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単管パイプの強度・ジョイントの強度・計算方法・規格

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皆様こんにちは、工事現場でよく単管パイプの足場や柵などを見ます。この単管でできた足場や柵はいったいどれくらいの強度があるかご存知でしょうか?単管パイプ1本の強度はどれくらなのか?単管パイプでできた足場の強度は人が乗っても大丈夫なのか?などを記載しています。

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単管パイプの強度

単管パイプの強度

単管パイプは現場での足場や自宅のリフォーム時や簡易的な小屋を作る時などに使います。このように色々な場所で単管パイプを使用しますが、単管パイプの強度はどのくらい強いのか知っている人は少ないです。まず単管パイプの素材は鋳物ではないです、stk管(一般構造用炭素鋼鋼管)です。 そして、単管パイプはstk管だけではなく、現在はダクタイル(鋳物製)や高張力炭素鋼鋼管(軽量タイプの単管パイプ)があります。単管パイプの強度をニュートンで表すと、従来の単管パイプ(一般構造用炭素鋼鋼管)の強度は2.4mmで引張強度が500ニュートンです。 軽量タイプ(高張力炭素鋼鋼管)の単管パイプは1.8mmで引張強度が700ニュートンです。現在主流の肉厚1.8mmパイプは肉厚2.4mmと比較すると約24パーセントも軽くて強度も30パーセント以上強くなっています。

単管パイプのジョイントの強度

単管パイプにはジョイントと呼ばれる部品があります。ジョイント(接合部分)と呼ばれるので、単管パイプと単管パイプの接合するときに使います。名称に「エルボ」や「クロス」や「サンポー」や「e型チーズ」や「マルチジョイント」や「ボンジョイント」などたくさんの種類があります。基本的にジョイントは単管パイプの繋ぎや曲り部分をきれいに見せるためのものであって強度を強くするものではないです。 足場を組むために単管パイプとジョイントを組み合わせて作ると、人や荷物や部材などを一緒に揚げた時にジョイントで作った足場だと絶対に安全を保障できるとは言えないです。 過去に「ボンジョイント」を使用して足場を組み立てていた時に屋上から2階にいる労働者に2メートルと4メートルをボンジョイントでつないでいた単管パイプを降ろしていた時に4メートルの単管パイプが外れて落下し直下にいた労働者に激突し死亡した例もあります。

直線

単管パイプは基本的に直線1本ものなら直線距離が短ければ短いほど強度が強く、長ければ長いほど強度が強くなります。単純支持で1mの場合中央集中荷重で約456㎏で曲がり、2mで約228㎏で曲がります。

単管パイプのクランプの強度

単管パイプにはジョイントより強度が強いクランプという部品があります。クランプとは単管パイプと単管パイプを交じり合うようにつなげる部品です。クランプには「直交」と「自在」の種類があり、「直交」は単管パイプと単管パイプを直(90度)で交わせるので直交と言います。「自在」は単管パイプと単管パイプを自由自在に交り合わせることができるので自在と言います。 強度的には、ジョイントより強度が強く足場の組立などによく使用されます。 わかりやすく足場の組立を例に説明すると、スパンあたり積載荷重が400kg規制されているので(足場板が4メートルかつ3点支持が原則なので12スパンは1.8メートルとすると)単管足場では2スパン取り出すとクランプは6個、真ん中の建地では2個のクランプを使用し両側のスパンの半分ずつを負担するので積載荷重が400kgクランプ1個だとその半分の200kgなります。

単管パイプの座屈の強度

単管パイプの座屈の強度を説明する前に、座屈は何かを説明します。座屈とはその物体を圧縮した時に折れたり壊れたりする現象を座屈と呼ばれています。 そして単管パイプの座屈の強度は単管パイプを生で見たり触ったり持ったりするとわかりますが、そんな簡単には座屈はしません。巨大な自動万力機があると座屈させれますが、足場の組立や小屋の組立・ウッドデッキ作成して人や積載物が乗ったくらいでは座屈はしません。

単管パイプの規定

単管パイプの規定は単管パイプで足場を組む時の安全基準とします。 1・足場には、本足場(2列の建地)、1側足場(1列の建地)およびつり足場がある。足場が倒れないように建物などに一定間隔で壁つなぎ、控えとる。高さ2m以上の足場の作業所には、幅40cm以上の作業床を設ける。2・事業者は、つり足場、引出し足場、高さ5m以上の足場の組立て、解体などの作業では、足場組立てなど作業主任者(技能講習修了者)を選任して行う。 3・鋼管(単管パイプ)足場の場合 脚部には、ベース金具を使用し、敷板、敷角、根からみなどを設け、壁つなぎは、垂直方向5m以下、水平方向5.5m以下とし、建地間隔は、けた方向1.85m以下、はり方向1.5m以下とし、建地間の積載荷重は、400kgf限度とし、地上第一の布は、2m以下の位置に設けること。

単管パイプの規定その2

建地の最後部から測って31mを超える部分の建地は、鋼管2本組とし、建地の間隔はけた行き方向を1.85m以下とすること。梁行き方向を1.5m以下とし、足場の脚部にはベース金具を使用しかつ敷板敷き角などを使用し根がらみなどを設け、鋼管の接合部または交差部は、これに適合した付属金具を使用して、確実に接合し、または緊結します。 足場を架空電路に近接して設ける場合は、架空電路を移設するか、鋼管または架空電路に絶縁管、絶縁覆などを装備し、壁つなぎは、座屈の防止、風荷重などの水平力を負担し、倒壊を防止します。

単管パイプの車庫の強度

単管パイプで車庫を建てる人もいます。単管パイプで建てる車庫の強度が気になるので調べてみると、よく考えると単管パイプで下地を組むことと、足場を組むことは同じ単管パイプを使用しているので強度はほぼ一緒と考えていいです。 なので、従来の単管パイプを使用した場合は1メートルで耐荷重が490㎏です。軽量タイプの単管パイプを使用した場合は1メートルで耐荷重が686kgす。 なので、たくさんの単管パイプとクランプなどを使って緊結されるので強度がどんどん強くなりちょっとやそっとでは座屈も崩壊もしないです。

単管パイプの強度の計算方法

単管パイプの強度の目安は1メートルの真ん中に荷重をかけると約456㎏で曲がり始めます。この計算方法を記載します。長さをlmとすれば、中央にかけると曲がり始める質量はm=456/lです。 1.0mは456㎏ 2.0mは456/2.0=228kg3.0mは456/3.0=152kg3.5mは456/3.5≒13kgと計算式が続いていきます。

単管パイプの小屋の強度

単管パイプの小屋の強度

先にも述べましたが、単管パイプで小屋を建てても車庫を建てても足場を組んでも同じ強度です。しいて言うなら単管パイプの組み方や単管パイプと単管パイプとの間がどれくらいあるのかで強度は変わってきます。単管パイプと単管パイプとの間の距離を長くすると強度は弱くなり、間の距離を短くすると強度は強くなります。 1メートルの単管パイプの真ん中に荷重をかけると約456kg曲がります。しかし、小屋をたくさんの単管パイプを使用して建てて強度が強くなってなおかつ1点に約456kg荷重がかかるでしょうか?大丈夫です。雪国でもそれぐらいの雪は降らないからです。

延長しときの単管パイプの強度

単管パイプを延長したときの強度は弱くなります。先に記載したとおり単管パイプは長くなれば長くなるほど強度が弱くなっていく計算式になりたっています。だから、単管パイプを延長した時はその分弱くなっていきます。1メートルを2本つなぐと2メートルの単管パイプになり単純に強度は2メートルの強度くらいになると考えていいです。

わかりやすく片持ち梁で単管一本どれくらいの重さに耐えれるの?

単管パイプの許容曲げ引張応用力度は労働安全衛生規則第241条に「降状強さの値または引張強さの値の3/4の値のうちいずれか小さい値の2/3の値以下とする」とあります。なので一般工事で使用する単管パイプだとstk500(引張強さが500n/mm2)なので降状強さが360n/mm2ですので、360×2/3=240n/mm2が許容曲げ引張応力度σaになります。 それで、単管パイプの断面係数Zは3.83㎥なので、最大曲げモーメントはmmax=σa*z=240*10^2*3.83=91920(n・cm)になり。片持ち梁で長さ1メートルの単管パイプの先端に積載できる最大荷重Pは p=m/l=91920/100=919n≒93.kgなので、片持ち梁で長さ1メートルの単管パイプに先端には大きな人一人ぶら下げても大丈夫になります。

単管パイプの強度は結構大丈夫です

今まで単管パイプでの強度を記載しましたが、単管パイプ1本でも組み立てても、強度が結構大丈夫なのがわかります。ですので、これから、単管パイプを組んで足場を組もうとしている人や、ウッドデッキや車庫や小屋を作りたい人は安心して組み立ててください。かなり強度が強いので強風や豪雪にも大丈夫です。

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