基礎を広げる, 独立基礎またはパッド基礎とも呼ばれます, 柱や柱からの集中荷重を土壌のより広い領域に分散させるように設計された浅い基礎要素です。. これにより地耐力の破壊が防止され、住宅用建物などの中小規模の構造物で一般的に使用されます。. 直接基礎は補強することも、補強しないこともできます, 負荷と環境要件に応じて.

スプレッドフーチングは、荷重を土壌に伝達するための最も経済的な解決策です。. 一般に土壌は支えられた柱よりもはるかに弱いため、, 課せられた応力に耐えることができ、その結果生じる沈下が構造とその目的にとって合理的であることを証明する必要があります。. 土が十分に強くない場合, その場合、他の解決策は、荷重を分散するためのより広い面積を持ついかだ基礎、または応力をより深くより耐性のある土壌層に伝達する杭として分析する必要があります。.

• 簡単な基礎: 最も一般的に使用される; 長方形または正方形.
• 段付き基礎: より高い負荷に使用されます.
• 傾斜基礎: 高負荷にも対応.

図 1: 直接基礎の種類

段付きおよび傾斜のある基礎は、主に厚さが 3 フィートまたは 4 フィートを超える高荷重に使用されます。, しかし人件費の高騰により, 現在では使用頻度は低くなりました.

素材に関しては, スプレッドフーチングは 2 つのグループに分けることができます:

• 無筋コンクリート基礎は、安定した支持土を備えた軽量構造物や低層建物に理想的に使用されます。.
• より大きな荷重が作用する場合や環境により耐久性が必要な場合には、鉄筋コンクリート基礎が使用されます。. 地耐力がかなり低い、より重い構造物で使用されます。.

通常、スプレッドフーチングは単一の柱の下で圧縮集中荷重をサポートします。. 基礎は、適用されるすべての係数化された荷重と誘発される反応を維持できるように比例する必要があります。, アキシアル荷重を含む, 水平せん断力, そして基地での瞬間. 地盤支持力は、利用可能な現場データから決定された許容土圧と、係数なし使用荷重を使用した地盤工学解析を使用してチェックされます。, 死者も含めて, 住む, 風, または地震荷重, 重要な組み合わせを考慮して.

曲げ補強材は通常、柱に圧縮軸方向荷重がかかると地盤の反力により引張応力が発生するフーチングの底部に配置されます。. デザインが簡素化されている, 基礎が堅く、土壌の挙動が弾性であると仮定すると、.

主方向は常にフーチングの長辺と平行に定義されます。. 二次方向は通常、主方向に対して垂直であり、フーチングの反対側に対して平行です。. さらに, 補強材は、最小限の補強面積で考慮される収縮や温度変化も防ぐ必要があります。.

広がり基礎の破壊モードは土壌破壊として分類できます。, 安定性の失敗, そして構造的欠陥.

土壌破壊は支持土壌破壊としてグループ化されます (図に示すように 2), ただし、隣接する基礎間の過度の沈下差や総沈下に関連した保守性の障害も含まれる場合があります。. 決済は 2 段階で行われます, 1 つ目は即時決済、2 つ目は長期決済です。, 統合として知られる.

構造によって支配される限界状態には、一方向のせん断破壊が含まれます, パンチングの失敗, 曲げ破壊, ベアリングの故障, そして不十分な定着. それらの一部を図に示します。 2.

最後に, 安定性の障害もチェックする必要があります, 土壌支持力とは独立しています.

図 1: 広がり基礎におけるいくつかの破壊モード

広がり基礎の設計には、最終的な寸法と特性に影響を与えるさまざまなパラメーターと変数があるため、いくつかの手順が必要です。.

ステップ 1: 地質調査と考慮事項

基礎の設計では一般に、基礎の下の土壌の挙動と応力に関連した変形性を決定する必要があります。. このため, 土壌の地質工学的特性を決定する必要があります, 粒度分布など, 土壌の分類, 可塑性, 圧縮率, とせん断強度. この調査は、さまざまなタイプの基礎の適合性と土壌の支持力を判断することを目的としています。. これは通常、極限支持力の計算と許容支持力を決定する沈下解析を実行することによって行われます。 (q_a) あらゆる種類の土壌支持障害を回避するために. 直接基礎の適合が確認された場合, エンジニアは次のステップに進むことができます.

地耐力に加えて, 基礎システムは転倒に対して安全でなければなりません, スライディング, 主な両方向の偏心による過度の隆起を回避します。.

ステップ 2: 定義する ベースエリア.

米国では, これは、許容応力と使用荷重の組み合わせを使用して決定されます。. 推定耐荷重値 (IBCテーブル 1806.2) 許可されていれば使用することもできます. 許容応力は通常、地盤工学レポートに含まれます。, 支持力と沈下の可能性を考慮して. 広がりのある足場で, 軸方向荷重がかかったフーチングの地盤応力 (P) と瞬間 (Mx, Mz) ベースでの計算は図のように計算できます。 3. 示されている方程式は、完全な基数が圧縮されている場合にのみ有効です。, いつもそうとは限りません, 主に適用モーメントが大きい場合. この場合, 分析の実行に使用できるモデルがいくつかあります. 最も単純なものは、剛基礎下の線形土圧分布です。. 数名の著者 (つまり, ベロスとバカス) 最大土圧を決定するソリューションを開発しました. 最終的な目的は、最大応力が定義された許容応力よりも小さい足場領域を見つけることです。 (q_最高<q_a).

図 3: 土壌ストレス

ステップ 3: ベースの厚さと曲げ鉄筋の計算を定義します。.

ベース厚さの定義と曲げ鉄筋の計算. これは通常、構造上の欠陥を避けるために試行錯誤の手順によって行われます。. この場合, フート厚さを採用, 曲げ強度とせん断強度を検査します。. このステップでは, フーチングは曲げモーメントを考慮して設計する必要があります, 因数分解荷重による土圧によって生じる一方向および双方向のせん断. 最小の深さは、 6 を考慮する必要があります (ACI 318-19 c13.3.1.2), と等しい最小コンクリートかぶり 3 地面に対して打設され、永久的に地面と接触するコンクリートに使用されます。 (ACI 318-19 c20.5.1.3.2). 柱面から始まる鉄筋の展開に基づいてフーチングの最小厚さを考慮することも重要です。.

図 4: 足元を広げる瞬間

曲げモーメント線図を解析すると (図を参照 4) 中央の柱に圧縮アキシアル荷重のみがかかる平方フーチングの場合, ストリップフーチングの最大モーメントは柱の中央の下で発生するようです, しかし、テストの結果、コラムの剛性を考慮すると、これは正しくないことが判明しました。. ACI コードが示唆するもの (ACI 318-19, c13.2.7.1) 鉄筋コンクリート柱の場合は柱面で、石造柱またはマスコンクリート柱の場合は柱面から中心までの途中の部分で計算します。. 計算上, フーチングにかかる​​外部荷重によって生じる上向きの圧力を考慮するだけで済みます。. 自重と表土の重量は無視する必要があります。. 構造設計には基礎上の正味圧力のみを使用する必要があります。.

壁基礎がせん断で破壊されるまで荷重がかかった場合, 破損は柱面の垂直面では発生せず、柱面に対して約 45°の角度で発生します。, したがって、せん断の臨界断面は面からの距離「d」で計算されます。 (ACI 318-19c13.2.7.2), 「d」は有効深さです, 図を参照 4. 有効深さは次のように計算されます。:

ここで、h は基礎スラブの厚さです, cは表紙です, db はバーの直径です. 二次方向に注意してください, 有効深さには主筋の鉄筋直径も含める必要があります。.

最大曲げモーメントに到達すると (で) クリティカルセクションで決定されました, 補強が必要な領域 (なので) 他の曲げ部材と同じ方法で決定されます. 基礎は梁ではありませんが、, 曲げに対して延性があることが望ましい, これは、引張補強材の正味引張ひずみを制限することによって実現できます。 (εst) εtyより大きい値に + 0.003 (ACI 318-19 c21.2.2, εtyはfに等しい_そして/E_s).

前者の仮定では, 必要な補強面積は次の式で計算できます。:

補強の強さ, Es は鋼鉄筋の弾性率です。. 曲げチェックは通常両方向で行われます.

一方向せん断強度は通常、コンクリートの寄与のみを考慮して計算されます。. 一般的に, コスト上の理由から, せん断補強の使用はお勧めできません. したがって, 臨界せん断断面で計算されるせん断は、コンクリートが抵抗する強度よりも大きくなければなりません. 表に示す式を使用して計算されます。 22.5.5.1(c) (ACI 318-19 c22.5.51)

ここで、ρw は As/ に等しい強化率です。(b×d,) λ は、軽量コンクリートの機械的特性の低下を反映する修正係数です。, ϕ はせん断低減係数です.

ステップ 4: 双方向せん断検証

フーチングの厚さが曲げや一方向のせん断に耐えられることを確認したら, 採用された補強材は必要な補強材よりも大きい, 次のステップに進むことができます, をチェックする パンチングシアー (コンクリートパッド用のオンライン基礎計算機).

検証はストレスを加えて行われます。, ワンウェイシアーに似ています, 基準は、経済的理由によりせん断補強を避けることです。; したがって, コンクリートの強度のみが考慮されます. 強度はACIに基づいて決定されます 318-19 c22.6.5.

ここで v_あなた は臨界断面におけるせん断応力です, ϕ は低減係数、v は_c コンクリートのせん断強度です. 表に従って計算されます 22.6.5.2

ここで、λ_s はサイズ係数です, λ は、軽量コンクリートの機械的特性の低下を反映する修正係数です。, β は柱または集中荷重領域の長辺と短辺の比、f’c はコンクリートの指定圧縮強度です。. bo は、通常、柱の面から d/2 の距離で定義される臨界断面の周囲長です。. せん断応力に言及することが重要です。 (v_あなた) ACIに従って柱によって基礎スラブに伝達されるモーメントも考慮して計算する必要があります 318-19 c8.4.4.2

ステップ 5: 伝達力の計算.

コンクリートの支持力、または支持力と界面補強材の組み合わせによってフーチングに伝達される垂直力と水平力をチェックする必要があります。. この要件については、セクションで詳しく説明します。 22.8 ACIの 318-19:

どこでA₁ ロードされた領域です, あ₂ ピラミッドの最大の錐台の下底の面積です, 円錐. ピラミッドの側面, 円錐, またはテーパーウェッジは傾斜している必要があります 1 垂直に 2 水平. ϕ は低減係数です.

ステップ 6: 詳細

最後のステップでは、最小および最大間隔などの補強の詳細に専念します。, クリティカルセクションまでの開発の長さ. 詳細は章に記載されています 25 ACIの 318-19.

ストリップフーチングは、どちらも低コストのため中小規模の構造物で頻繁に使用される浅い基礎であるため、直接フーチングと密接に関連しています。. 通常は, strip footings are long and rectangular in shape, パッドフーチングは正方形ですが, 長方形の, または円形. 支持荷重に関して, ストリップフーチングは線形荷重に対して正常に動作します, パッドフーチングは集中荷重で動作しますが、.

デザインに関して, ストリップフーチングに対して実行されるチェックはすべて、スプレッドフーチングまたはパッドフーチングでも実行する必要があります。. 広がり基礎にも追加のチェックが必要です, 双方向せん断チェックやパンチングチェックなど, that do not occur in strip footings.

• 直接基礎は経済的であり、浅い基礎に広く使用されています.
• 適切な地質調査が不可欠です.
• 設計は耐土性を考慮する必要がある, 決済, 構造強度, そして安定性.
• ACIをフォローする 318-19 すべてのチェックと詳細のために.

• ACI 318-19: 構造コンクリートの建築基準要件
• IBCテーブル 1806.2: 推定耐荷重値
• 美しい, J., & 痕跡, N. (2017). 堅固な長方形の敷き基礎の下での線形土圧分布のための完全な解析ソリューション. 国際地球力学ジャーナル, 17(7), 04017005. 土井:10.1061/(軸)gm.1943-5622.0000874.
• CRSI, ACI の設計ガイド 318 構造コンクリートの建築基準要件, CRSI (2020).
• 強化コンクリート: 力学と設計 第 6 版 (James K 著). ワイト, ジェームスG. マグレガー.

パッドフーチングの設計チェックを完了するには、さまざまな入力が必要です. 入力には以下が含まれます:

• 足場の寸法と素材
• 読み込み中
• 具体的な特性
• 補強特性
• 地質工学的パラメータ

すべての入力が完了したら、 "走る" 右上のボタンは、スプレッドフーチングデザインを完成させます.

このプログラムは、垂直荷重と二軸モーメントの対象となる足に耐える土壌の安定性チェックを考慮します. 加えて, ACIに従って究極の強度設計方法に基づいてコンクリートデザインを実行します 318-19. 土壌の圧力はベロスとバカの溶液を使用して計算され、足場は一定の厚さで完全に剛性があると想定されています. 足の一部のみが土壌と接触している場合にも圧力が計算される場合があります. これは、小さな垂直荷重と大きな瞬間を備えたフーチングに特に便利です, 横荷重の下の建物の隅でのフーチングの場合など.

最大偏心, 転覆, スライドチェックは、このスプレッドフーチングソフトウェアによって実行されます. 最後のチェックには受動的な圧力の寄与は含まれていません. 土壌における応力の集中を避けることが常に望ましいため、結果が基礎の中央 3 分の 1 の外側にある場合、プログラムは警告ステータスを示します。. 負荷の偏心が最大応力と比率を生成する極端な場合には. より大きい平均ストレス 6, スプレッドフーチングプログラムは、ストレスの濃度が大きくなり、フーチングの大きな回転の可能性があるため、エラーを引き起こします. そのような場合, このツールの範囲ではストラップフーチングが考慮されていないため、ユーザーはフーチングを拡大したり、他のソリューションを使用したりすることをお勧めします.

• • ベアリング容量計算機
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