ボルト・ナットの耐荷重

Question

初めまして。
専門的な知識が無いので助けていただければと思い、質問させていただきました。

DIYで添付画像のような棚を作ろうと思うのですが、Lアングルに穴をあけた支柱に
棚受けをボルト・ナットで固定し、上に木の棚板を乗せようと思っています。

この時のボルト・ナットをM6/M8/M10で想定しているのですが、
M6/M8/M10それぞれ1本あたりどれくらいのせん断荷重(？)に耐えられるのでしょうか？
また、4本で棚板1枚を支えると考えれば、単純に【1本の耐荷重】×4が【棚板の耐荷重】と考えてよいのでしょうか？

ここでは棚板の素材等は考えずに教えていただければと思います。

おかしな質問になっているのかもしれませんが、
何卒よろしくお願いいたします。

Accepted Answer

座屈荷重に関しては良いサイトがあります。
使用素材のヤング率と寸法を入れるだけで座屈荷重の計算をしてくれます。

参考URL　http://inventorroom.net/mechanicsp_bu1_as.html#mectable2

本やレコード程度の物であればM8で十分でしょう。ただし、棚板が十分に丈夫で異常なたわみがない状態です。荷重が棚受けのアングルの柱側まで均等にかかるのと、棚が撓んでアングルの先端に荷重が掛かるのでは話が変わってきますからね。まぁ、それでもM8であれば余程スパンの大きな棚でなければ問題ないでしょう。

私の仕事場の工具や治具を置いている棚（スチール製でオフィス用よりは頑丈なつくり、50x50ｘ3ｔ程度のアングル4本でスチール製の棚（スパン2500程度でさすがに棚板はオリジナルでは歪んでしまったので角パイプの骨組みに縞板を張ったオリジナルでこれだけでも二人で持ってもかなり重い））では、たぶんメーカーの指定の荷重は超えているでしょうが、金属製の治具や工具（重いものは人力で出し入れ不可能でフォークで動かすようなものまで入ってます）など、どう考えても格段に1トン以上はあるだろうという物が4段で乗っています。確かあの棚の棚受けのボルトでもM10だったと思いますよ。

Answer

回答３です
＞基本は本やレコードなどを乗せるつもりです。

市販棚を買った方が安いし、信頼できるメーカは棚強度も明示してる

軽中量ラック　150kgタイプ
https://jp.misumi-ec.com/vona2/detail/110600414030/
ルミナス ポール径25mm スチールラック レギュラーシリーズ
重量物も置ける棚板一枚あたり耐荷重250kg。
https://jp.misumi-ec.com/vona2/detail/223006806849/
耐荷重 150 (kg/段)
https://www.monotaro.com/g/01134762/
https://www.monotaro.com/g/00026795/

回答２さんのお礼文にある
＞M6のボルト1本で152kgも耐えることができるとは思ってもみませんでした。
これは１５２ｋｇ載せたらブチ切れる荷重です
１６２ｋｇ載せてた棚のボルトが経年変化で緩んで脱落して
たった２本しか残って無かったら？いつ落ちるか心配だよね？

M6x25　1パック(70個)￥571
https://www.monotaro.com/p/0551/7452/
M8x35　1パック(31個)￥571 
https://www.monotaro.com/p/0551/7653/
M8を2パック買ったとしても差額はたったの５７１円

そんな安い追加料金でとっても大きな安心
過剰品質とも言うけど100年持つ設計とは概ねそんなもん
https://toyokeizai.net/articles/-/252522?page=3

Answer

随分と難しい話になっているようですが、DIYであればもっと易しく考えてもよさそうに思います。
私の使っている本棚は、φ5.2程度の樹脂のダボ4本で棚板を支えています。棚の上には20kgほどの本が載っており、ダボには長期にわたって剪断力が加わっていますが、支障なく使えています。
M6のボルトを使っておけば心配ないでしょう。

Answer

先ず何はともあれ↓を熟読しましょうね
https://www.nmri.go.jp/oldpages/eng/khirata/design/ch04/ch04_03.html
4.3　ねじの強度

そして
国土交通省 公共建築工事標準仕様書
建築工事編
https://www.mlit.go.jp/gobuild/gobuild_seibi_h28hyoujyun.html
機械設備工事編
https://www.mlit.go.jp/gobuild/gobuild_tk6_000058.html
無料ダウンロードできるよ

多点吊り計算
https://www.taiyoseiki.co.jp/simulator/calculation/2ten.php
標準吊金具の計算事例 
http://www.jaspp.com/topics/pdf/kanagu_ex1_150129.pdf

棚に何時間載せるのか？
1時間持てばそれでいーの？
1年持てばいーの？
100年持たせるの？

棚にドスンと衝撃を掛けて載せたら？
重たい物ほどゆっくり載せるのは難しい

Answer

計算をシンプルにするためにボルト・ナットは完全に締め込まずに弛んだ状態だとして四本のボルトに均等に荷重がかかるとすれば、M6(SS400)のせん断荷重は152Kg程らしいので、ボルトの耐荷重合計は608Kgということになります。ボルト・ナットが所定のトルクで締め込まれていればそれ以上ともいえます。あくまで静的荷重です。支柱の方が心配ですね。

Answer

基本的な考え方が間違っています。添付された図のような構造ではボルトの剪断強度で棚板などを支えるのではありません。ボルトはあくまで棚板を支える部材と支柱になる部材を締め付けて、その部材同士の摩擦力で棚板に掛かる荷重を受けるのです。ボルトを締め付けた後でもある方向へはボルトを軸として可動とするような構造ではボルト自体にボルトの軸方向以外の力が働くことを考慮して考えますが、部材同士をしっかりと締結するための構造では、ボルトを締め付けることによる部材同士の摩擦力で荷重を支えるのであって、ボルトは部材同士に強い摩擦力を与えるための締結力を担うのみです。そのために規定トルクでの締め付け（部材どうしを押し付ける力の強さに相当）などの規定があるのです。例えば日常的によく目にするボルトに対して横方向の力を受ける。自動車のタイヤを取り付ける際などにもボルトはホイールをハブにしっかりと押し付ける力を発生してその接合部に強い摩擦力を発生させているのであって、ボルト自体が剪断方向の力を受けているのではありません。従って締め付けつ部材の強度次第で話が変わってきます。板厚が薄くボルトで締め付けた際にボルトの頭の当たる部分以外での摩擦が期待できない場合とか、そのような場合でも厚みのあるワッシャーなどを入れて広い面積で荷重を受け止められる場合とか、表面の状況などでも話が変わってくるのです。各部の寸法なども不明ですしどの程度の荷重が掛かるかも不明ですので、具体的な回答は出来かねます。

ボルト・ナットの耐荷重について