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UC-1シリーズ 基礎工

UC−1 杭基礎の設計(カスタマイズ版) ¥284,000(税別)
レンタル ¥56,800〜(税別)
杭基礎の耐震設計・補強設計支援プログラム

初版リリース : '01.05.07/ 最新Ver.リリース : '13.09.17

計算-CAD統合電子納品対応
SXF3.1対応3D PDF対応

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サブスクリプション
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レンタルライセンス/フローティングライセンス
Windows Vista/7/8/10 対応
 
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基礎の設計計算
(カスタマイズ版/英語出力版)
製品詳細価格/購入サンプル画面ユーザ紹介/評価・Q&A

  Q&A (製品評価や導入の際に役立つQ&Aです)
ライン

 1.適用範囲

Q1−1. 適用範囲及び制限事項。
A1−1.
  1. 主な適用基準
     ・『道路橋示方書・同解説IV下部構造編(平成14年3月)社団法人日本道路協会』
     ・『杭基礎設計便覧(平成19年1月/平成4年10月)社団法人日本道路協会』
     ・『設計要領第二集 4章基礎構造(平成18年4月)東/中/西日本高速道路株式会社』
  2. 杭種及び工法
    ■杭種
     ・鋼管杭
     ・場所打ち杭
     ・PHC,PC杭
     ・RC杭(1種,2種)
     ・SC杭
     ・SC杭+PHC杭
     ・鋼管ソイルセメント杭
     ・任意杭
     ・マイクロパイル
     ・H形鋼杭
     ・回転杭

    ■工法
     ・場所打ち杭工法
     ・打込み杭工法(打撃工法,バイブロハンマ工法)
     ・中掘り杭工法(最終打撃方式,セメントミルク攪拌噴出方式,コンクリート打設方式)
     ・鋼管ソイルセメント杭工法
     ・プレボーリング杭工法
     ・マイクロパイル(高耐力,STタイプ I /II,ねじ込み式,SP)
     ・回転杭工法
  3. 地層数:50層
  4. 杭 長:最大100m
  5. 杭本数:100×100
    斜杭:各行列毎に角度設定可(−15°〜15°)(簡易入力、詳細入力何れも同様)
    但し、以下の制約があります。

    (1)地層傾斜なし、杭径変化なしの場合
    NX≦100、NY≦100
    直杭を有する列数と斜杭有する列数の和≦100
    直杭を有する行数と斜杭有する行数の和≦100

    (2)地層傾斜あり、もしくは杭径変化ありの場合
    NX × NY≦1000    NX:杭行数
    NX≦100、NY≦100   NY:杭列数
    この時、各杭毎に斜角の設定可。(各行列毎に同一斜角でなくても可。)
    杭タイプ数≦100
    ※「杭座標」入力の場合
    杭本数≦1000

    (3)増し杭工法の場合
    既設直杭列数+既設斜杭列数+増し杭直杭列数+増し杭斜杭列数≦100
  6. 荷重ケース
    ・2次元解析の場合
      X方向(30ケース)、Y方向(30ケース)
    ・2.5次元解析の場合
      30ケース
  7. 照査項目:杭の安定計算、断面照査(全圧縮、全引張に対応)
    杭頭結合照査。杭頭補強鉄筋照査(全圧縮、全引張に対応)
    杭頭カットオフ照査
    許容支持力、引抜力の算出
    負の周面摩擦力の検討
  8. その他
    ・杭径変化可能。杭長変化可能
    ・断面変化:最大3断面まで(突出長区間は断面変化不可)
    ・地層傾斜に対応(X方向もしくはY方向)
    ・突出長に水平荷重(流水圧、動水圧、慣性力)考慮可
    ・柱下端の断面力、フーチング及び柱形状等を入力することによりフーチング下面における作用力自動計算機能
 
Q1−2. 道路橋以外の杭基礎の計算もできるのか。
A1−2. 本プログラムは『道路橋示方書IV下部構造編』の杭基礎の設計の考え方に則って作られています。この設計の基本的な考え方は以下のとおりです。
 (1)フーチングは剛体として取り扱う。
 (2)フーチングは鉛直変位、水平変位、回転変位を起こす。
 (3)杭軸方向のバネは押し込み、引き抜きの双方に対し有効でありバネ定数は同じである。
 (4)地盤バネは変位に比例する。
この考えに基づいて計算するのであれば計算することが可能です。
 
Q1−3. 深礎基礎の計算もできるのか。
A1−3. 深礎基礎としての計算はできません。地層条件としては傾斜を考慮することができますが、設計地盤面は杭基礎として設計できる範囲の傾斜でなければなりません。本プログラムでは設計地盤面の傾斜の影響を考慮した地盤バネの低減は行っていません。
 
Q1−4. 木杭の場合の計算も可能か。
A1−4. 杭種の選択で任意杭を選ぶことにより計算可能です。任意杭の対応範囲は次のとおりです。
任意杭につきましては、
 ・杭体のヤング係数
 ・杭幅(前面幅)
 ・杭体の断面2次モーメント
 ・杭長
を入力して、常時,レベル1地震時の
 ・水平方向地盤反力係数
 ・杭反力および変位の計算
 ・杭体断面力の計算
を行っています。断面計算(杭体応力度計算)を含め、上記以外の計算には対応しておりません。そのため、安定計算のうち許容支持力・引抜き力計算,杭軸方向バネ定数Kvは、別途計算していただいた値を
 ・許容支持力・引抜き力:「予備計算・結果確認」−「許容支持力」画面
 ・杭軸方向バネ定数Kv:「杭配置」−「データ」画面
で直接入力していただくようにしています。
 画像をクリックすると大きな画像が表示されます。
 
Q1−5. 「2.5次元」とはどういう意味か。
A1−5. 仮に橋軸方向をY軸方向、橋軸直角方向をX軸方向、鉛直方向をZ軸方向とします。3次元の場合は一般に各軸方向の変位と力および各軸回りの回転変位と回転力が定義されます。したがって、変位と力はそれぞれ6つ定義されることになります。
本プログラムではZ軸回りの回転変位と回転力(フーチングを上から見てねじ込むような変位と力です)を考えていません。したがって、考えている変位と力はそれぞれ5つになります。自由度が5つであるので便宜上「2.5次元」 と称しているのです。「2.5次元の解析」をサポートしたことにより、橋軸直角方向に常時偏心している杭基礎の橋軸方向の地震時の解析が一回の計算で可能になりました。
 
Q1−6. 短杭の場合の補正がないが短杭でも計算できるのか。
A1−6. 本プログラムは杭を地層毎に異なったバネで支持されている弾性床上のはりが剛結合されているものとして取り扱っています。したがって、長杭・短杭の区別なく取り扱えますので補正係数という概念は不要なのです。
『示方書』には短杭の場合の補正係数がグラフで与えられていますが、これは手計算で行う場合を想定して掲載してあると考えられます。手計算で簡単にかつ厳密に計算できるのは以下の条件を満足するときのみです。
 ・地層が一様である。あるいは一様であると仮定できる。
 ・杭長が十分長く半無限長の杭としてチャンの式が適用できる。
チャンの式が適用できる場合は杭先端の支持条件は杭反力や地中部の断面力に影響を及ぼしません。一方、短い杭の場合は杭先端の支持条件により杭反力や地中部の断面力が違ってきますが、手計算で簡単に求めることはできません。このために補正係数を用いて近似値を求めようとしているわけです。
 
Q1−7. 側方流動状態の検討もできるのか。
A1−7. 橋台基礎のとき、「設計要領第二集 4章基礎構造 NEXCO」に準じた側方流動の検討ができます。「計算条件」−「基本条件」画面にて、『側方移動』スイッチをチェック(レ)してください。
※杭基礎設計便覧(H19.1)の側方移動の計算には対応しておりません。
 画像をクリックすると大きな画像が表示されます。

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 2.解析方法

Q2−1. どのような方法で解析しているのか。
A2−1. 基本的な手順を概述します。
  1. それぞれの杭1本当たりの杭頭のバネ定数を求める。
  2. 杭配置と上記のバネ定数からフーチング中心に関する変位と作用力を関係づける杭全体の剛性行列を作成する。
  3. 連立方程式を解き、フーチング下面中心の変位を求める。
  4. 各杭の杭頭の変位を求め、これより杭頭の反力を求める。
  5. 杭頭に杭頭反力の符号を変えたものを作用させ、地中部の断面力を算出する。
 
Q2−2. 杭基礎設計便覧「弾性床上の梁部材の剛性マトリクスを用いた計算法」で解析しているか。
A2−2. 多層系地盤における計算方法として
  1. 弾性梁上の梁部材の剛性マトリクスを用いた計算法
  2. 伝達マトリクス法を用いた計算法
の2種類があります。
何れの方法も考え方に変わりなく同様の結果が得られます。
本プログラムではマトリクスが小さく、コンピュータの負荷が小さくなるため、「2.伝達マトリックス法」を採用しています。
 
Q2−3. 杭頭のバネ定数はどのようにして求めているのか。
A2−3. 杭を地層毎に異なるバネで支持された弾性床上のはりがつながったものとして取り扱っています。弾性床上のはりを取り出して考えるとi、j両端の変位と力の関係を与えることができます。(左辺にi端の力と変位を、右辺にj端の力と変位をおいて行列で表すとき、この係数行列を伝達マトリックスといいます。)これらを次々に関係づけていくと杭頭と杭先端の変位と力の関係を与えることができます。ここで、両端の境界条件を考慮すると杭頭での変位と力の関係を得ることができます。これにより杭頭のバネ定数が求められます。(「杭基礎の設計便覧」にも詳しく述べられています。)
 
Q2−4. フーチングの取扱いはどのようになっているのか。
A2−4. フーチングは曲げ剛性が無限大の剛体として取り扱っています。フーチングを剛体と見なせない場合には「FRAME」などでフーチングの剛性を評価して解析する必要があります。

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 3.地層、土質定数
Q3−1. 現場試験等から得られた変形係数や周面摩擦力度を使用するにはどのようにすればよいか。
A3−1. N値等を入力後、変形係数αE0、周面摩擦力度fに使用する値を直接入力して下さい。この後N値を変更すると変形係数αE0は自動的に内部計算されますので、変形係数設定後はN値を変更しないで下さい。
 
Q3−2. 中間層が傾斜している場合、各杭の地層厚はどのように考えているのか。
A3−2. 杭中心で地層と交差する点をもとめ、この交差点間の距離を地層厚としています。厳密には杭前面になるのでしょうが、作用力の方向によって地層厚が変わって煩雑になるのを避けるため、それほど厳密に地層厚を設定しても工学的に余り意味がないことから以上のようにしています。どうしても前面で考えたい場合には地層合成の「eu」を利用してその分フーチングの位置をずらしてください。(但し、前・背面共に同じ地盤反力係数を用いますのでずらしても余り意味がないと思います。)

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 4.支持力、周面摩擦力
Q4−1. 許容支持力の算出式で杭の自重が小さいときの『Ra=γ/n Ru』の計算を行いたいときに土の有効重量も無視する方法は?
A4−1. 「計算条件」−「設計条件」−「支持力・引抜力」画面において、支持力の杭の有効重量に「簡易式」を指定してください。
W=Ws=0.0として計算します。
 画像をクリックすると大きな画像が表示されます。

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 5.杭配置
Q5−1. フーチングの平面形状が矩形でなく、ひし形、台形などでも計算できるか。
A5−1. 平面形状は矩形しか入力できません。しかし計算は作用力原点とそこからの杭位置で行いますので平面形状は特に関係しません。計算したい杭配置が納まるように矩形で平面寸法を入力すればよいと思います。
 
Q5−2. 杭径が異なる杭を混在させる方法は?
A5−2. 本プログラムは、「杭径・杭長変化あり」、または「地層傾斜有り」が指定された場合、100種類までの杭径が異なる杭の入力が可能となります。
杭の入力方法につきましては、以下の手順で操作が可能です。
  1. 「杭配置」画面において、「データ」入力部で[●入力]モードを選択後、左画面の杭配置上で杭を全て選択します。
  2. この状態で右画面において杭データを入力後、[適用]ボタンを押していただき入力を反映させます。
  3. 次に、[●入力状況]とすると右画面上の杭は全て灰色となり、入力データが採用されていることを示します。
  4. 更に、再度[●入力]とし、変更する杭を左画面の配置図で選択します(該当杭 灰色反転)。
  5. 最後に、その状態で杭データを入力し、[適用]ボタンを押し、[●データ確認]として確認すると該当杭のみがデータを変更されたことになります。
「杭配置」画面の杭選択方法については、画面上ヘルプボタンによりヘルプをご参照ください。
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 6.突出部の水平荷重
Q6−1. 考慮できる水平荷重及び、制限事項は何か。
A6−1. 考慮できる水平荷重
 1.動水圧、 2.流水圧、 3.杭体の慣性力
  • 「1.動水圧、2.流水圧」: フーチング底面より上方に水位がある場合については取り扱えません。
  • 上記3種類とも全杭に考慮する場合に限られ、特定の杭にのみ水平荷重を作用させることはできません。
  • 上記3種類とも水位や震度を入力することにより、杭径や設計地盤面傾斜の場合、突出長変化に応じて水平荷重が計算されます。

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 7.直接基礎
Q7−1. 直接基礎で、支持力係数を求めるグラフは、どのような算式を使っているのか。
A7−1. 道路橋示方書の場合
道示IV(H.14.3)(P.293)に掲げてある文献に従い内部計算しております。
なお、道路橋示方書下部構造編に掲げてある図表は、下記に掲げた文献に基づいて数値計算した結果をプロットしたものです。
●NcおよびNqの算定
 ・駒田敬一:二次元傾斜荷重に対する地盤支持力の計算図表、土木研究所報告第135号、1968,8.
 ・建設省土木研究所:偏心傾斜荷重に対する極限支持力計算法、土木研究所資料第226号、1966,12
●Nγの算定
 ・ソコロフスキー原著、星埜、佐藤訳:土のような粒状体の力学p223、オーム社、昭和39年

設計要領第二集(斜面上の基礎)の場合
あらかじめプログラム内部にテーブルデータがあり、そこから補間計算をしています。
例えば、tanθ=0.15、φ=8°の Nc を算定するとします。
まず、φ=5°の Nc を tanθ=0.1 と tanθ=0.2 の点から補間計算します。(Nc1)
次に、φ=10°の Nc を tanθ=0.1 と tanθ=0.2 の点から補間計算します。(Nc2)
最後に Nc1 と Nc2 の補間計算より Nc を算定します。
 
Q7−2. 直接基礎で、2軸による安定計算に対応しているか?
A7−2. 本プログラムの直接基礎では、道示準拠時、道示IV10.3.1(P.276〜)に準じた2方向偏心時の有効載荷面積(図-解10.3.5の斜線部の面積)による極限支持力の算出,および鉛直支持力の照査を行うことが可能です。
本照査は、「設計条件」−「検討項目」画面で「偏心方向=2方向」と設定することにより適用され、この場合、
 V :鉛直力(kN)
 Hx:X方向水平力(kN)
 Hy:Y方向水平力(kN)
 My:Y軸回りモーメント(kN・m)
 Mx:X軸回りモーメント(kN・m)
のように、両方向の作用力を与え、両方向の作用力を考慮した計算を行います。

 >> サポートページ 杭基礎の設計 Q&A集

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