曲げを受ける独立基礎の設計その2｜2パターンの検討方法と地盤反力の計算
この記事の要点
曲げを受ける独立基礎の設計では、偏心荷重によるモーメントが地盤反力の分布を台形または三角形に変化させます。
基礎底面全体で地盤反力を受けられるかどうかの確認が設計の核心になります。
2パターンの違いは荷重の偏心量です。偏心量が基礎幅の1/6以内なら台形分布、超えると三角形分布（片側が浮き上がる）になり、設計方法が変わります。実務では基礎底面に引張応力が生じないよう偏心量を制御するのが基本方針です。
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前回、ＲＣ規準による独立基礎の設計を説明しました。今回は基礎の底盤を柱に見立てて接地圧を算定してみましょう。実は前回の図表からαを読み取る方法よりも、こちらの計算が感覚的に理解しやすいです。
底盤、接地圧の意味は下記が参考になります。
接地圧とは？1分でわかる意味、単位、基礎、計算式との関係、地反力との違い
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底盤を柱に見立てて『Ｎ／Ａ + Ｍ／Ｚ』を算定する方法
『曲げを受ける独立基礎の設計 その１』と同じ計算内容です。
長期時支点反力 ＮＬ
地震時支点反力 ＮＥ
長期時柱脚曲げ ＭＬ
地震時柱脚曲げ ＭＥ
以上より、短期時の応力は下記の通りです。
短期支点反力 Ｎｓ＝ＮＬ+ＮＥ
短期柱脚曲げ Ｍｓ＝ＭＬ+ＭＥ
軸力のみによる接地圧を算定する
まずは軸力Ｎのみで接地圧を算定します。短期時支点反力がＮｓです。つまり接地圧は、
σ＝Ｎｓ／Ａ
となります。
接地圧の意味は下記をご覧ください。
接地圧とは？1分でわかる意味、単位、基礎、計算式との関係、地反力との違い
曲げのみによる接地圧を算定する
次に曲げモーメントのみで接地圧を算定します。『そんな計算やったことない』と思いましたか？いいえ、あなたは既に経験済みのはず。
それは柱の断面算定です。
柱に曲げが作用すると、下図のように中立軸を境に圧縮側、引っ張り側の応力度が発生します。この応力度が接地圧なのです。中立軸の意味は下記が参考になります。
中立軸とは？1分でわかる意味、定義、コンクリートの中立軸、合成梁
つまり、接地圧は次式より算定可能で、
σ＝±Ｍ／Ｚ
です。
また、断面係数Ｚは長方形の場合、次式です。
Ｚ＝ＢＬ2／６
長方形の断面係数は？1分でわかる求め方、長方形の向き、断面二次モーメントとの関係
鉛直力の接地圧と曲げの接地圧を組み合わせる
ここまで算定できたなら、あとは接地圧を組み合わせるだけ。圧縮側の接地圧はさらに大きくなります。一方、引っ張り側の接地圧が大きくなるかもしれません。直接基礎は引き抜きに耐えることができません。
もし引っ張りが大きくなれば基礎重量を大きくして全面圧縮となるよう基礎を設定しましょう。
混同しやすい用語
「全面圧縮」と「部分引張（片圧縮）」
全面圧縮は基礎底面の全体が地盤と密着して圧縮応力が生じている状態。設計上安定した状態。
「フーチング」と「フーチングの張り出し部」
フーチングは独立基礎の台形・矩形の底盤部分。張り出し部は柱からはみ出た部分で、上向きの接地圧を受けて曲げが生じる。
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意味を読んで終わりにせず、実際に理解できているかチェックしてみましょう。
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- 名前 ハナダユキヒロ/ミツメラボ代表.
- 2010年 弊サイトを開設
- 2010～2017年 国立大学大学院修了
- 2017年12月に当HPが書籍化。
- 「わかる構造力学」
- 2022年4月に「わかる構造力学」の改訂版出版。
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