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極限支持力とは?1分でわかる意味、許容支持力との違い、求め方、安全率

極限支持力は、終局状態における杭の支持力です。杭が負担できる限界の支持力といえます。今回は極限支持力の意味、許容支持力との違い、求め方、安全率の考え方について説明します。※杭の意味、種類については下記の記事が参考になります。

杭の種類はどのくらい?設計者が教える杭の種類と各杭の特徴、施工方法

極限支持力とは?

極限支持力は、終局時における杭の支持力です。終局時とは、「大地震時」と考えてもよいでしょう。※大地震については下記の記事が参考になります。

中地震とは?1分でわかる意味、震度との関係、大地震との違い


大地震時とは、極めて稀に発生する地震です(数百年に一度の頻度)。


極限支持力は、「杭」の支持力値です。ネットでは、「極限支持力度」と「極限支持力」を混同する記事が散見されます。極限支持力度は「直接基礎」の値で、極限支持力は杭基礎の値です。これは告示などで明確に使い分けされているので、間違えないよう注意したいですね。


さて、大地震時に作用する反力の値をNuとします。杭の極限支持力をRuです。終局時の反力は、必ず極限支持力未満とします(下式の関係です)。


極限支持力を超えると、杭が損傷あるいは地盤の沈下・損傷など、建築物の崩壊を招く危険性があります。


そのため極限支持力に安全率を考慮して、下記の値を規定します。

極限支持力と許容支持力の違いと安全率の関係

極限支持力は、杭または地盤が負担できる極限の支持力です。この値を用いて設計することは大変危険です。設計時に考慮しなかった荷重増加、支持力の計算値と実況の違いなど、極限の値を超える恐れがあるからです。


よって、極限支持力に安全率を考慮します。安全率は、長期および短期時の値で違います。極限支持力をRu、許容支持力をRaとしたとき、下記の関係にあります。


上記のように、安全率を考慮します。安全率については下記の記事が参考になります。

安全率ってなに?色んな材料の安全率と降伏強度との関係


鉄筋コンクリートの安全率と考え方が似ていますね。

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極限支持力の記号は?

極限支持力および許容支持力の記号は下記です。

極限支持力の求め方

極限支持力は下式より算定します。


上式の右辺の左項が、杭先端の支持力、右項が杭周面の摩擦力です。これを合算した値が、極限支持力です。


Ruは極限支持力、αは支持力係数、Nは平均N値、Apは杭の有効断面積です。βやγは工法ごとの係数です。Nsは杭周面の砂質地盤のN値、Lsは杭周面の砂質地盤の長さ、quは杭周面の粘土地盤の一軸圧縮強度、Lcは杭周面の粘土地盤の長さ、φは杭の周長です。


各記号の単位を示します。


支持力係数αは、β、γは各工法によって値が異なります。例えば支持力係数は、打ち込み杭、埋め込み杭、場所打ち杭により下記の値です。


またβ、γは下記の値が用いられます(何度もいいますが工法ごとに違います)。


一般的な埋込杭である、PHC杭(セメントミルク工法)では上記の値が用いられます。PHC杭については下記の記事が参考になります。

PHC杭とは?1分でわかる規格、重量、継手、PC杭との違い


軟弱地盤で、杭周面の摩擦力が見込めないとき(杭周面のN値が0)は先端の支持力のみ考慮します。杭先端のみの極限支持力は下式です。


Nは杭の平均N値です。※平均N値については下記の記事が参考になります。

杭の平均N値とは?1分でわかる意味、計算法、問題点

まとめ

今回は極限支持力について説明しました。極限支持力の意味、計算法など理解頂けたと思います。今回示した計算式は、ほとんどの杭で共通した計算式で、あとは係数が各メーカー、各工法により違います。支持力係数αなど注目して調べてみてください。

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