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杭基礎設計の簡単なガイド

杭基礎の設計方法?

深い 財団, 杭など, 上部構造から岩盤またはより強固な土の層に荷重を伝達する構造部材. SkyCivレンダラAPI です ファンデーションの種類 それは鋼鉄で作ることができます, コンクリート, または木材. コスト的には, 杭基礎のコストは浅い基礎よりも高くなります. そのコストにもかかわらず, 多くの場合、構造上の安全のために杭が必要です。.

図杭の基礎, 杭基礎の設計方法, 杭基礎設計
図 1: パイルズファンデーション

いつパイルを使用できますか?

弱い土壌

上部土層が弱すぎたり、圧縮性が高すぎて、上部構造によって伝達される荷重を支えられない場合, 杭は、これらの荷重をより強い土の層または岩盤に移すために使用されます。. 岩盤に荷重を伝達する杭は、エンドベアリングパイルと呼ばれます。. このタイプのパイルは、パイルの先端にある下にある材料の耐荷重能力のみに依存しています。. 一方, 岩盤が深すぎる場合, 杭は、摩擦によって徐々に周囲の土に荷重を伝えることができます. このタイプのパイルは摩擦パイルと呼ばれます.

水平力

杭は、水平力を受ける構造物の基礎としてより適しています. 杭は、上部構造からの垂直方向の力を伝達できる一方で、曲げによって水平方向の動きに抵抗することができます. これは、強風や地震力にさらされる土留め構造物や高層構造物を設計する場合の典型的な状況です。.

膨張性または崩壊可能な土壌

土壌の膨張または収縮は、基礎にかなりの圧力を加える可能性があります. 水分含有量の増加または減少により、膨張性または崩壊性の土壌で発生します. また、浅い基礎ではより多くの損傷を引き起こす可能性があります; この場合, パイルは、ファンデーションをアクティブゾーンを超えて、または膨張と収縮が発生する可能性がある場所に拡張するために使用できます.

隆起力

揚力は、静水圧の結果として発生します, 地震活動, 転覆の瞬間, または基礎が地面から引き抜かれる原因となる可能性のある力. 送電鉄塔などの構造物によく見られる, オフショアプラットフォーム, そして地下室. この状況では, 杭基礎はこれらの揚力に抵抗すると考えられています。.

土壌浸食

地表での土壌浸食は、土壌の支持力の損失を引き起こす可能性があります.これは、浅い基礎を持つ構造物に深刻な損傷を与える可能性があります..

杭の長さを見積もる方法?

杭の種類の選定や必要な杭の長さの見積もりには、地盤調査が重要な役割を果たします。. 杭の長さを見積もるには、地盤工学用地データに関する適切な技術的判断が必要です. 構造物から地盤への荷重伝達機構によって分類できる: (a) エンドベアリングパイル. (b) 摩擦杭, そして (c) 締固め杭.

エンドベアリングパイル

エンドベアリングパイルの極限耐荷重は、パイル先端の下地材の耐荷重に依存します。. このタイプの杭の必要な長さは、妥当な深さにある限り、岩盤または強固な土の層の位置を決定することによって簡単に見積もることができます。. 岩盤ではなく硬い地層が存在する場合, 杭の長さは、土壌層にさらに数メートル延長できます, 図 2b に示すように.

摩擦杭

摩擦杭 (図 2c) 岩盤層や硬い地層が存在しない場合や無理な深さにある場合に使用. その場合, エンドベアリングパイルの使用は非常に長くなり、非経済的になります. 摩擦杭の極限負荷容量は、杭の長さと周囲の土壌に沿って発生する表皮摩擦から導き出されます。. 摩擦杭の長さは土のせん断強度に比例します, 適用荷重, とパイルサイズ.

締固め杭

締固め杭は、地表近くの土の適切な締固めを達成するために、粒状土を通して打ち込まれる一種の杭です。. 締固め杭の長さは、主に締固め前後の相対密度に依存します。, 必要な締固め深さ. 締固め杭は一般に他のタイプの杭よりも短い.

杭基礎の設計方法, 杭基礎設計
図 2: (a) そして (b) エンドベアリングパイル, (c) 摩擦杭

 

杭の荷重伝達機構

長さ L と直径 D の積載された杭を考えてみましょう, 図に示すように 2. 杭の荷重 Q は、主に杭 Q の底部の土によって抵抗されるものとします。p., 一部はシャフト Q に沿って発生する皮膚摩擦によるものです。s. 一般的に, の 究極の耐荷重能力 (Qu) 杭の抵抗力は、杭の先端で抵抗する荷重と表皮摩擦で抵抗する荷重の和で表すことができます, または式に示すように 1.

Qあなた = Qp + Qs (1)

Qあなた =究極の負荷容量

Qp =エンドベアリング耐荷重

Qs =皮膚摩擦抵抗

しかしながら, エンドベアリングパイル用, 荷重 Q は、杭の先端より下の土によってほとんど抵抗され、皮膚の摩擦抵抗は最小限に抑えられます。. 一方, 摩擦杭の荷重 Q は、ほとんどの場合、エンド ベアリング容量ではなく、表皮摩擦のみによって抵抗されます。 Qp. エンドベアリングパイルと摩擦パイルの極限負荷容量は方程式にあります 2 そして 3, それぞれ.

QあなたQp (2)

QあなたQs (3)

杭の設計方法?

杭などの深い基礎の設計と分析は、地質工学データの解釈に伴うすべての不確実性のため、ある種の芸術です。. 挙動を分析し、さまざまな土壌タイプの杭の耐荷重能力を推定するために、多数の理論的および実験的アプローチが実施されましたが、, まだ, パイルズファンデーションのメカニズムについては、まだまだ解明すべきことがたくさんあります. 幸運なことに, 構造工学の進歩とともに, これらの不確実性を最小限に抑え、計算時間を短縮するために使用できるさまざまなソフトウェアがあります.

以下は、杭基礎を設計するために従うことができるプロセスの一部です。:

地盤調査データ

前述のように, 基礎前の設計データ, パイルタイプなど, 長さ, とサイズ, 地質レポートデータに基づいて事前に決定されます. さらなる杭基礎の設計と分析に必要な重要なパラメータのいくつかは、土壌タイプです。, 単位重量, 剪断強度, 地盤反力係数, および地下水データ

構造解析

構造工学の最近の発展には、構造エンジニアとしてのスキルを高め、安全な設計を行うことを目的とした構造設計ソフトウェアが含まれています。, 特に複雑な構造の場合. 構造をモデル化し、反応を生成するために使用できるさまざまな FEA ソフトウェアがあります。, 既知の値を使用してソルバーの結果をテストする, および上部構造からのサポートの曲げモーメント. 得られたデータは、基礎の設計と分析に使用されます。.

基礎設計

上部構造の支持反力の解析と生成に使用した FEA ソフトウェアと同様, さまざまな設計コードに従って杭基礎を設計するために使用できる多数の基礎設計ソフトウェアもあります. (注意: 簡略化された計算機の場合, 無料でお試しください コンクリート基礎計算機).

杭の基礎設計ソフトウェアでは、設計チェックを実行するためにさまざまな入力が必要です. ジオメトリデータが含まれています, 土壌プロファイル, コンクリートおよび鉄筋の材料特性, 補強レイアウト, 設計基準で規定された設計パラメータ, および構造解析ソフトウェアからエクスポートされた反応データ.

図 3: 基礎設計ソフトウェア

杭基礎の設計のために実行される標準的な設計チェックの一部:


地盤容量チェック 加えられた垂直荷重を土の耐荷重能力で割ることによって土の末端支持力が決定されると、完成されます。. 比率は次の値を超えてはなりません 1.0. 横荷重杭は、最大および許容横荷重の値を推定することによってもチェックされます。.

構造容量チェック 軸方向を決定することによって実行されます, 剪断, および選択された設計基準に従った曲げ容量. パイル基礎なのに, 地盤の不具合は、構造的な不具合よりも発生する可能性が高い, 安全対策のためにこのチェックを実行する必要があります.

最適化

構造エンジニアは、あらゆるタイプの構造を設計する際に常に安全性を優先する必要があります. しかしながら, エンジニアは、さまざまなパイルサイズを試して設計を最適化することもできます, および補強レイアウト, その結果、安全性を損なうことなく、コードで要求される最低基準を維持しながら、材料の総量と構造の全体的なコストを削減できます。.

概要

杭基礎を設計するプロセスには、一般に、地盤工学的データの適切な解釈が含まれます。, FEA ソフトウェアによる上部構造のモデリングと解析, 支持反応の生成, 基礎設計チェック, 安全で経済的な設計を考え出すための最適化.

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