TAC建築士講師室ブログ

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井澤式比較暗記法

井澤ですいざわ

■問題1
軟弱地盤の下部に良質な支持層のある敷地において、支持層に達する支持杭を採用する場合には負の摩擦力を考慮し、軟弱地盤中の摩擦杭を採用する場合には負の摩擦力を考慮しなくてもよい。(一級構造:平成21No.21
■問題2
圧密沈下のおそれのある軟弱地盤において、軟弱地盤中の摩擦杭に杭と地盤の相対変位が生じない場合には、負の摩擦力を考慮しなくてもよい。(一級構造:平成23No.21

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■解答
 問題1、2ともに正。
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負の摩擦力(ネガティブフリクション)
とは、「軟弱地盤等において、杭の周囲の地盤が沈下することにより、杭の周面に下向きに作用する摩擦力」のことです。

なぜ「負」「ネガティブ」と言うかというと、
通常働く杭の周面摩擦力と逆向きに働くからです。

■通常働く杭の周面摩擦力
通常は、杭には建築物から下向きの鉛直荷重が働きますので、「杭が地盤に対して沈下」しようとします。すると、摩擦力によって、杭は地盤から「上向きの摩擦力」を受けます。特に摩擦杭では、その「上向きの摩擦力」だけで建築物を支えています。

■負の摩擦力
一方、「負の摩擦力」とは、支持杭において、支持層の上にある軟弱地盤が圧密沈下して、「地盤が杭に対して沈下」するときに生じます。
次図は「圧密層」と書いてある地層が圧密沈下した状態です。
negative friction

地盤が杭に対して沈下」すると、摩擦力によって、杭は地盤から「下向きの摩擦力」を受けるのです。これが「負の摩擦力」です。
支持杭の先端部(下部)が支持層に支えられたまま、周囲の地盤から「負の摩擦力」を受けると、杭に過大な圧縮力が働き、杭が破壊されることもあります。

この「負の摩擦力」は、「
地盤が杭に対して沈下」したときに生じますので、杭と地盤の相対変位(ズレ)が生じない場合は、「負の摩擦力」は生じません。

―――――ポイント:負の摩擦力―――――
■支持杭
支持杭において、支持層の上にある軟弱地盤が圧密沈下すると、負の摩擦力が生じる
↑支持杭が沈下しないのに地盤だけが沈下すると、負の摩擦力が生じる。
■摩擦杭
摩擦杭では、負の摩擦力が生じにくい
↑摩擦杭と地盤が一緒に沈下すると、負の摩擦力は生じない。
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※摩擦杭には、「負」ではない、通常の摩擦力は大いに働いています。というより、その通常の「上向きの摩擦力」だけで建築物を支えています。

井澤ですいざわ

■問題1
砂質土における杭の極限先端支持力度の大小関係は、打込み杭>埋込み杭>場所打ちコンクリート杭である。(一級構造:平成22No.23
■問題2
砂質土における杭の極限周面摩擦力度の大小関係は、打込み杭>埋込み杭(杭周固定液を使用)>場所打ちコンクリート杭である。(一級構造:平成22No.23

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■解答
 問題1 
 問題2 
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杭の極限鉛直支持力は、極限先端支持力と極限周面摩擦力との和です。

■極限先端支持力度
①打込み杭は、地盤を締固めますので、先端支持力が最大。
埋込み杭(セメントミルク工法)は、杭先端の地盤を根固め液で固化するので、先端支持力が大きい。
③場所打ちコンクリート杭は、先端支持力が最小。

極限周面摩擦力度
①打込み杭は、杭周面がツルツルなので、周面摩擦力が最小。
埋込み杭(セメントミルク工法)は、孔壁との間を杭周固定液で固化するので、周面摩擦力が大きい。
③場所打ちコンクリート杭は、周面がザラザラなので、周面摩擦力が最大。

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ポイント―――――――――

pile foundation

緑の矢印が先端支持力の大きさを表し、青の矢印が周面摩擦力の大きさを表します。
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井澤ですいざわ

■問題1
基礎部材の設計において、接地圧を求める場合に考慮すべき荷重には、「上部構造から伝達される軸方向力・水平力・曲げモーメント」、「基礎の自重」及び「基礎直上の埋戻し土の重量」がある。(一級構造:平成15No.18
■問題2
基礎に作用する固定荷重については、上部構造に作用する場合に準じて求めるほか、基礎スラブ上部の土被り重量も考慮する。(一級構造:平成17No.18
■問題3
直接基礎の基礎スラブの構造強度を検討するときには、一般に、基礎スラブの自重及びその上部の埋戻し土の重量は含めない。(一級構造:平成23No.21

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■解答
 問題1、2、3とも正。
 問題2の「土被り重量」は「埋戻し土の重量」と同じです。
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問題1と問題2は、接地圧すなわち反力を求める場合に考慮すべき荷重です。
下向きの荷重をすべて考慮します。
「基礎の自重」及び「基礎直上の埋戻し土の重量」を考慮したほうが、接地圧が大きくなり、安全側の検討になります。
問題2の「基礎に作用する固定荷重」が下向きの荷重です。それとつり合うのが上向きの反力である接地圧になります。

foundation slab 1

一方、問題3は
基礎スラブ応力を求める場合に考慮すべき荷重です。
次図のとおり、基礎スラブは、上向きに接地圧が作用する片持ちスラブとして設計します。
その際、「基礎の自重」及び「基礎直上の埋戻し土の重量」は、接地圧と逆向きの力ですから、含めないほうが安全側の検討になります。したがって、含めないのが一般的です。

foundation slab 2

―――――ポイント:基礎部材の設計―――――
■接地圧を求める場合
 →
「基礎の自重」及び「基礎直上の埋戻し土の重量」を含める
基礎スラブの応力を求める場合
 → 一般に、「基礎の自重」及び「基礎直上の埋戻し土の重量」を含めない
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井澤ですいざわ

■問題1
擁壁の転倒に対する検討においては、安定モーメントが常時作用する土圧による転倒モーメントに1.5を乗じた値を上回ることを確認する必要がある。(一級構造:平成27No.21
■問題2
擁壁の安定モーメント(円弧滑りに対する抵抗力)は、土圧等による滑動モーメントの1.5倍を上回るように設計する。(一級構造:平成19No.19

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■解答
 問題1 正。
 問題2 正。
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擁壁の設計では、主に、次図のような、転倒、円弧すべり、滑動、地盤の支持力に対する検討を行います。

retaining wall_2

転倒
による破壊に対しても、円弧すべりによる破壊に対しても、滑動(水平すべりによる破壊に対しても、すべて1.5倍の抵抗力を持つように設計します。
すなわち、5割増で余裕を見ます。
なお、円弧すべりとは、円弧状にすべり面を形成し、えぐり取られるような斜面破壊を言います。

retaining wall_3

――――――ポイント:擁壁の設計――――――
滑動に対する基礎底面の摩擦力 > 水平力(主働土圧+水圧)×1.5
摩擦係数は、粘性土地盤よりも砂質土地盤のほうが大きい。
(砂質土のほうが粒径が大きく、ザラザラで摩擦力が大きい。)
転倒に対する安定モーメント > 転倒モーメント×1.5
L型擁壁のフーチング上の土の重量は、擁壁の転倒に対する抵抗として考慮することができる。
円弧滑りに対する安定モーメント > 滑動モーメント×1.5
円弧状にすべり面のせん断抵抗は、砂の内部摩擦角と粘土の粘着力による。
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井澤ですいざわ

■問題
常時作用する土圧は、構造体と土の状態が同じ条件の場合、受働土圧より主働土圧のほうが大きい。(一級構造:平成27No.21

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■解答
 誤。受働土圧 > 静止土圧 > 主働土圧。
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「土圧」とは、言うまでもなく、土が壁(地下外壁や擁壁)を押す圧力です。
主語は「土」です。
次図では、擁壁は少なからず左に移動してつり合います。

retaining wall

このとき、擁壁の右側の地盤の土圧は、土が擁壁を押す「
体的」な土圧なので「主働土圧」といい、
擁壁の左側の地盤の土圧は、土が擁壁から押される「け身」の状態の土圧なので「受働土圧」といいます。
また、建築物の地下外壁などで、壁と土が静止状態にある土圧を「静止土圧」といいます。

主働土圧と受働土圧の特徴を表にしましたので、理解した上で大小関係のポイントをしっかり覚えましょう。
 

主働土圧

受働土圧

土が壁を押す「体的」な土圧。

土が壁から押される「け身」の状態の土圧。

壁が土から離れる側に移動したときの土圧。

壁が土に向かって移動したときの土圧。

土が緩む状態。

土が圧縮され、締まり、盛り上がる状態。


―――――――――ポイント―――――――――
 受働土圧 > 静止土圧 > 主働土圧
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主働土圧は、土が「主」で壁を押す土圧のほうであり、壁が土から離れる側に移動するので、「暖簾に腕押し」状態であり、主働土圧のほうが小さいと言えます。

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