現場で「この吊りピース、大丈夫？」と聞かれたときの答え
鉄骨建方やプラント据付の現場で、吊り上げ直前に「この金具の板厚で本当に保つのか」と迫られた経験はないだろうか。図面には溶接脚長と穴径だけ書いてあるけれど、安全率がいくつか即答できる人は少ない。
吊り金具設計シミュレーターは、吊荷重・吊角度・材質・寸法を入力するだけで、引張・せん断・支圧・溶接の4モード安全率を一括判定するブラウザツールだ。SVG断面図が入力に連動して変化するので、寸法感覚を視覚的に掴みながら設計検証ができる。計算はすべてブラウザ内で完結し、スマホからでも使える。
Excel計算書を毎回ゼロから作る苦行を終わらせたかった
開発のきっかけ
製缶品の出荷で吊り金具の強度計算書を作る機会が何度もあった。毎回Excelを開いて、引張の断面積、せん断のtear-out面積、支圧の投影面積……と4つの破壊モードを順番にセルに打ち込んでいく。途中で穴径を1mm変えると4箇所の数式を手動で更新しなければならない。あるとき、穴径のセル参照ミスで支圧応力だけ旧値のまま提出してしまい、検図で指摘を受けたことがある。
既存のオンライン計算ツールも探したが、吊り金具に特化したものは少なく、あってもせん断のtear-out計算が省略されていたり、溶接部の評価がなかったりと中途半端なものが多かった。4モードを一括判定できて、入力を変えた瞬間に全結果がリアルタイム更新されるツールを自分で作ることにした。
こだわった設計判断
- 4モード一括判定: 引張・せん断・支圧・溶接の4つすべてを評価し、最小安全率で総合判定する。1つでも見落とすと破壊リスクが残るので、全モード必須にした
- 衝撃係数・不均等係数の自動適用: クレーン吊りでは衝撃荷重が加わるため衝撃係数1.25を標準で適用。3点吊り・4点吊りの不均等係数も自動で乗算する
- 斜め吊りの曲げまで見る: スリングが斜めなら、張力の水平分力が穴の高さを腕にして付け根を曲げる。溶接と付け根の断面は、この曲げを入れて判定する
- SVG断面図連動: 板厚・穴径・幅を変えるとリアルタイムで図が変わるので、「この穴径だとプレート幅に対して大きすぎる」といった寸法バランスの異常に気づきやすい
吊り金具の基礎知識 — アイプレートとラグプレートの違い
吊り金具は「リフティングラグ」「吊りピース」「アイプレート」など呼び名がいくつもあるが、基本的な機能は共通している。構造物を吊り上げるときにワイヤーロープやシャックルを取り付けるための接合部品だ。
アイプレート（リフティングアイ）とは
アイプレートは、鋼板にピン穴をあけ、母材に溶接して取り付ける吊り金物。穴にシャックルのピンを通してワイヤーロープと接続する。構造が単純なので製缶コストが安く、現場での追加溶接も容易だ。
板厚が薄すぎるとピン穴周りで支圧破壊を起こし、幅が狭すぎると穴横の純断面で引張破断する。穴の上側の縁（穴中心〜プレート上端）が短いと、ピンが縁をちぎって抜けるtear-out（せん断引き裂き）が起きる。そして見落とされやすいのが高さ（穴中心〜溶接面）だ。斜めに引かれたとき、高さはそのまま曲げの腕になる。高いピースほど付け根の溶接が苦しくなる。つまり、板厚・幅・縁端距離・高さの4つの寸法バランスが安全を左右する。
荷重伝達メカニズム
吊り荷重はワイヤー → シャックルピン → 穴壁（支圧）→ プレート本体（引張・せん断）→ 溶接部 → 母材、という経路で伝わる。このチェーンのどこか1箇所でも許容を超えると破壊に至る。だから4モードすべてを評価しなければならない。
計算で使う応力は以下の4つ:
引張応力 σ_t = P / ((W - d) × t) 穴位置の純断面
せん断応力 τ = P / (2 × (e - d/2) × t) 穴の上側の縁の2面
支圧応力 σ_b = P / (d × t)
溶接応力 σ_w = √((V/A_w + H·h/Z_w)² + (H/A_w)²)
P : 設計荷重（スリング1本の張力）[N]
V, H : P の鉛直分力・水平分力 [N]
W : プレート幅 [mm]
d : ピン穴径 [mm]
t : 板厚 [mm]
e : 縁端距離（穴中心〜プレート上端）[mm]
h : 高さ（穴中心〜溶接面）[mm]
A_w : のど断面積 = のど厚 × 溶接長さ [mm²]
Z_w : 溶接線の面内の断面係数 = 2 × のど厚 × W² / 6 [mm³]
溶接の式の H·h/Z_w が、斜め吊りの曲げだ。スリングが水平から60°なら H は P の半分で、それが高さ h を腕にして付け根を曲げる。たとえば幅100mmの両側すみ肉溶接では、高さ120mmの位置で横に1 kN 引くと、真上に1 kN 引いたときの7倍あまりの応力が溶接に出る。それぞれの応力を材料の許容値と比較し、安全率 = 許容応力 / 作用応力 が目標値以上かを判定する。
吊り金具 安全率 の基準
安全率の基準はクレーン等級や使用条件によって異なる。一般的な目安として:
- 静荷重: 安全率 3 以上（降伏点基準）
- 繰返し荷重: 安全率 5 以上
- 衝撃荷重: 安全率 5〜6 以上
クレーン等則（厚生労働省）では、吊り具の安全率を使用する鋼材の破断荷重の1/5以上と規定している。本ツールでは降伏点基準の安全率を算出するため、目標値はユーザーが用途に応じて設定する仕組みにした。
なぜ安全率が重要か — 現場事故の多くは「ギリギリ設計」から
吊り金具の破壊は重量物の落下に直結するため、他の構造部材以上にシビアな安全管理が求められる。安全率が足りないと何が起きるのか、具体的に見てみよう。
衝撃係数とクレーン等級
クレーンで吊り上げる瞬間には、静止重量の1.1〜1.3倍の衝撃荷重がかかる。JIS B 8823-1ではクレーン等級M1〜M8に応じた動的係数を規定しており、一般的な工場内クレーン（M5相当）では衝撃係数1.2〜1.3程度を見込む。本ツールでは1.25を標準値として採用している。
複数吊りの不均等荷重
2点吊りではワイヤー張力が理想的には均等になるが、3点吊り・4点吊りでは重心のずれやスリング長さの誤差で不均等荷重が発生する。3点吊りで1.15倍、4点吊りで4/3倍の不均等係数を自動適用しているのはこのためだ。4点吊りの4/3は「4本吊りは3本で持っているとみなす」玉掛けの考え方（JIS B 8817 ワイヤロープスリング）で、1点あたり全荷重の1/3になる。ワイヤーロープ安全荷重計算・吊り天秤・リフティングビーム強度計算とも同じ扱いにそろえてある。
吊角度と張力増大
吊角度（水平面とスリングのなす角）が小さくなるほど、スリング張力は急増する。60°で約1.15倍、45°で約1.41倍、30°では2倍にもなる。しかも金具にとっては、張力が増えるだけでは済まない。寝かせるほど水平分力が増え、付け根を曲げる。60°で水平分力は張力の0.5倍、45°で0.71倍だ。「ちょっと斜めに引いただけ」のつもりが金具の設計荷重を大きく超えるケースは珍しくない。60°以上を確保するのが安全の基本で、それでも曲げはゼロにならない。曲げを消したいなら、吊り天秤・リフティングビーム強度計算で検定した天秤を使い、スリングを垂直に落とす。
4つの現場シーンで即役立つ
鉄骨建方の吊りピース検証
柱・梁の建方で使う吊りピースは、仮設部材なのに破壊すれば重大事故につながる。設計図を受け取ったらこのツールで4モード安全率をサッと検算し、施工計画書に添付できる。
製缶品出荷時の強度計算書
タンクやダクトの出荷吊り金具は、製品ごとに重量・形状が異なるため都度計算が必要。材質と寸法を入力して「結果をコピー」すれば、計算書のドラフトが数秒で完成。
プラント据付の仮設計画
大型機器の据付では、吊りラグの位置・個数・角度がクリティカルになる。1点吊り〜4点吊りの切替と吊角度の調整で、最適な吊り方をシミュレーションできる。
溶接脚長の妥当性チェック
「脚長6mmで足りるか、8mmに上げるべきか」の判断を、溶接脚長の入力値を変えるだけでリアルタイムに比較できる。
基本の使い方
荷重・寸法を入力するだけで4モード安全率が表示される。3ステップで完了。
Step 1: 荷重条件を入力する
吊荷重（kN）、吊点数（1〜4点）、吊角度（水平面との角度）を設定。荷物の重量がトン単位なら ×9.81 でkNに変換（例: 1t → 9.81kN）。
Step 2: 金具寸法を入力する
材質をプリセットから選択し、板厚・穴径・プレート幅・高さ（穴中心〜溶接面）・縁端距離（穴中心〜上端）を入力。上端を穴と同心の半円にするなら、縁端距離はプレート幅の半分だ。溶接脚長と補強リブの有無も設定する。SVG断面図で寸法バランスを視覚的に確認できる。
Step 3: 判定結果を確認する
引張・せん断・支圧・溶接の4モード安全率が即座に表示される。最小安全率が目標値以上なら「合格」、未満なら「不合格」。溶接か付け根が不合格なら、まず高さを下げて幅を広げる。効くのは脚長より幅で、溶接線の断面係数は幅の2乗で増える。支圧・せん断が不合格なら板厚を上げる。
検証データ: 6つのケースで安全率を比較
縁端距離はすべてプレート幅の半分（上端を半円にした形）で入れている。
ケース1: 軽量物の2点吊り（SS400）
- 吊荷重: 10 kN / 2点吊り / 吊角度 60°
- SS400 / 板厚 16mm / 穴径 φ36mm / 幅 100mm / 高さ 120mm / 縁端距離 50mm / 脚長 8mm
結果:
- 設計荷重: 7.22 kN（鉛直 6.25 kN・水平 3.61 kN）
- 引張 SF=11.45 / せん断 SF=20.01 / 支圧 SF=28.13 / 溶接 SF=4.73
→ 解釈: 10kN程度の軽量物なら、目標3倍を満たす。ただし律速はもう溶接で、その応力 28.7 MPa のうち 23.0 MPa は水平分力の曲げだ。真上に引く分（5.5 MPa）の4倍が、斜めに引くことで足されている。
ケース2: 中量物の2点吊り — 背の高いピースは溶接で落ちる
- 吊荷重: 100 kN / 2点吊り / 吊角度 60°
- SS400 / 板厚 20mm / 穴径 φ42mm / 幅 120mm / 高さ 140mm / 縁端距離 60mm / 脚長 10mm
結果:
- 設計荷重: 72.17 kN（鉛直 62.50 kN・水平 36.08 kN）
- 引張 SF=1.76（付け根の断面） / せん断 SF=3.05 / 支圧 SF=4.10 / 溶接 SF=0.73
→ 解釈: 溶接が許容を超え、付け根の板も目標の3倍に届かない。水平分力 36 kN が高さ 140mm を腕にして付け根を曲げ、溶接には曲げだけで 148.8 MPa が出る。2026-09-27 より前のこのツールは張力をのど断面積で割るだけだったので、同じ入力に「溶接 SF=7.78」と答えていた。10倍の見誤りで、危険側だ。
ケース3: ケース2を「低く・広く」直す
- 吊荷重・角度はケース2と同じ
- SS400 / 板厚 20mm / 穴径 φ42mm / 幅 220mm / 高さ 70mm / 縁端距離 110mm / 脚長 12mm
結果:
- 設計荷重: 72.17 kN
- 引張 SF=7.11 / せん断 SF=6.96 / 支圧 SF=4.10 / 溶接 SF=3.72
→ 解釈: 高さを半分にし、幅を1.8倍にしただけで、溶接の安全率は 0.73 から 3.72 まで上がる。曲げの応力は「腕の長さ ÷ 幅の2乗」で効くからだ。脚長を 10mm から 12mm にした効果は2割しかない。背の高いピースを斜めに引く設計そのものを避けるのが先だ。
ケース4: 吊角度45°の影響確認
- 吊荷重: 100 kN / 2点吊り / 吊角度 45°
- 寸法はケース3と同じ（幅 220mm / 高さ 70mm / 脚長 12mm）
結果:
- 設計荷重: 88.39 kN（鉛直 62.50 kN・水平 62.50 kN）
- 引張 SF=4.89 / せん断 SF=5.68 / 支圧 SF=3.35 / 溶接 SF=2.63
→ 解釈: 60°→45°で設計荷重は1.22倍にしかならないのに、水平分力は36 kN から 62.5 kN へ1.73倍になる。ケース3で余裕のあった溶接が、目標の3倍を割る。角度は張力より曲げに効く。
ケース5: 重量物の4点吊りを天秤で垂直に吊る（SM490）
- 吊荷重: 500 kN / 4点吊り / 吊角度 90°（天秤で垂直に落とす）
- SM490 / 板厚 32mm / 穴径 φ52mm / 幅 160mm / 高さ 180mm / 縁端距離 80mm / 脚長 14mm
結果:
- 設計荷重: 208.33 kN（500 ÷ 4 × 1.25 × 4/3）
- 引張 SF=5.23 / せん断 SF=3.14 / 支圧 SF=3.77 / 溶接 SF=2.77
→ 解釈: 垂直に吊ると水平分力がなくなり、背の高いピースでも曲げは出ない。それでも4点吊りの係数4/3（3点で持つとみなす）が効いて、溶接は目標の3倍にわずかに届かない。脚長を上げるか、幅を広げる。同じピースを60°で斜めに吊ると溶接は SF=0.56 まで落ちるので、この寸法は天秤とセットでしか使えない。
ケース6: 補強リブは「曲げ」には効きにくい
- 吊荷重: 200 kN / 2点吊り / 吊角度 90°（垂直）
- SS400 / 板厚 25mm / 穴径 φ48mm / 幅 140mm / 高さ 160mm / 縁端距離 70mm / 脚長 10mm / リブ高さ 80mm
結果:
- リブなし: 溶接 SF=2.15（最小）
- リブあり: 溶接 SF=4.60、最小はせん断 SF=2.59
→ 解釈: 垂直吊りなら、リブの溶接長（リブ高さ×4 = 320mm）がそのまま効いて、溶接の安全率は2倍を超える。一方、同じピースを60°で斜めに吊ると、リブなし SF=0.43、リブあり SF=0.48 しか変わらない。本ツールはリブの溶接を曲げの断面係数に入れない（安全側）ので、曲げが支配する斜め吊りでは、リブより「低く・広く」が先だ。
計算アルゴリズム — 4モード判定の仕組み
候補手法の比較
吊り金具の強度評価には主に2つのアプローチがある:
- 許容応力法: 材料の降伏点を基準に許容応力を設定し、作用応力と比較する方法。JIS・建築基準法で広く使われる
- 終局強度法（限界状態設計法）: 材料の破断強度に安全係数を掛けて終局耐力を求め、荷重側にも荷重係数を掛けて比較する方法。Eurocode等で採用
本ツールでは許容応力法を採用した。理由は:
- 日本国内の吊り金具設計で最も一般的
- 降伏点基準のため、塑性変形を許さない保守的な評価が可能
- 入力パラメータが少なく、ユーザーの負担が小さい
設計荷重の算出
設計荷重 Pd = W / N / sin(θ) × φ_i × φ_u
W : 吊荷重 [kN]
N : 吊点数
θ : 吊角度（水平からの角度）[rad]
φ_i: 衝撃係数 = 1.25（M5相当）
φ_u: 不均等係数 = 1.0(1-2点) / 1.15(3点) / 4/3(4点)
鉛直分力 V = Pd × sin(θ)、水平分力 H = Pd × cos(θ)
4モードの安全率算出
各モードの安全率は「許容応力 / 作用応力」で算出する:
引張: SF_t = σ_y / max(穴位置の純断面の応力, 付け根の相当応力)
純断面 = Pd / ((W - d) × t)
付け根 = √(σ² + 3τ²)、σ = V/(W·t) + H·h/(t·W²/6)、τ = H/(W·t)
せん断: SF_s = 0.6 × σ_y / (Pd / (2 × (e - d/2) × t))
支圧: SF_b = 1.5 × σ_y / (Pd / (d × t))
溶接: SF_w = (σ_y/√3) / √((V/A_w + H·h/Z_w)² + (H/A_w)²)
σ_y : 降伏点 [MPa]
h : 高さ（穴中心〜溶接面）、e : 縁端距離（穴中心〜上端）[mm]
a : のど厚 = 脚長 × 0.707 [mm]
A_w : a × 溶接長さ（両側 2W ＋ リブ 4×リブ高さ）
Z_w : 2 × a × W² / 6（リブは算入しない）
計算例: SS400, 50kN, 2点吊り, 60°
条件: W=100, h=120, e=50, d=36, t=16, 脚長8mm
1. 設計荷重: 50 / 2 / sin(60°) × 1.25 × 1.0 = 36.08 kN
V = 36.08 × sin60° = 31.25 kN、H = 36.08 × cos60° = 18.04 kN
2. 引張:
純断面 = 36,084 / ((100-36) × 16) = 35.2 MPa
付け根 σ = 31,250/1,600 + 18,042×120/26,667 = 19.5 + 81.2 = 100.7 MPa
τ = 18,042/1,600 = 11.3 MPa → √(100.7² + 3×11.3²) = 102.6 MPa
SF = 235 / 102.6 = 2.29（付け根が律速）
3. せん断 (e=50):
面積 = 2 × (50 - 18) × 16 = 1,024 mm²
応力 = 36,084 / 1,024 = 35.2 MPa
SF = 0.6 × 235 / 35.2 = 4.00
4. 支圧:
応力 = 36,084 / (36 × 16) = 62.65 MPa
SF = 1.5 × 235 / 62.65 = 5.63
5. 溶接 (脚長8mm):
のど厚 a = 8 × 0.707 = 5.656 mm
A_w = 5.656 × 200 = 1,131 mm²、Z_w = 2 × 5.656 × 100² / 6 = 18,853 mm³
鉛直 31,250/1,131 = 27.6 MPa、曲げ 18,042×120/18,853 = 114.8 MPa
水平せん断 18,042/1,131 = 15.9 MPa
合応力 = √((27.6 + 114.8)² + 15.9²) = 143.3 MPa
SF = (235/√3) / 143.3 = 135.7 / 143.3 = 0.95
6. 総合: min(2.29, 4.00, 5.63, 0.95) = 0.95（溶接が律速・不合格）
曲げを入れない旧来の計算（張力 ÷ のど断面積 = 31.9 MPa、許容 0.7σ_y）では、この溶接は SF=5.16 と出る。本ツールも 2026-09-27 まではそう計算していた。曲げを入れると 0.95 で、許容を超える。溶接の許容応力も 0.7σ_y から σ_y/√3（すみ肉ののど断面のせん断降伏。建築基準法施行令第92条の短期許容応力度 F/√3 と同じ）に下げた。旧来の 0.7σ_y は、せん断降伏より21%高かった。
Excelシートとの違い、有料CADツールとの違い
Excelシートとの比較
社内でExcel計算書テンプレートを使っている現場は多い。しかしExcelはセル参照ミスの温床だし、ファイルを探す手間もかかる。本ツールはブラウザを開くだけ、入力→即結果。計算ロジックはコードで固定されているのでヒューマンエラーが入り込む余地がない。
有料CAD/FEMツールとの比較
ANSYS・SolidWorksのFEM解析なら局所応力まで精密に評価できるが、モデリング→メッシュ→解析→後処理に数時間かかる。吊り金具のように形状が単純な部材は、手計算レベルの評価で十分なケースがほとんど。本ツールは「5秒で概算」を目的としており、詳細設計ではなく初期検討・現場確認に特化している。
スマホ対応
現場でPCを開くのは手間がかかる。スマホで数値を入力して即確認できるのは、ブラウザツールならではの利点。
吊り金具にまつわる豆知識
シャックルと吊り金具の関係
吊り金具のピン穴径は、使用するシャックルのピン径＋1mm程度のクリアランスが目安。ピン径に対して穴が大きすぎると支圧応力が集中し、小さすぎるとピンが通らない。JIS B 2801（シャックル）でシャックルの定格荷重が規定されており、吊り金具の耐力だけでなくシャックル自体の容量も確認する必要がある。
吊り金具の歴史
鋼構造物の吊り上げは産業革命以降のクレーン技術の発展とともに進化した。初期はチェーンとフックによる簡易的な吊り方だったが、溶接技術の普及（20世紀前半）により、構造物に直接溶接するラグプレートが一般的になった。現在ではAWS D1.1（米国溶接協会）やEurocode 3が国際的な設計基準として参照されている。
設計精度を上げるための実践Tips
板厚選定の目安
吊荷重(kN) ÷ 10 ≒ 最低板厚(mm) が大まかな経験則。50kNなら5mm以上だが、実際にはピン穴による断面欠損を考慮して2〜3倍の板厚を確保するのが一般的。
穴径と端距離のバランス
穴中心から上端までの距離（縁端距離）はピン穴径の1.5倍以上を確保するのがtear-out防止の基本。プレート幅は穴径の2.5〜3倍程度を目安にすると、引張・支圧のバランスが取りやすい。斜めに吊るピースは、さらに高さを幅の6割以下に抑えると、付け根の曲げが収まりやすい。
ピースの向きはスリングの方向に合わせる
本ツールの曲げは、スリングがプレートの面内に向いている前提だ。4点吊りでスリングがフックへ斜めに集まるとき、プレートの向きがスリングとずれていると、板を面外に曲げる。板厚方向の断面係数は幅方向の数十分の一しかないので、同じ力でも桁違いに弱い。ピースはフックの方向を向けて溶接する。
吊角度60°の法則
迷ったら吊角度60°以上を死守。45°未満になると張力が急増し、金具だけでなくワイヤーロープの破断リスクも高まる。現場でスリング長さを調整する余裕がないなら、最初から短めのスリングを選定しておく。
吊り金具設計でよくある疑問
Q: 補強リブを付けるとどのくらい安全率が上がる？
垂直に吊るなら効く。リブ高さ80mmのリブを付けると、溶接長に ribHeight×4 = 320mm が加算され、使用例のケース6では溶接の安全率が2倍を超えた。一方、斜め吊りで溶接を支配する曲げには、本ツールはリブを算入しない（リブの位置や向きで効き方が大きく変わるため、安全側に倒している）。斜め吊りの溶接が不合格なら、リブより先にピースを低く・広くする。引張・せん断・支圧には直接影響しない。
Q: 安全率の目標値はどう決める？
一般的には静荷重で3倍（降伏点基準）、繰返し・衝撃荷重で5倍以上が目安。クレーン等則では破断荷重の1/5以上（≒安全率5倍の引張強さ基準）を求めている。本ツールは降伏点基準なので、法規準拠が必要な場合は基準の換算に注意してほしい。溶接の安全率は「せん断降伏（σ_y/√3）÷ 作用応力」なので、溶接強度計算シミュレーターの安全率（長期許容応力 F/(1.5√3) ÷ 作用応力）とは、同じ応力でも1.5倍違う数字になる。
Q: SS400とSM490はどう使い分ける？
SS400は安価で入手しやすく、軽〜中荷重の吊り金具に適している。SM490は溶接構造用鋼で降伏点が315MPaとSS400の1.34倍。重荷重で板厚を抑えたい場合や、溶接品質を重視する場面ではSM490を選ぶ。SUS304は耐食性が必要な屋外・化学プラント向け。
Q: 計算データはどこに保存される？
すべての計算はブラウザ内で完結しており、入力データがサーバーに送信されることはない。ブラウザを閉じるとデータは消えるので、必要な結果は「結果をコピー」ボタンで控えておくと安心。
まとめ
吊り金具の4モード安全率判定が、このツール1つでブラウザから即完了する。板厚・穴径・溶接脚長を変えてリアルタイムに結果が変わるので、「この寸法で足りるか？」の検証が数秒で終わる。
溶接部の評価が気になった人は溶接強度計算シミュレーターも合わせて使ってみて。ボルト接合部の検証にはボルト強度・破断モード診断が便利。
揚重計画全体の中で吊り金具がどこに入るかは、揚重・吊り荷の計算まとめの通し例題で、重心 → スリング → 吊りピース → クレーン → 地盤の順に追っている。
不具合や要望があれば、お問い合わせページから気軽に教えて。