棚板選びで曲げ強度、たわみを参考にしたい!

棚板選びで曲げ強度、たわみを参考にしたい!

DIYで棚を作るとき、数多くの板の中で、見た目以外にどの基準で棚板を選べばよいか、迷います。

特に、棚によるものを載せたときどのくらいたわむのか、実際に置く前にあたりをつけたいところですね。

実は、たわみの大きさは板の仕様が決まれば、構造計算で求まります。

この記事では、ホームセンターやネット通販で簡単に入る棚板がどのくらいたわむのか、参考まで示していきます。

また、計算の元になる棚板のヤング係数(弾性係数)もまとめます。

集成材の棚板強度

手に入りやすい集成材といえば、パイン集成材、桧集成材、杉集成材があげられます。

ほかにも、アカシア集成材、ファルカタ集成材、ラバーウッド集成材(ゴムの木)などもあります。

最初に挙げた、パイン、ヒノキ、杉を比較していきましょう。

木の種類ごとの曲がりやすさは、ヤング係数と呼ぶ特性値でわかります。

曲げヤング係数データ元
パイン集成材
(ラジアータパイン)
10,000 N/mm2(a)
ヒノキ集成材11,000 N/mm2(a)
スギ集成材8,000 N/mm2(a)

この三種の集成材の中では、ヒノキが一番曲がりにくく、次いでパイン、最後にスギの順番です。

実際の棚をイメージして、どのくらいたわみそうか求めます。

幅が90cm、奥行きが15cm、厚みが18mmの集成材の棚板を、両端だけ保持して中心に2kgの重し(例えば2Lの飲み物入りペットボトル)を置くとしましょう。

すると、計算で求めたたわみは図のようになります。比較のため、DIYでおなじみのSPF材を記載しました。

中央付近がたわんで沈みますが、大きくても 0.5mmです。

どの木を選択してもたわみは小さいので、強度は気にせず板の外観で選んでよいでしょう。

横幅を増やすとたわみやすくなりますので、板の厚みを増やすことをおすすめします。

合板の棚板強度

手に入りやすい合板といえば、ベニヤ合板(ラワンベニヤ合板)、針葉樹合板、コンパネがあげられます。

ほかにも、ランバーコア合板などもあります。

ここに挙げた、ラワンベニヤ、針葉樹合板、コンパネ、ランバーコアを比較していきましょう。

集成材で説明した通り、ヤング係数の数値で比較します。

曲げヤング係数データ元
ラワンベニヤ合板5,500 N/mm2(b)
針葉樹合板4,000 N/mm2(b)
コンパネ6,000 N/mm2(c)
ランバーコア
(ファルカタ芯)
7,900 N/mm2(d)

この四種の合板の中では、ランバーコアが一番曲がりにくく、次いでコンパネ、ラワンベニヤ合板と続き、最後に針葉樹合板の順番です。

実際の棚をイメージしてみます。幅が90cm、奥行きが15cm、厚みが18mmの合板の棚板を、両端だけ保持して中心に2kgの重し(例えば2Lの飲み物入りペットボトル)を置くとしましょう。

すると、計算で求めたたわみは図のようになります。比較のため、棚板としておなじみのメラミン化粧板を記載しました。

中央付近がたわんで沈み、針葉樹合板が1mmと大きくたわみます。メラミン化粧板、コンパネもたわみが大きいです。

板厚を増やすか、棚板の幅を狭めたり、中間にも棚受けを入れるなど、たわみにくくなる改良を加えましょう。

単板の棚板強度

手に入りやすい単板といえば、SPF材、ホワイトウッド、サーモウッド、杉があげられます。

ほかにも、タモやナラなどもあります。

ここに挙げた、SPF、ホワイトウッド、サーモウッドを比較していきましょう。

曲げヤング係数データ元
SPF10,500 N/mm2(d)
ホワイトウッド8,800 N/mm2(d)
サーモウッド11,700 N/mm2(e)
7,900 N/mm2(d)

この四種の合板の中では、サーモウッドが一番曲がりにくく、次いでSPF、ホワイトウッドと続き、最後にスギの順番です。

実際の棚をイメージしてみます。幅が90cm、奥行きが15cm、厚みが18mmの合板の棚板を、両端だけ保持して中心に2kgの重し(例えば2Lの飲み物入りペットボトル)を置くとしましょう。

すると、計算で求めたたわみは図のようになります。比較のため、代表的な合板のラワンベニヤ合板を記載しました。

中央付近がたわんで沈み、ホワイトウッドが0.5mmと大きくたわみます。たわみが1mm近いラワンベニヤ合板ほどはたわみません。

この強い単板を、どこにでも使えると良いですね。

ただし、元の木から一枚板で切り出すため、元の木の直径よりも大きな奥行きの板は入手が難しいです。

強度の比較

板の構成でざっくりと強度の順位付けをすると

単板 > 集成材 > 合板 ≒ 化粧板

となります。

棚板選びは、表面の柄や風合いを重視することが多いのではないでしょうか。

見た目で候補を絞り込んだ上で、木材の種類で迷ったら、上記の順に選んでいくと良いでしょう。

重量が大きいものを載せるつもりなら、初めから単板や集成材を選びます。

軽いものしか載せないなら、合板や化粧板でも構いません。 

データ元

(a) 集成材の日本農林規格(JAS規格) – 農林水産省

https://www.maff.go.jp/j/jas/jas_kikaku/attach/pdf/kikaku_itiran2-239.pdf

(b) 東京合板工業組合・東北合板工業組合

https://www.ply-wood.net/media/kouzouyou-1-8.pdf

(c) 合板の日本農林規格(JAS規格) – 農林水産省

https://www.maff.go.jp/j/jas/jas_kikaku/pdf/kikaku_53.pdf

(d) 株式会社マルホン

https://www.mokuzai.com/WorldWood/

(e) 池上産業株式会社

http://woodwise.jp/wordpress/wp-content/uploads/thermowood_structural_properties_v1.pdf
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