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直接基礎とは?1分でわかる種類、設計方法、地盤改良、杭基礎との違い

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基礎は大きく分けて2つあります。「直接基礎」と「杭基礎」です。直接基礎は、フーチングというコンクリートの土台で建物を支えます。今回は、そんな直接基礎の意味、種類、設計法、地盤改良との関係、杭基礎との違いについて説明します。


※杭基礎、フーチングについては下記が参考になります。

杭基礎とは?1分でわかる意味、設計、杭工事の手順、支持層、フーチングの配筋

フーチングってなに?フーチングの意味と目的、地耐力との関係

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直接基礎とは?

直接基礎は、フーチングというコンクリートの土台(塊)により建物の重量を支えます。直接基礎の場合、地盤に直接フーチングを設置します。


下図をみてください。直接基礎の1つで、独立基礎といいます。

独立基礎

このように、直接基礎は「地面に、直接設置する基礎」なので、地盤が良いことが前提です。もし弱い地盤の上に基礎を置いたのなら、不同沈下や建物の傾きが起きます。

直接基礎と地盤の関係


よって弱い地盤では、「杭基礎」「地盤改良」の採用も考慮します。これは後述します。ただ、地盤が弱いと即、杭基礎や地盤改良が必要、というわけでもありません。


地盤が弱くても、建物が軽い(住宅など)のなら、直接基礎でも問題ないかもしれません。これらは計算により、接地圧に対して地盤の地耐力が上回ることを確認します。


※地耐力、接地圧については下記が参考になります。

地耐力とは?1分でわかる意味、単位、計算法、n値との関係

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


逆にマンションや学校施設など、重量の大きな建物は直接基礎では支えきれないので、杭基礎を採用します。当然、良好な地盤であれば直接基礎で大丈夫です。

直接基礎の種類

直接基礎には、下記の3種類があります。


・独立基礎

・布基礎

・ベタ基礎


です。各基礎は、経済性や施工性、建物の用途に応じて決定します。各基礎の特徴は、下記が参考になります。

布基礎と独立基礎、ベタ基礎の違いと、本当に伝えたい各基礎の特徴

直接基礎の設計方法

直接基礎の設計は、主に下記を確認します。


・接地圧<地耐力(不同沈下)

・フーチングの配筋



接地圧とは、フーチング下に作用する荷重分布(圧力)のことです。建物の重量は、直接基礎に伝わります。例えば、基礎に作用する重量(建物重量+基礎自重)が100kNで、フーチング断面が2.0×2.0mとします。


接地圧は下式で計算します。


この圧力が地盤に作用するので、地耐力(地盤の耐力)は上記の圧力以上にしないと沈下します。地耐力は下記が参考になります。

地耐力とは?1分でわかる意味、単位、計算法、n値との関係


フーチングは鉄筋コンクリート造です。よって配筋量を決めます。計算方法は下記が参考になります。

曲げを受ける独立基礎の設計 その1


実務では、まず、基礎形式を決める前段階として、上部構造の支点反力を求めます。これは、一貫計算プログラムにより、簡単に求められます。


次に、土質柱状図に明記されているN値から地盤の地耐力を計算します。N値は大きければ、大きいほど地盤が強固なことを意味しています。N=60が最大ですが、中には掘削不可となる岩盤のような硬い地盤も存在します。


直接基礎の設計では、地耐力>支点反力の関係になるように基礎の大きさを決めます。当然、基礎断面が大きいほど多くの力を負担することができるため、有利になります。


※土質柱状図、N値については、下記が参考になります。

土質柱状図とは何か?

N値とは?1分でわかる意味、目安、求め方、地盤、n値40や50の地耐力

直接基礎と地盤改良の関係

前述したように、弱い地盤では直接基礎の採用が難しいかもしれません。一方で、小規模建物(住宅など)では杭を使うのは勿体ないです。杭は高コストだからです。


そこで「地盤改良」を行います。地盤改良は、セメントや石灰などを弱い土に混ぜ、強い土に改良することです。下図をみてください。すぐ上の地面は弱いので、直接基礎を置けません。


しかし掘削すれば、良い地盤がでます。そこで良質土まで地盤改良を行うのです。

地盤改良の考え方

ただ、良質土が表層に出ればよいですが、深くなると(十数メートル下)コストがかさみます。杭又は柱状改良が、コスト的にメリットが大きいケースもあります。柱状改良とは、柱状の地盤改良です。柱状に改良するので、全面改良するより安い場合があります。


※地盤改良、柱状改良については、下記が参考になります。

地盤改良とは?1分でわかる意味、工法の種類、表層改良と柱状改良の違い

柱状改良とは?1分でわかる意味、読み方、液状化、深さとの関係

直接基礎と杭基礎の違い

杭基礎とは、杭と呼ばれる細長い「柱」を支持層まで到達させ、上部構造の軸力や地震時に発生する曲げモーメントを負担する部材です。


前述したように、弱い地盤では直接基礎で対応できないケースがあります。そのため、数十m下の良質地盤まで力を伝えるため、杭が必要です。※杭については下記が参考になります。

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


一般的に、地盤が弱い土地では杭を使うことが多く、地盤が強固な場合は直接基礎を用います。どちらか簡単に判断できない場合には、杭基礎と直接基礎のコスト比較を行います。


設計の進め方としては、直接基礎の方策を模索して可能性が薄ければ杭基礎を用います。昨今、杭の施工不正が起きていたり杭メーカーへの信頼も失いつつありますからね。

まとめ

今回は直接基礎について説明しました。直接基礎の概要が分かって頂けたと思います。直接基礎の特徴や種類を覚えた後は、設計法を学びましょう。杭基礎との違いも理解したいですね。下記も併せて学習しましょう。

杭基礎とは?1分でわかる意味、設計、杭工事の手順、支持層、フーチングの配筋

布基礎と独立基礎、ベタ基礎の違いと、本当に伝えたい各基礎の特徴

フーチングってなに?フーチングの意味と目的、地耐力との関係

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