軒、屋根の棟、基礎、壁の隅、端壁のすくい目（屋根と端壁の接合部）に沿った接合部とフレーム部材の状態に特に注意してください。

特に畜舎の軒近くの屋根材は結露や屋根金属の劣化が起こりやすいです。 それらの場所で屋根の金属に錆びや腐食の兆候がないか注意してください。 腐食または錆びた金属シートは、負荷がかかるとファスナーが金属を突き破る傾向があります。

図 9. 接続のメンテナンス – 留め具の周囲の屋根シートが錆びています。

錆びたり腐食した金属屋根材を交換します。 換気用の屋根裏空気取り入れ口の変更、断熱材や結露の制御の改善などの手段により、将来の金属の錆びや腐食のリスクを軽減します。 アイオワ州立大学 Extension and Outreach の出版物「Swine Building Ventilation 用の Gable End Attic Air Intakes – AE 3545」を参照してください。詳細については、store.extension.iastate.edu にアクセスして「ae 3545」を検索してください。

劣化または損傷の兆候が見られる建物フレーム部材を修理または交換します。 金属プローブ、ナイフ先、または小さなドライバーを使用して、木製部材の完全性をテストします。 木材水分計を使用して、過剰な水分含有量を確認します。 使用中の木材の含水率が 19% を超えると、設計上の接続強度が低下します。 過去に滴下した結露の痕跡として、目に見える縞模様がないか確認してください。 必要に応じて、軒天井パネルや断熱材を取り外して、点検しやすくします。 柔軟な検査カメラを使用して、調査のために立ち入り禁止エリアにアクセスします。 ファスナーや部材の交換よりも複雑な修理が必要な損傷が見つかった場合は、資格のあるエンジニアまたは建築専門家に相談してください。 トラスの設計と検査はこの記事の焦点では​​ありませんが、検査でトラスの損傷やトラス プレートの歯がトラス部材にしっかりと埋め込まれていないことが判明した場合は、修理方法について専門家のアドバイスを求めてください。

図 10. 接続のメンテナンス – トラスプレートの歯の取り外しが示されています。

安全第一–建物の接続を調査および修復するときは注意してください。 危険には、鋭い金属の端や先端、生の木材の端、断熱材や破片の吹き飛ばし、はしごからの落下などが含まれます。 電気配線の周囲を検査する前に、保護メガネと手袋を着用し、電源を切ってください。

著者 –Shawn Shouse、Kapil Arora、Brian Dougherty、Kris Kohl、Kristina TeBockhorst – アイオワ州立大学拡張およびアウトリーチのフィールド農業エンジニア。によってレビューデビッド・ボーンホフ、ウィスコンシン大学生物システム工学名誉教授

中西部各地からの毎日の農業ニュースと市場情報。