EN
鉄筋サイズの定義方法：規格、記号表記、および主要寸法
#X表記の解読とメトリック換算値（6mm～57mm）
鉄筋サイズは標準化された番号表記に従っており、#Xという表記はその直径を「インチの8分の1単位」で示します。例えば、#3鉄筋は3／8インチ（9.5mm）を意味し、#8は1インチ（25.4mm）を意味します。この表記体系は#3（6mm）から#18（57mm）まで対応しており、メトリック換算値により国際的なプロジェクト連携が可能になります。主なインチ－メトリック換算値は以下の通りです：
- #4：12.7mm
- #5：15.9mm
- #9：28.7mm
- #11：35.8mm
直径の均一性により、コンクリート構造物全体に均等な荷重分布が確保されます。技術者は、これらの標準化された寸法（最初にASTM A615で規格化）を用いて、ACI 318やISO 6935などの国際的な建築基準に則った補強配筋設計を行います。
ASTM A615／A706の規格区分と、直径のみでは強度が決定されない理由
ASTMは、主にA615（一般炭素鋼用）およびA706（溶接可能な低合金鋼用）といった規格を通じて、鉄筋の強度要件を定めています。鉄筋が耐えられる荷重を評価する際、直径も確かに影響しますが、実際には降伏強さのグレードが最も重要です。例えばグレード60の場合、約60,000 psi（約414 MPa）の応力に耐えることができます。グレード80ではさらに高く、約80,000 psi（約552 MPa）に達します。興味深いことに、同一の直径を持つ2本の鉄筋であっても、グレードが異なると引張強さに最大で約3分の1もの差が生じることがあります。使用される素材そのものも極めて重要です。A706鋼材では、化学組成が厳密に制御されており、破断前の曲げ性能や地震時の挙動が向上しますが、同時に規定された寸法要件も確実に満たされます。構造設計に関わる方々にとって、物理的寸法と金属の特性の両方を確認することが不可欠です。また、仕様の検証に際しては、必ずASTM A615の第11項に従い、工場出荷試験報告書（Mill Test Report）の提出を依頼してください。
鉄筋のサイズと構造用途のマッチング
最適な鉄筋径を選定することで、高額な損失を招く破損を防止するとともに、建築基準法および工学的な性能要件を満たすことができます。小径の鉄筋は軽荷重および薄肉断面に適していますが、重量級の構造部材には、引張力を効率よく伝達し、持続荷重下でも使用性を維持するために、頑健な補強が必要です。
基礎およびスラブ：#2～#4（6～13mm）鉄筋によるひび割れ制御の最適化
スラブ・オン・グレードや浅基礎システムなどの水平構造部材において、施工業者は通常、収縮ひび割れおよび温度変化に起因する問題を主に管理するために、#2～#4（直径約6～13 mm）の鉄筋径を選択します。より薄いコンクリート断面を扱う場合、これらの小径鉄筋を約30～45 cm間隔で配置することで、応力集中点を生じさせることなくコンクリート全体を効果的に補強できます。最新版ACI 318規準の第7.12節によれば、一般的な住宅用スラブにおいて、#4鉄筋（厚さ約12.7 mm）を12インチ（約30 cm）間隔で配置すると、無補強スラブや鋼材量が不十分なスラブと比較して、ひび割れ幅を半分以上低減できます。一方、鉄筋径を大きすぎるとコスト増加、コンクリート打設作業の困難化、およびコンクリートへの埋込不良のリスク増大を招きます。逆に、鉄筋径が小さすぎると、養生期間中に発生する初期ひび割れを抑制できず、結果として構造物の耐久性および外観上の美観の両方に悪影響を及ぼします。
柱、梁、および耐荷重要素：#5～#11（16～36mm）の鉄筋が構造的健全性を確保する場合
柱、梁、トランスファーギャーダーなどの垂直要素および曲げ要素には、圧縮力、引張力、せん断力など、さまざまな応力を同時に受け止めるために、#5～#11（約16～36mm）の鉄筋径が必要です。直径の大きな鉄筋を採用すると、その性能は著しく向上します。たとえば、#8鉄筋（25.4mm）は、AASHTO LRFD 第10版仕様に基づき同一鋼種で製造されたより小さな#5鉄筋と比較して、約50％多い荷重を耐えられます。地震対策においては、さらに詳細な要件が定められます。高地震リスク地域では、建築基準法により、柱の塑性ヒンジ部には少なくとも#7鉄筋（約22.2mm）を用いることが義務付けられており、これにより破断せずに変形（曲げ）が可能となります。トランスファービームには通常、複数本の#11鉄筋（各35.8mm）が束ねられて配置され、垂直方向の荷重に加えて水平方向の力にも対応します。最終的には、設計エンジニアがコンクリート内に配筋する鋼材量を、断面積比に基づいて算定します。ACI 318-19 第10章に示されるガイドラインでは、重要な部位においては、補強率を1％以上に保つことを推奨しています。
鉄筋径選定を左右する重要な工学的要因
荷重要件、コンクリート強度、および鋼材とコンクリートの断面積比
構造荷重の大きさによって、鉄筋が耐える必要のある引張力の量が決まります。例えば、大型機械設備や厚い床材などの大きな恒久荷重に加え、駐車場や大規模な集会場などから生じる動的な可変荷重が存在する場合、設計者は通常、直径の大きな鉄筋を指定します。具体的には、高層ビルのコア柱では#11（約35.8 mm）の鉄筋がよく用いられるのに対し、単純な基礎では#3（約9.5 mm）の鉄筋で十分な場合もあります。興味深いことに、コンクリートの強度が高ければ高いほど、鋼材の使用量を減らすことができます。ACI 318-19基準の表10.3.1によると、一般的な3,000 psi（21 MPa）のコンクリートと比較して、約5,000 psi（35 MPa）の高強度コンクリートを用いることで、鋼材の必要量を約20％削減できる一方で、その前に付着強度および発達長さの検証を行う必要があります。鋼材断面積とコンクリート断面積の比（ρ）は、構造物の安全性と経済性を確保する上で極めて重要です。この比率の計算式は次の通りです：ρ＝As／(b×d)。ここでAsは引張鋼材の全断面積、bは構造部材の幅、dは有効深さを表します。この比率が許容最大値を超えると、鋼材が降伏する前にコンクリートが圧壊してしまう可能性があります。逆に、最小要求数値を下回ると、引張状態における予期せぬ破壊を招くおそれがあります。ほとんどのプロジェクトでは、特別な懸念事項のない単純な構造物においては約1％、地震地域や重度の腐食リスクがある場所における建物では3～4％程度のρ値を目指しています。
配置制約、耐震基準、および耐食性を考慮したサイズ選定
型枠内空間が狭い、ダウエルの配置が密集している、またはMEP（機械・電気・設備）の貫通部が多く構造体を横断しているなど、物理的な制約がある場合、鉄筋径の選定は、単に強度要件だけではなく、こうした制約条件によって左右される傾向があります。そのため、多くの設計者は、コンクリート打設時の適切な充填（コンソリデーション）を妨げてしまう可能性のある太径鉄筋よりも、通常#4または#5（直径12.7 mmまたは15.9 mm）といった小径鉄筋をより密に配筋する方針を採用します。耐震設計においては、さらに厳密な規定が適用されます。ACI 318-19 第18章によれば、梁柱接合部には、フープ筋の間隔が4インチ（約102 mm）以下の場合、少なくとも#6（直径19.1 mm）以上の鉄筋を用いる必要があります。また、構造物が応力により変形する際に塑性ヒンジが形成される領域では、通常の強度要件の1.25倍の耐力を持つ補強材を配置しなければならず、これにより過度な変形下でも破壊を回避できます。海洋環境や冬季に道路に融雪剤（塩化物）が散布される地域では、より太径の鉄筋が求められます。施工業者は、建物の耐用年数を通じて鋼材が年間約0.5 mm程度の腐食による断面損失を受けることを考慮し、標準的な#6（19.1 mm）ではなく#8（25.4 mm）の鉄筋を仕様として指定することが多いです。エポキシ樹脂被覆鉄筋やステンレス鋼鉄筋は、腐食による寸法変化がほとんどありませんが、普通の炭素鋼鉄筋と比べてコンクリートとの付着性（アドヘージョン）が劣ります。このため、ACI 318-19 第25章およびASTM規格A775／A934のガイドラインに従い、鉄筋間隔および支持部へのアンカーレングス（埋め込み長さ）について、仕様を適宜調整する必要があります。