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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

この記事の要点

この記事では、極限支持力とは何か、どう求めるのか、許容支持力との安全率はどう設定するのかを整理します。

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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。

タップできる目次

極限支持力とは？

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、許容支持力、安全率の意味は下記が参考になります。

杭の種類は？支持方式・材料・施工法による分類と各杭の特徴

許容支持力とは？1分でわかる意味、n値、qa、地耐力との違い、杭との関係

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

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。

極限支持力度とは？計算方法・N値との関係と許容支持力度との違い（地盤設計）

さて、大地震時に作用する反力の値をNuとします。杭の極限支持力は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）。

Nu＜Ru

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。※安全率は下記が参考になります。

・長期許容支持力
・短期許容支持力

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

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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。

長期許容支持力　Ra＝Ru×1／3
短期許容支持力　Ra＝Ru×2／3

上記のように、安全率を考慮します。許容支持力、安全率の意味は下記をご覧ください。

許容支持力とは？1分でわかる意味、n値、qa、地耐力との違い、杭との関係

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。

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　Ru
許容支持力　Ra

許容支持力とは？1分でわかる意味、n値、qa、地耐力との違い、杭との関係

極限支持力の求め方

極限支持力は下式より算定します。

Ru=αNAp+（βNsLs+γquLc）φ

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。

支持力係数、周面摩擦力の詳細は下記が参考になります。

杭の支持力係数とは｜打撃杭・埋込み杭・場所打ち杭の違いと計算方法を解説

周面摩擦力とは？1分でわかる意味、計算、ｎ値、粘着力との関係

各記号の単位を示します。

・Ru　⇒kN
・α　⇒単位なし（無次元数）
・N　⇒単位なし
・Ap 　⇒㎡
・β　⇒単位なし
・Ns　⇒単位なし
・Ls　⇒m
・γ　⇒単位なし
・qu　⇒kN/㎡
・Lc　⇒m
・φ　⇒m

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。

打ち込み杭　α＝300
埋め込み杭　α＝200
場所打ち杭　α＝150

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）。

β＝10／3
γ＝1／2

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。

Ru=αNAp

Nは杭の平均N値です。※平均N値は下記が参考になります。

杭の平均N値とは？1分でわかる意味、計算法、問題点

混同しやすい用語

試験での問われ方｜管理人の一言

項目	極限支持力	許容支持力
定義	地盤が破壊する限界の支持力	安全率を考慮した設計用支持力
安全率（長期）	3	1/3（極限支持力の1/3）
安全率（短期）	1.5	2/3（極限支持力の2/3）
設計への適用	地盤破壊の上限値	実際の基礎設計に使用