くぎが浮くのは木材が乾いていないせいか：平滑な普通くぎは、打った後に木材が乾燥したり乾湿を繰り返したりすると、引抜き抵抗が打込み直後の 25% まで下がることがある

知恵袋の質問

質問は 2013 年 1 月 11 日、Yahoo!知恵袋の「リフォーム」カテゴリに投稿されました。当サイトが確認した時点で閲覧 3,185 回、回答 3 件です。 リフォーム会社から棟包み板金が浮いているので釘を打ち直した方がよいと言われ、写真の程度で打ち直しが必要かを尋ねています。築 10 年です。

ほかの 2 件の回答は、主に訪問販売のリフォーム会社を信用してよいかという話です。45 分後に付いたベストアンサーは、建てた会社に依頼することを勧めたうえで原因にも触れています。 釘に着色がないのでステンレス釘と判断し、「乾燥してない木材にステンレス釘を打つと数年で浮いてきます」。

この回答は原因を木材の未乾燥に置いています。以下で読むハンドブックも、木材の乾燥でくぎが引抜き抵抗を失うことは認めていますが、条件を二つ挙げており、二つ目は施工時に木材が乾いていたかどうかとは関係がありません。 ステンレス釘の乾燥後の挙動はハンドブックに個別の記述がなく、これは後で扱います。

ハンドブックの記述：打込み直後はほぼ同じ、含水率が変わると 4 分の 1 まで下がることがある

Wood Handbook は米国農務省林野局林産物研究所（FPL）の木材工学ハンドブックで、2021 年版は FPL-GTR-282、第 8 章 Fastenings の執筆者は Douglas R. Rammer です。 この節の多くの耐力式は、光沢のある平滑な普通鉄丸くぎを、目に見える割れなく打ち込んだ場合に適用されます。ほかのくぎには補正や専用の式があります。

引抜き抵抗の基本式は p＝54.12 G^5/2 D L（N、mm）で、G は木材の比重（全乾重量と含水率 12% 時の体積が基準）、D はくぎ径、L はくぎ先側の部材への打込み深さです。 適用範囲は、乾燥材の側面に打った場合と、「湿ったままの」未乾燥材の側面に打った場合と明記されています。含水率が変化する場合は、この式の範囲外です。

言い換えると、式で計算した値も試験で測った値も打込み直後のもので、含水率が変わった後にどれだけ残るかはその式の範囲外です。ハンドブックによれば、長期荷重の許容値には通常、平均最大引抜き荷重の 6 分の 1 が用いられますが、 その平均最大値自体が短時間試験で測られたものです。

二つ目の条件：乾燥材でも、乾湿を繰り返せば該当する

知恵袋のベストアンサーに戻ると、挙げているのは一つ目の条件、つまり未乾燥材に打った場合です。ハンドブックの二つ目の条件は、乾燥材に打った後、引き抜く前に乾湿の繰り返しを受けることです。 施工時に乾燥材を使っていても、棟包み板金の下地材が使用中に乾湿を繰り返していれば、二つ目の条件に当てはまりえます。その家の下地材がそうだったかどうかは、手元の資料では確認できません。

どちらの条件も、くぎが「浮いてくる」とは書いていません。書かれているのは引抜き抵抗の低下です。抵抗が下がった後、くぎ頭がどんな力でどれだけ押し出されるのかはハンドブックに説明がなく、引用できる測定も当サイトは見つけていません。 本ページで言えるのは、この二つの条件ではくぎを保持する力が元の一部まで下がりうる、ということまでです。

軸に凹凸のあるくぎ：約 4 倍、ただし含水率が変わる条件で

ハンドブックは次に、くぎ自体で変えられるものを挙げています。一つ目は軸の形で、リングくぎ（annularly threaded）とスクリューくぎ（helically threaded）です。

4 倍という数字には条件が三つ付いています。同じ径で比べること、相手が普通鉄丸くぎであること、含水率が変化する条件であることです。同じペニーサイズのリングくぎ・スクリューくぎは普通くぎより細いことが多く、 サイズ同士で比べるとハンドブックの条件から外れます。また 4 倍はくぎの種類どうしの比較で、リングくぎが自分の初期値の何割を保つかという意味ではありません。ハンドブックはさらに、リングくぎは大きな引抜き荷重に、スクリューくぎは大きな衝撃引抜き仕事に耐えること、 リングくぎは保持力が高いぶん、くぎ頭が木材にめり込んだり抜け通ったりすることがあると注意しています。

表面処理：効果が 1 か月ほどで大きく下がるものもある

軸形状の次は表面です。ハンドブックは処理ごとに、初期の効果、時間の経過、乾湿の繰り返しを個別に述べており、すべてを同じ条件で比べているわけではありません。

この表で知恵袋の回答の半分に答えられます。ハンドブックで 300 系ステンレスくぎが出てくるのは保存処理木材での耐食性と汚染防止の文脈です。引抜き抵抗については「銅、その他の合金」の一文しかなく、ステンレスは名指しされておらず、それも打込み直後の話です。 ステンレスくぎの乾燥前後の引抜き抵抗はハンドブックにデータがなく、当サイトも見つけていません。したがってステンレスを原因とは言えず、平滑な普通鉄丸くぎの 25% をそのままステンレスくぎに当てはめることもできません。

先曲げと斜め打ちは効くが、未乾燥材を使う理由にはならない

三つ目は打ち方です。ハンドブックは、生材で特に効果が大きい方法を二つ挙げています。

• 先曲げ（clinched）：打ち込んで貫通したくぎ先を折り曲げる。乾燥材でも生材でも、打込み直後に引き抜くと曲げないくぎより 45〜170% 高い。生材に打って乾燥させると 250〜460% 高い。繊維に直交して曲げると平行に曲げるより約 20% 高い。
• 斜め打ち：ハンドブックが引いているのは、複数のくぎで留めた部材を主材から直接引き離す試験です。乾燥材で直後に引き抜く場合は通常有利で、生材や半乾燥材に打って 1 か月以上乾燥させた場合は「明らかに有利」。ただし打込み深さが減るため、接合によっては利点が相殺される。

ハンドブックは先曲げの段落で続けて、この強度の向上は生材を使う理由にはならない、木材が乾くと接合が緩むことがあるから、と書いています。試験は単一のくぎで行われており、反り、ねじれ、割れが複数くぎ接合の効率を下げることもあります。 光沢くぎを木口に打った場合の打込み直後の引抜き抵抗は側面の 50〜75% で、時間が経つか含水率が変わると両方とも下がります。

側方抵抗（くぎ軸に直角な荷重）にも対応する規定があります。生材に打ったくぎの最大側方荷重は乾燥材とほぼ同じですが、すべり 0.38 mm 時の荷重はやや低くなります。 湿ったままの未乾燥材や、乾燥前に荷重を受ける未乾燥材では、乾燥材の側方荷重を25% 低減します。生材に打って乾燥した接合は挙動が不規則で荷重を定めにくく、 構造接合部は定期的に点検し、乾燥で緩んでいればくぎを追加して補強するよう求めています。

日本の試験は逆向きに見える

第 8 章は 25% がどの試験に基づくかを示しておらず、元データも載っていません。当サイトは全文を読める日本の試験をもう一本読みました。その結論は一見ハンドブックと逆です。

京都大学の森拓郎氏と大分大学の田中圭氏、毛利悠平氏が 2016 年に『材料』で発表した論文です。スギ（平均含水率 15.3%）とカラマツ（13.5%）の製材に N50 釘を打ち、 約 3 か月浸水させて中心まで水分を浸透させた後、室内で自然乾燥させ、ある含水率になるごとに試験しました。同じ試験体で含水率を変えて繰り返し試験しています。 論文の「引抜き抵抗」は最大荷重を打込み長さ 35 mm で割った値（N/mm）です。結果は、含水率 30%（著者が繊維飽和点とした値）以上では含水率の低下に伴う変化はみられず、30% 未満ではカラマツは乾くほど引抜き抵抗が大きくなり、スギは 15% を下回ると低下しました。 繊維飽和点から 15% までの範囲で、含水率 15% 時の耐力を基準にした含水率 1 ポイント当たりの引抜耐力の変化は、スギ約 1.0%、カラマツ 3.8% です。著者は、試験の範囲では含水率の上昇による釘接合性能の低下はそれほど大きくないと結論しています。

この二つは直接比べられないため、一致しているとも矛盾しているとも言えません。ハンドブックの 25% は「打込み直後」を分母にしています。森氏らの試験は打込み後・浸水前の基準値を測っておらず、比べているのは同じ乾燥過程の中での含水率の違いで、 ハンドブックの 25% を確かめることにも否定することにも使えません。 乾くほど締まる理由を著者は乾燥収縮によるくぎへの側圧の増加とし、スギの 15% 以下での低下は乾燥による微小な割れで側圧が小さくなったためと考えています。いずれも著者の推論で、側圧は直接測っていません。 浸水中のさびで引抜き抵抗が上がった可能性にも触れており、相対的な傾向への影響は小さいとしています。

ではねじは？ハンドブックには書かれていない

ここまで読むと、木ねじに替えればよいと考えたくなります。第 8 章の木ねじの引抜き式は乾燥材の側面に適用され、下穴や寸法範囲などの条件も付いています。節全体で、含水率変化や乾湿の繰り返し後に木ねじがどれだけ保持力を残すかには触れていません。 したがってこの章からは、ねじに替えれば同じことが起きないとは示せず、保持率も示せません。二つの引抜き式の比較は当サイトの二を木の平方根で割るをご覧ください。

棟包み板金に戻る

以下は、当サイトがハンドブックをこの種の状況に当てはめた読み方です。ハンドブックは屋根板金について助言していません。

1. 施工時に木材が乾いていたかだけを問わない。乾燥材で施工しても、使用中に乾湿を繰り返せばハンドブックの条件に入ります。
2. 平滑くぎを同じ位置に打ち戻してどこまで回復するかは、ハンドブックで扱われていない。乾燥で緩んだ構造接合部について（側方抵抗の節で）ハンドブックが書いているのは、くぎの追加による補強です。
3. 乾湿変化を受ける部位では、ハンドブックの数字はリングくぎ・スクリューくぎに有利。比較は同じ径で行い、リングくぎはくぎ頭が木材にめり込むことがある点に注意します。
4. セメントコーティングと亜鉛めっきによる引抜きの上乗せを長期に見込まない。セメントコーティングは軟らかい材で 1 か月ほどで大きく下がり、均一な亜鉛めっきの利点も乾湿の繰り返しで通常小さくなります。
5. 木ねじに替える前に、乾湿の繰り返し後のデータがハンドブックにないことを知っておく。この章からは、ねじに替えれば同様の緩みを避けられるとは示せません。

水分は木材中の金属が腐食する重要な条件の一つでもあるため、乾湿を繰り返す部位ではくぎの材質も合わせて考える必要があります。防腐処理木材では溶融亜鉛めっきが炭素鋼に勝つとは限らないと くぎの周りの黒いしみは鉄とタンニンの反応かもしれないをご覧ください。

本ページで言えないこと

ハンドブックの 25% は「まで下がることがある」という低い側の記述で、樹種、含水率変化の幅、繰り返し回数、期間は示されていません。本ページはこれを個々のくぎの予測値としては扱いません。4 倍は同径・含水率変化の条件での普通くぎとの比較で、 元になった試験の詳細はハンドブックにありません。くぎが外へ動く理由はハンドブックに説明がなく、本ページでも説明しません。ステンレスくぎの乾燥前後の引抜き抵抗は、ハンドブックにも当サイトが読んだ論文にもデータがなく、平滑な普通鉄丸くぎの 25% はそのまま当てはめられません。 森氏らの試験はスギとカラマツ、N50 釘、1 回の浸水後の乾燥に限られ、乾湿を何度も繰り返してはおらず、打込み前後の基準値もありません。側圧による説明は著者の推論です。 1,115 N と 280 N は当サイトが式 (8–1a) に仮定値を入れた試算です。棟包み板金の下地材、くぎ、施工方法について当サイトは引用できる原文を読んでおらず、質問の写真も判読できないため、打ち直しの要否は判断しません。

この記事は手順 1、相手材を扱います。全体の順序は相手材、ねじ、頭部、駆動部、表面処理、書類で、これを崩すと微調整ではなく手直しになる理由はねじの決め方にあります。

よくある質問

木材の含水率変化は、くぎの引抜き抵抗にどう影響しますか？

米国林産物研究所の Wood Handbook 第 8 章によると、平滑な普通鉄丸くぎを生材に打って乾燥させた場合や、乾燥材に打った後に乾湿の繰り返しを受けた場合、引抜き抵抗の大部分が失われ、打込み直後の 25% まで下がることがあります。くぎ頭が外へ動く仕組みはハンドブックに説明がなく、引用できる測定も当サイトは見つけていません。

乾燥材を使えば浮かないのですか？

そうとは限りません。ハンドブックの二つ目の条件は、乾燥材に打った後に乾湿の繰り返しを受ける場合で、屋外や屋根の木材は当てはまりえます。含水率の変化が小さい乾燥材でも、繊維の経時的な緩みで引抜き抵抗が下がることがあるとも書かれています。

リングくぎやスクリューくぎの引抜き抵抗は高いですか？

ハンドブックによると、含水率が変化する条件では、同径のリングくぎ・スクリューくぎの引抜き抵抗は普通くぎの約 4 倍で、生材に打って乾燥した場合は特にそうです。比較は同じ径で行う必要があり、同じペニーサイズの凹凸くぎは普通くぎより細いことが多い点に注意してください。

ステンレス釘は浮きやすいのですか？

ハンドブックにはそのデータがありません。銅、その他の合金、高分子被覆のくぎは打込み直後の引抜き抵抗が普通の鋼製くぎと同程度とあるだけで、ステンレスは名指しされず、乾燥後の記述もありません。25% は平滑な普通鉄丸くぎについての値で、そのままステンレスくぎには当てはめられず、本ページもステンレスを原因とは扱いません。

参考資料

• Rammer DR（2021）—— Chapter 8: Fastenings、Wood Handbook: Wood as an Engineering Material、FPL-GTR-282、USDA Forest Service Forest Products Laboratory
• 森拓郎・田中圭・毛利悠平（2016）—— 木材の含水率が釘の接合性能に及ぼす影響、材料 65(5):354–358
• Yahoo!知恵袋（2013-01-11）—— リフォーム会社から、棟包み板金が浮いてきているので、釘打ちし直した方が良いと…
• 二を木の平方根で割る
• 防腐処理木材では溶融亜鉛めっきが炭素鋼に勝つとは限らない：ACQ で年 32 µm 対 17 µm
• くぎの周りの黒いしみは鉄とタンニンの反応かもしれない

ハンドブック第 8 章と森ほか 2016 は全文を当サイトで読んでいます。ハンドブックは 25% と 4 倍がどの試験に基づくかを示しておらず、当サイトは元の試験を読んでいません。25% と 4 倍はハンドブックの原文どおりに紹介しています。1,115 N と 280 N は当サイトが式 (8–1a) に仮定値を入れた試算です。「棟包み板金に戻る」の節は当サイトの読み方で、ハンドブックは屋根板金について助言していません。