釘とねじの引抜き式は、指数一つぶんしか違わない

これらは経験式による極限試験値であって設計荷重ではなく、 本頁は建築、構造、締結具選定のいかなる助言も示さない。 章自身が、横方向の設計は経験的方法から 1991 年の設計仕様書が採用した降伏モデル理論へ 移ったと述べており、その仕様書も、いかなる建築規準も本稿では読んでいない。 問いは公開されている住まいの手入れの質問サイトの公開インターフェース経由で得た。 本サイトが通常用いるブラウザ側の道具は、この回も接続できないままである。 設問本体のみを読み、回答は一切読んでいない。利用者名も書かない。

その文書はどこに隠れていたか

何度も試したので記録しておく価値がある。 締結を扱うそのハンドブックの章は、本サイトに拒否を返す米国森林局のホストにあり、 試すたびに同じだった。 別の森林局のホストが同じ章を提供しており、そちらは拒まない。 刊行物の頁は普通に読み込まれ、その中に使える直接ダウンロードのリンクがある。

その章は三十頁、表題は Fastenings、署名は一人の研究総技師で、 釘、スパイク、ステープル、ドリフトボルト、木ねじ、ラグスクリュー、ボルトを扱う。 本サイトはこのハンドブックを以前に三度引いている。 うち二度は 木の名を挙げる下穴の規則のためで、 それはこの同じ章から来ている。もう一度は摩擦係数のためだった。 引抜きと横方向の式はここで用いたことがなく、本頁の新しい内容はすべてそこから来ている。

指数一つぶんの違い

光沢のある普通鉄線釘を、乾燥材（あるいは濡れたままの未乾燥材）の側面に打ち込んだときの 最大引抜き荷重は p ＝ 54,12 G^5/2 D L（メートル単位）、 ヤードポンド単位では 7 850 G^5/2 D L である。 L は釘の先端を保持する部材への貫入深さ、D は釘径、 G は絶乾質量と含水率十二パーセント時の体積に基づく比重である。

木ねじを乾燥材の側面にねじ込んだときの極限試験値は p ＝ 108,25 G² D L（メートル単位）、 ヤードポンド単位では 15 700 G² D L である。 ここで D は軸径、L はねじ部の貫入長さであり、 釘の式が用いる L とは別物である。 章は、ねじのこれらの値が五分から十分で極限荷重に達することを前提としていると述べる。

一方を他方で割ると、ほとんどが消える。 本サイトの計算では、比は二を比重の平方根で割った値になる。 ヤードポンド単位では係数がちょうど割り切れる。15 700 割る 7 850 は二である。 メートル単位の同じ割り算は 2,0002 になるが、これは丸めによる。

したがってこの比較は締結具の寸法にはまったく依存せず、木だけに依存する。

• G ＝ 0,35 でねじの値は釘の 3,38 倍
• G ＝ 0,42 で 3,09 倍
• G ＝ 0,50 で 2,83 倍
• G ＝ 0,68 で 2,43 倍

これらの数値を樹種名に結びつけることは意図的にしていない。 章は別の章にある樹種の表を指しており、その章は読んでいない。 上の値は妥当な範囲を代入しただけのものである。

興味深いのは結果の形である。 ねじはどこでも先行し、もっとも軽い木でもっとも大きく先行する。 材が密になるほど差は縮まり、等しくなるには比重が四でなければならないが、 そんな木は無い。釘の言い分が何であれ、それは直接の引抜きではない。

ねじが伸びなくなる場所

続けて章は、ねじ自身への限界を差し出す。しかも良い限界である。 引抜き荷重は貫入とともに上がるが、それは別のものが先に折れるまでのことである。 「The screw will fail in tension when its strength is exceeded by the withdrawal strength from the wood. The limiting length to cause a tension failure decreases as the density of the wood increases…」 木の保持力がねじ自身の強度を超えると、ねじは引張で破断する。 引張破断を生じる限界長さは、材の密度が上がるほど短くなる。

そして章が引き出す結論。 「The longer lengths of standard screws are therefore superfluous in dense hardwoods.」 したがって密度の高い硬材では、標準ねじの長い寸法は余分である。

これは注意書きではなく実在の境界である。 密な材である長さを超えると、その式はもう継手を記述しない。 継手が木の問題であることをやめ、鋼の問題になるからである。 比が密度とともに縮まることが見た目以上に重要な理由もそこにある。 ねじの余裕がもっとも小さい材では、ねじが先に強度を使い切るのである。

隣に一つ持ち帰る価値のある数字がある。章は、A 形タッピンねじ（板金ねじと呼ばれるもの）の 引抜き抵抗が、同径同ねじ長の木ねじよりおよそ一割大きいとし、 その比は密な材の 1,16 から軽い材の 1,05 までと述べる。 釘との比較とは逆向きの傾向であり、しかも指数よりずっと小さい効果である。

木口には三つの異なる罰がある

木口はこの章が整然でなくなる場所であり、その整然でなさ自体が情報である。 三つの締結具と荷重方向に対して、三つの異なる答えを与えている。

• 釘、横方向。木口での最大の横変位抵抗は側面のおよそ三分の二。平均比例限度荷重はほぼ同じに見えるが、個々の結果はより不規則で、最小値は側面の 75 パーセントに迫るにとどまる
• ねじ、引抜き。木口からの荷重はやや不規則だが、割れを避けられれば側面の荷重の 75 パーセントを平均するはずである
• ラグスクリュー。横荷重で割れが生じうるため木口に用いるべきではない。それでも用いる場合、荷重は側面での横方向の値の三分の二とすべきである

三分の二、七十五パーセント、そして一つの禁止。 三つのうち二つで、章が数値より先に「不規則」という語に手を伸ばしていることに注意したい。 それは、平均は設計の拠り所ではない、という言い方である。

もう一つの式には長さが入っていない

もう一つ構造上の違いがあり、それはこの章が元の問いにもっとも近づく箇所かもしれない。 1991 年以前の、側面における木ねじの横抵抗の経験式は p ＝ K D² であり、D は軸径、K は樹種による。

長さの項が無い。 この式は、ねじ先端を受ける部材への貫入が軸径の七倍以上であり、 二つの部材の密度がほぼ等しく、側部材の厚さが貫入深さのおよそ半分であるときに適用される。 そのしきい値を超えると、この関係式においてねじを長くしても横方向の耐力は買えない。 そして予想されるすべりは 0,18 から 0,25 ミリメートルと与えられている。

長さに対して線形である引抜き式の隣に置くと、 二つの荷重方向がまったく違うものに報いていることが分かる。 引抜きは深さに払う。横方向は直径に払う。 どちらの方向に荷重が掛かるのかを先に言わない締結具の比較は、 完全な問いを立てていない。

本稿が確かめたこと、確かめていないこと

• 二つの引抜き式は同じ形をもち、違うのは比重の指数である。釘は二分の五乗、ねじは二乗
• 本サイトの計算では、ねじ対釘の比は二を比重の平方根で割った値であり、ヤードポンドの係数はちょうど割り切れる
• ねじはどこでも先行し、もっとも軽い木でもっとも大きく先行する。比重 0,35 でおよそ 3,4 倍、0,68 でおよそ 2,4 倍
• ねじにも自分の天井がある。木が自分より強く保持すれば引張で破断し、章は密度の高い硬材では余分な長さは無意味だと述べる
• 木口には三つの異なる罰がある。釘の横方向は三分の二、ねじの引抜きは 75 パーセント、そしてラグスクリューはそもそも用いるべきでない
• ねじの横抵抗の式には、軸径の七倍を超える貫入について長さの項が無い。一方で引抜きは長さに線形である
• いずれも設計値ではない。経験式による極限試験の関係であり、章は横方向の設計が 1991 年に降伏モデル理論へ移ったと述べる
• いかなる樹種にも比重を割り当てていない。樹種の表は読んでいない章にあるからである
• 本頁は建築、構造、選定のいかなる助言も示さず、何かに釘とねじのどちらを使うべきかにも答えない

正直な要約はこうである。問われたとおりの問いは引抜き式では決着しない。 なぜならその二式は一方向に決定的に答えてしまうからである。 釘に言い分があるとすれば、それはこの二行が届かない場所にある。 荷重のあとに何が起きるか、割れ、費用、 どれだけ保持するかではなくどう壊れるか、そこにである。 この二式が実際に決めることはもっと小さいが、持っておく価値がある。 答えは木の性質であり、その密度の平方根とともに動く。

これらの関係式はどれも、健全な木の新しい穴を述べている。 同じ章がすでに壊れた穴について述べていることは、何も無い。

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

直接の引抜きでは釘とねじのどちらがよく保持しますか。

木材ハンドブックの締結の章にある経験式によれば、ねじであり、しかも大差です。釘の式は比重の二分の五乗、ねじの式は比重の二乗で変化し、一方を他方で割ると二を比重の平方根で割った値になります。

差はどれくらいですか。

本サイトの計算では、比重 0,35 でおよそ 3,4 倍、0,42 でおよそ 3,1 倍、0,50 でおよそ 2,8 倍、0,68 でおよそ 2,4 倍です。これらを樹種名に結びつけてはいません。樹種の表は読んでいない章にあるからです。

この優位は締結具の寸法によりますか。

この比較では依りません。二式を割ると直径も長さも消え、木の比重だけが残ります。ただし二つの式は同じ長さを使っていません。釘の式は先端を保持する部材への貫入深さ、ねじの式はねじ部の貫入長さです。

ねじは長いほどよいのですか。

いいえ。章がそう述べています。木の引抜き強度がねじの強度を超えるとねじは引張で破断し、その限界長さは密度が上がるほど短くなり、章は密度の高い硬材では標準ねじの長い寸法は余分だと結論します。

木口ではどうなりますか。

三つの異なることが起きます。木口に打った釘の横抵抗は側面のおよそ三分の二で、最小値は 75 パーセントに迫るにとどまり、結果はより不規則です。木口からのねじの引抜きは、割れを避けられれば側面の 75 パーセントを平均するはずです。そしてラグスクリューは、横荷重で割れが生じうるため木口に用いるべきではありません。

貫入は横抵抗にも効きますか。

1991 年以前の木ねじの経験関係式では効きません。その式は樹種係数に軸径の二乗を掛けたもので長さの項が無く、貫入が軸径の七倍以上に達したときに適用されます。

これらは設計値ですか。

いいえ。経験式による極限試験の関係です。章は、横抵抗の値が経験的方法から 1991 年の設計仕様書が採用した降伏モデル理論へ移ったと述べており、本頁はその仕様書も、いかなる建築規準も読んでいません。

板金ねじを木に使う場合は。

章は、A 形タッピンねじの引抜き抵抗が同径同ねじ長の木ねじよりおよそ一割大きいとし、その比は密な材の 1,16 から軽い材の 1,05 までと述べています。

では釘が優れるのはどんなときですか。

本頁はそれに答えず、引抜き式もその方向を支えません。言い分があるとしてもそれは直接の引抜きにはなく、両者の選択について当社は助言しません。

参考資料

• Wood Handbook：Wood as an Engineering Material、General Technical Report FPL-GTR-190、第 8 章 Fastenings、著者 Douglas R. Rammer（Research General Engineer）。米国農務省森林局 森林製品研究所。三十頁、無料かつ完全
• その問い。公開されている住まいの手入れの質問サイトにて。八十二点、十二の回答

章は完全に取得し、釘と木ねじの節、木口の規定、横抵抗の関係式を読んだ。本サイトはこのハンドブックを以前に三度引いており、うち二度はこの同じ章から来る下穴の規則のため、一度は摩擦係数のためであった。引抜きと横方向の式はここで用いたことがなく、下穴の規則は繰り返さずにリンクするにとどめた。以下は本サイトが計算したものであり、章が述べていることではない。ねじの式を釘の式で割ると二を比重の平方根で割った値になること。ヤードポンドの係数はちょうど割り切れ、メートルの組は丸めにより 2,0002 になること。そして比重 0,35、0,42、0,50、0,68 についての四つの比。いかなる樹種にも比重を割り当てていない。樹種の表は読んでいない章にあるからである。これらの式は経験式による極限試験の関係であって設計値でも許容荷重でもない。章自身が、横方向の設計は 1991 年の設計仕様書が採用した降伏モデル理論へ移ったと記録しており、その仕様書は本稿では読んでおらず、いかなる建築規準も参照していない。二つの引抜き式は「長さ」の定義が同じではなく、その点は本文でぼかさずに述べた。本頁は建築、構造、施工、選定のいかなる助言も示さず、何かに釘とねじのどちらを使うべきかも述べない。銘柄も挙げない。問いは本サイトが通常用いる掲示板側の道具ではなく、公開されている住まいの手入れの質問サイトから得た。その道具はこの回も使えないままである。設問本体のみを読み、回答は読んでいない。利用者名も書かない。