監修：窪田敏行

近畿大学「連載」高強度・太径鉄筋を用いた配筋設計施工の品質保証

第②回

名誉教授

定着金物の品質保証
益尾 潔 ●一般社団法人建築構造技術支援機構 代表理事

はじめに定着金物の品質基準 3)

第三者機関の技術評価を取得し、現在使用されている定① 定着金物は、定着筋母材の規格引張強さ以上の引張力

着金物は、表 1 に示すように、ねじ節鉄筋用(5 種類)と一を受けても損傷しないこと。

般異形鉄筋用(7 種類)であり、一般異形鉄筋用には、摩擦② 定着筋が仕口面で長期および短期許容引張応力度に達圧接型と鉄筋こぶ型がある。

しても、定着金物と定着筋との嵌合部に有害なすべりねじ節鉄筋、一般異形鉄筋に係わらず、定着金物(定着が発生しないこと。

板)の直径は、鉄筋直径の 2.5 倍程度である。その場合、柱、梁部材内で、RC 配筋指針 1)の鉄筋あき寸法を確保でき、コ

品質②は、ねじ節鉄筋定着金物に要求される長期および短期荷重時に満足すべき品質である。この品質は、図 2 にンクリートの圧縮強度が特に低くなければ、鉄筋母材の降示すように、定着金物を支持し、定着筋に引張力を加え、伏強度以上の定着耐力を確保できる 2)。

鉄筋継手性能判定基準 4)の A 級継手に準じ、鉄筋嵌合部を機械式定着工法による定着筋は、図 1 に示すように、付含む測定区間の残留すべり量が 0.3mm 以下になることで確着抵抗と支圧抵抗を有し、支圧抵抗は、定着金物の支圧面認される。ただし、上記の判定基準によらず、機械式定着積に支配される。支圧面積 Ap は、定着板の断面積から鉄筋工法による柱梁接合部の実験によって、終局耐力時のみな公称断面積 at を差し引いた断面積であり、支圧面積 Ap をらず長期および短期荷重時の目標性能達成の妥当性を確認

鉄筋公称断面積 at で除した値が支圧面積比αp である。定してもよい 3)。

着板直径が鉄筋直径の 2.5 倍程度の場合、支圧面積比αpは 5 前後の値となる。
表 1 技術評価取得の定着金物

ねじ節鉄筋用

摩擦圧接型
鉄筋
こぶ型

定着金物
プレートナット
タフネジナット
オニプレートスクリュープレート
DSネジプレート
FRIP定着板
マイティヘッド
タフヘッド
Head-bar
EG定着板
Tヘッド
DBヘッド

at

Ap
支圧面積比
αp = Ap/at

製造メーカー
東京鐵鋼(株)
共英製鋼(株)(株)伊藤製鐵所
朝日工業(株)
JFE条鋼(株)(株)伊藤製鐵所
清水建設(株)
共英製鋼(株)VSLジャパン(株)合同製鐵(株)第一高周波工業(株)(株)ディビーエス

定着金物(a) 試験装置

図 2 定着金物単体の試験例 3)

ねじ節鉄筋定着金物

仕口面
付着力

支圧力

(b) 載荷履歴(1) 概要

引張力

ねじ節鉄筋定着金物は、写真 1 に示すように、ナット部定着筋と定着板との一体鋳造によって製造され、先端部が貫通型

定着長さ ag , acと閉鎖型のものがある。また、ねじ節鉄筋とナット部との図 1 機械式定着部の抵抗機構 2)

嵌合部の隙間には、無機系グラウト材または有機系グラウト材が注入される。この場合、写真 2 に示すように、定着筋の引張力は、ねじ節鉄筋の雄ねじと定着金物ナット部の-1-

雌ねじとの嵌合部を介して定着金物に伝達される。

混用しないことを基本として選定することが望ましい。
ねじ節鉄筋定着金物の現場施工では、以下の①～③が品質管理の重要事項として挙げられる。
① 仕口面から定着金物内面までの距離(定着長さ)の管理② 鉄筋と定着金物との嵌合長さ(鉄筋突出長さ) の管理

オニプレート③ 鉄筋と定着金物との嵌合部の充填材の管理

タフネジナット梁、柱主筋定着長さは、当該鉄筋の長さおよび継手位置

フリータイプと継手方法、柱梁接合部内での直交筋との緩衝の有無に左右されるので、これらの点を考慮し、入念な施工計画を立案する必要がある。
メタルタッチタイプ

無機系、有機系グラウト材、いずれの充填材も、充填性(コンステンシー)は施工時温度に左右されるので、注意する必DS ネジプレート要がある。また、施工管理では、定着金物全数の充填確認

写真 1 ねじ節鉄筋定着金物 3)が重要である。

隙間

一般異形鉄筋用の摩擦圧接型・定着金物
引張力(1) 概要一般異形鉄筋用の摩擦圧接型は、写真 3 に示すように、鉄筋先端に円形定着板を摩擦圧接された定着金物である。

ナット部に作用する力

なお、表 1 中で摩擦圧接型とした EG 定着板は、異形鉄筋の先端に摩擦圧接されたねじ切り棒鋼にねじ嵌合される。

写真 2 定着金物の切断面状況 3)(2) ねじ節鉄筋定着金物の鋼種と寸法仕様
表 2 に示すように、鉄筋鋼種の上限は、SD390 または SD490であり、定着金物の鋼種は、鉄筋鋼種に応じ、FCAD1200-2(JIS G 5503 オーステンパ球状黒鉛鋳鉄品)、FCD600-3、FRIP 定着板

FCD700-2(JIS G 5502 球状黒鉛鋳鉄品)または S45C(JIS G4015 機械構造用炭素鋼鋼材)としている。

定着板直径φは、他の仕様に係わらず、2.5db(db：鉄筋(2) 摩擦圧接型定着金物の鋼種と寸法仕様直径)程度である。貫通型定着金物の全長比 L/db は、1.9～

表 3 に示すように、鉄筋鋼種の上限は、SD390 または SD490

2.5 程度であり、ねじ節鉄筋用定着金物の全長は、ねじ節であり、定着板の鋼種は、定着板強度を鉄筋母材の規格引鉄筋と定着金物のねじ嵌合部ねじ山数によって決定する。
表 2 ねじ節鉄筋定着金物の鋼種と寸法仕様(貫通型)
定着金物
名称

鋼種

鉄筋鋼種

プレート
ナット

FCAD1200-2

SD490

FCD600-3,S45C

SD390

FCAD1200-2
FCAD1200-2
FCD700-2
FCAD1200-2
FCD700-2
FCAD1200-2

タフネジナットオニプレート
スクリュープレート
DSネジプレート

φ/d bminmax

タフヘッド

写真 3 一般異形鉄筋用の摩擦圧接型定着板 3)5)～9)張強さ以上とすることを基本とし、非調質高強度鋼、S45Cの非調質材または調質材としている 6),11)～13)。

5)～9)

非調質高強度鋼は、熱処理なし(非調質)で、化学成分のL/d b
minmax調整によって、熱処理(調質)材と同程度の強度とした鋼材

2.44 2.59 1.88 1.97である。S45C は、JIS G 4015 の機械構造用炭素鋼鋼材であSD490

2.32 2.43 1.95 2.50

り、JIS に機械的性質が規定されていないので、ロックウ

SD490

2.50 2.52 2.32 2.50

SD490

2.47 2.56 2.07 2.43

定着板直径φは、他の仕様に係わらず、2.5db(db：鉄筋SD490

2.46 2.50 2.20 2.34直径)程度であり、定着板厚さ比 t/db は、マイティヘッド

ェル硬さ等によって、定着板の品質検査が行われる。

(注)1)φ：定着板の直径、L：定着金物の全長、d b ：鉄筋の直径

では 0.65～0.7 程度、その他の定着板では 0.8 程度である。

2)上表中のminおよびmaxはD29～D41用定着金物の値。

鉄筋と定着板の接合強度がせん断強度 Qsy で決定する場(3) 品質管理の注意点

合、鉄筋周長をψとし、定着板厚さ t を n･db とすると、ねじ節鉄筋定着金物は、各メーカーともに、貫通型と閉Qsy/Try は式(1)で求められる。n は鉄筋直径の倍数、Try は鎖型があり、定着金物鋼種も複数あるので、同一現場では-2-

鉄筋の規格引張力(=at･σy)であり、at は鉄筋断面積、σy①の段階の最高到達温度は被接合材の融点以下であり、は降伏点を示す。

摩擦圧接は固相状態で行われるので、圧接工程の安定度が

Qsy=ψ･t･σy/√3, Qsy/Try=4n/√3

高い 10)。摩擦圧接では、鉄筋と定着板との摩擦圧接条件の(1)式(1)によると、t/db=0.8 の時 Qsy/Try=1.85、t/db=0.7 の設定が最も重要であり、鉄筋鋼種、定着板鋼種、定着板厚

時 Qsy/Try=1.62 となる。

さを考慮し、使用する摩擦圧接機によって検知試験を行い、各工法の摩擦圧接条件が設定される。

表 3 摩擦圧接型定着金物の鋼種と寸法仕様 6),11)～13)
定着板名称
鋼種
非調質高強度鋼
FRIP
マイティ
S45C(非調質)ヘッド
非調質高強度鋼
タフヘッド
S45C(調質)
Head-bar
S45C(非調質)

鉄筋鋼種
SD490
SD490
SD490
SD390
SD490

φ/d b(4) 品質管理の注意点

t/d bminmaxminmax

2.402.402.432.432.402.592.502.50
2.60
2.590.80
0.640.690.80
0.800.830.690.710.880.83

摩擦圧接では、定着板と鉄筋先端の圧接面の品質管理が重要である。すなわち、定着板端面の錆を除去し、鉄筋軸に対して直角に鉄筋端を切断するとともに、切断後、切断時のばりを除去する。

(注)1)φ,t：定着板の直径および厚さ、d b ：鉄筋の直径
2)上表中のminおよびmaxはD22～D41用定着金物の値。

鉄筋と定着板からなる摩擦圧接部材については、通常、

ただし、マイティヘッドの場合、S45C(非調質)はD22～D32、作業日ごとの同一鋼種、同一呼び名を1ロットとし、1ロッ

非調質高強度鋼はD35～D41の値。

トにつき試験片3本の強度試験が行われる。ただし、強度試(3) 摩擦圧接

験のロットの大きさは、各定着金物の製造条件が同じでな

摩擦圧接は、写真 4 に示すように、摩擦圧接機の回転側いので、現在のところ統一されておらず、工事管理者とのチャックに定着板をセットし、固定側クランプで異形鉄筋協議によって決定されることが多い。

を固定した後、JIS Z 3607「炭素鋼の摩擦圧接作業標準」

なお、非調質高強度鋼とS45Cのいずれも使用できる定着に従い、下記の 2 段階で行われる(図 3 参照)10)。

板については、同一現場では混用しないことが基本である。

① 異形鉄筋先端面に摩擦圧力を加えつつ、回転側主軸を回転駆動させ、接合面に摩擦熱を発生させる。

一般異形鉄筋用の鉄筋こぶ型・定着金物② 回転側を停止させ、アップセット推力を加圧し、摩擦(1) 概要圧接を完了させる。

鉄筋こぶ型・定着金物には、表 1 に示すように、T ヘッドと DB ヘッドがある。
鉄筋側

定着板側

T ヘッドは、高周波誘導加熱装置を用い、鉄筋先端部に鉄筋こぶを形成させ、鉄筋こぶ内面側コンクリートの支圧抵抗によって、定着耐力を確保する定着金物である 3)。

回転側

固定側

チャック
③

クランプ

DB ヘッドは、図 4 に示すように、鉄筋先端部に DB リングと称する定着板を挿入した後、定着板の背面側と内面側に鉄筋こぶを形成させた定着金物である 14)。この場合、定写真 4 摩擦圧接機 11)

着板の内面側でコンクリートの支圧抵抗を期待し、コンクリートの支圧抵抗から派生する力を、定着板背面側の鉄筋回転数

こぶ周囲のせん断抵抗によって鉄筋に伝達させることにし回転数ている。
アップセットタイミング
摩擦時間

ブレーキ時間アップセット時間

本稿では、当機構の技術支援によって作成された DB ヘッド工法設計指針および DB ヘッド標準製造要領書を中心に圧力紹介する。

アップセット
圧力
摩擦圧力
圧接時間
寄り代

アップセット
寄り代

摩擦寄り代

全寄り代

経過時間

図 4 DB ヘッド各部の名称 14)

図 3 摩擦圧接サイクル 10)-3-(2) DB ヘッドの各部寸法仕様

指針で定める標準寸法に対し、各部寸法が許容寸法以内とDB リングの外径φo は、支圧面積比αp が 5 前後となるよなるように製造される。許容寸法は 0～2mm を基本としてい1)

うに定められ、孔径φh は、RC 配筋指針 による異形鉄筋のる。ただし、鉄筋直径実測値が DB リング孔径φh よりも大最外径を参考にして定められている。また、DB リングの厚きい場合、許容寸法以内となるように、DB リング孔周囲をさ td は、DB リングの面外強度を考慮し、鉄筋直径 db の 0.6

機械加工によって拡径することにしている。

倍程度としている。

(b) DB ヘッドの検査および強度試験

すなわち、DB ヘッドの背面側鉄筋こぶの突出長さ Lo が鉄DB ヘッドの各部寸法検査は、DB ヘッド検査用テンプレー

筋直径 db の 0.3 倍、0.45 倍、0.6 倍とした DB ヘッド単体

トまたは適切な器具を用いて行うことにしている。

試験片の引張試験結果(図 6)を基に、鉄筋直径の 0.6 倍とDB ヘッド強度試験の検査ロットの大きさは、開発後の製している。

造実績を踏まえ、鋼種および呼び名ごとに、同一装置で同

図 6 の縦軸σsu は、最大荷重試験値を鉄筋断面積で除し一製造担当者が製造する DB ヘッドで、200 個を標準とし、た最大引張応力であり、Lo/db が 0.4 程度を超えると、試験工事監理者との協議によって決定してもよいとしている。

結果のプロット(○,●)は鉄筋母材の規格引張強さσsuo 以

また、検査ロットごとの試験片数は 3 本としている。

上となる。同図中の計算値は、鉄筋周長とこぶ長さ Lo の積にσsuo/√3 を乗じて求めたせん断強度を表す。
σsu(N/mm2)

1)

Lo/db=0.6

1000

○：試験値
●：平均値

800
600400

益尾潔、窪田敏行：機械式定着工法による RC 造ト形
接合部の終局耐力に関する設計条件、日本建築学会構▲σsuo計算値0.2

日本建築学会：鉄筋コンクリート造配筋指針・同解説、
20102)

20000.0【参考文献】

0.4(Lo)cal/db
=0.43
0.6

造系論文集、第 590 号、pp.87-94, 2005.43)

日本建築総合試験所・機械式鉄筋定着工法研究委員会：機械式鉄筋定着工法設計指針(2010 年改定)、2010.5

0.8Lo/db4)

図 6 DB ヘッド単体試験結果の 1 例【D41 用(SD390)】14)

国土交通省住宅局建築指導課監修：2007 年版 建築物の構造関係技術基準解説書 3.7.3 鉄筋の継手及び定着、(7)鉄筋継手性能判定基準、pp.141-148, 2007.8(3) DB ヘッド製造装置
5)

DB ヘッド製造装置は、手動装置、半自動装置、自動装置

東京鉄鋼(株)：プレートナット工法設計施工指針(BCJ評定-RC0152-04)、2007.6.17の 3 種類がある。

6)

手動装置は、従来の圧接装置を応用し、アセチレンガス

共英製鋼(株)：タフ定着工法設計指針(GBRC 性能証明
第 00-06 号改 4)、2011.1.11

を熱源とする装置であり、バックファイヤー防止処置を施7)した DB ヘッド手動用バーナーを用いるなど、開発当初の装(株)伊藤製鉄所：オニプレート定着工法設計指針(GBRC 性能証明 第 02-07 号改 7)、2010 年 12 月 10 日

置に改良を加えている。自動装置は、熱量および加圧量を8)自動制御できる装置であり、安定した熱量の供給が可能な

朝日工業(株)：スクリュープレート工法設計指針(BCJ
評定-RC0287-01)、2008.9.10

天然ガスを熱源としている(写真 5 )。半自動装置は、手動

9)JFE 条鋼(株)：DS ネジプレート定着工法「柱主筋外定着方式」設計指針(SABTEC 評価 11-01)、2011.8.30

装置と自動装置の機能を補完した装置である。

10) 摩擦圧接協会編：摩擦接合技術、日刊工業新聞社、
2006.
11) (株)伊藤製鉄所：FRIP 定着工法設計指針(GBRC 性能証
明 第 02-19 号改 5)、2010 年 12 月 10 日
12) 清水建設：マイティヘッド工法設計指針(GBRC 性能証
明 第 03-07 号改 2)、2009 年 5 月 12 日
13) 大成建設(株)、ブイ・エス・エル・ジャパン(株)：【天然ガスバーナーによる加熱】 【DB ヘッド完成】

Head-bar(ヘッドバー)定着工法(GBRC 性能証明 第写真 5 DB ヘッド「自動」製造装置 14)

10-27 号)、2011 年 3 月 25 日
14) (株)ディビーエス：DB ヘッド定着工法設計指針 2011

(4) DB リングおよび DB ヘッドの品質管理の注意点

年 (SABTEC 評価 11-03)、2011 年 10 月 12 日(a) 製造管理基準
DB ヘッドは、標準加熱温度、標準加熱時間の下で、設計-4-