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凍結深度ってなに？凍結深度と基礎の関係

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凍結深度と聞くと、中々言葉の意味がわからない人が多いと思います。建築や土木では広く知られている専門用語です。

意味自体は、なんてことはありません。凍結深度とは、

「地面が凍結する深さ」

です。地面は水分を含んでいます。例えば公園の土を触ってみてください。湿っていますよね。

この土中の水分が、寒冷地では凍ります。この凍結する深さを凍結深度というのです。

今回は、そんな凍結深度と建物の基礎の関係、凍結深度の計算方法について説明します。

凍結深度が深い地域と、凍結深度の調べ方とは？

前述したように、凍結深度は寒冷地で定められています。極端に言えば、九州や沖縄では凍結深度は設定されていません。

地面が凍るほど、寒くはないからです。

凍結深度が決められている地域は、北陸、東北、北海道などです。北海道では、凍結深度＝60ｃｍは一般的で、中には100ｃｍ近い地域もあります。

冬の場合、地面の温度は外気温より暖かいことが多いです。そのため土中で氷点下を下回ることは滅多にありません。

しかし、寒冷地では外気温が－20℃になる地域もあり、地面の温度も下がってしまうのです。つまり、外気温が低ければ低いほど、地面の下が凍結する深さも深くなります。

凍結深度の調べ方ですが、これはインターネットで調べることが一番簡単で、正確です。後述する計算式もありますが、あくまで概算です。

実際は、各地域で凍結深度が設定されています。各地方自治体のHPから「○○市　凍結深度」と調べてみましょう。

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記事を書いた人

ハナダユキヒロ／建築学生が学ぶ「構造力学」

難解な構造力学、建築構造の用語を分かりやすく解説する専門家。高等専門学校在学中から建築学生が学ぶ「構造力学」を運営。その後、国立大学大学院⇒組織設計事務所⇒弊サイト運営に従事している。

著書：「わかる構造力学/工学社」、「わかる構造力学改訂版/工学社」

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凍結深度と建物の基礎との関係

凍結深度は建物の基礎と大きく関係します。なぜなら建物の基礎は、凍結深度より深い位置に設置する必要があるからです。

地面から、基礎の底面までの距離を「基礎底」といいます。寒冷地では凍結深度より基礎底を深くすることが、

一般的に行われています。基礎底の意味は下記をご覧ください。

基礎底とは？1分でわかる意味、基礎底面との違い、根切り、直接基礎の支持力

簡単な例題ですが、北海道のある地域で凍結深度が60cmだった場合、基礎底は60cmより深い位置に設定します。

ではなぜ、基礎底は凍結深度より深い位置にする必要があるのでしょうか。少し考えてみてください。

「基礎が凍って良くなさそうだから？」

いえいえ、違います。実は、凍結深度より浅い位置を基礎底にすると、地面の水分が凍る過程で基礎が押し上げられ、

建物が浮き上がる（持ち上げられる）可能性があるためです。水は氷に変わるとき、9％も体積が増加します。

この膨張する際の力が、建物を押し上げる、又はコンクリートをひび割れさせる原因となります。

ある文献によれば、-20℃になる氷の膨張する力は200～300MPaほどになるそうです。これは大変な値で、「20000kN/㎡」もの圧力です。

建物を軽々と持ち上げてしまいそうな、ゾッとするほど大きな力ですね。この水から氷に変わる体積変化を利用して、

コンクリート構造物を粉砕する技術もあるほどです。

以上のように、基礎底は凍結深度より必ず深くします。そうしないと、建物が地面から押し上げられ、傾いてしまいます。

凍結深度の計算方法

では、凍結深度はどのように決められているのでしょうか。現在は、各地方自治体が観測や計測データに基づいて、

凍結深度を定めています。しかし理論式による計算も可能です。凍結深度は下式で求められます。

・Z＝C×√F

Zは凍結深度、Cは土質による定数（2～5の値）、Fは凍結指数です。凍結指数は、単位を「℃・day」で表します。

日平均気温を累積し、数値が減少する期間の累積幅から算定されます。例えば、1月1日の累積温度が0だとして、1月30までは外気温が低下し、

累積温度が－400になれば、凍結指数F＝400です。

このように凍結深度を計算する方法はあります。ただ、建築で考える凍結深度は、あくまでも地方自治体が設定する値です。個人の判断には注意が必要です。

まとめ

今回は凍結深度の意味や、凍結深度と基礎との関係について説明しました。西日本より南の県では意識しませんが、北日本では必須となる考え方です。

建物の安全性に影響するので、凍結深度の意味をしっかり理解しておきたいですね。凍結深度よりも深い基礎底にしましょうね。基礎底の意味は下記が参考になります。

基礎底とは？1分でわかる意味、基礎底面との違い、根切り、直接基礎

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名前　ハナダユキヒロ/MITUME lab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。
「わかる構造力学(改訂版)」

10数年以上、建築の学問、研究、構造設計の実務に携わった経験を元に、未経験の方、建築関係の学生、社会人の方に役立つ知識を、分かりやすくお伝えします。

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