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新製品紹介

基礎の設計計算杭基礎の設計(建築杭基礎オプション)
建築基準に準拠した基礎の設計を支援する拡張機能

●はじめに
 「建築杭基礎オプション」は、建築基準に準拠した基礎の設計を支援する拡張機能です。初版では、「支持力に対する検討」「水平力に対する検討」をサポートします。長期・短期の検討に加え、終局状態の検討を一括で行う事が可能です。

 <関連製品> 建築杭基礎の設計計算
            ※ 「基礎の設計計算」、「杭基礎の設計」 の 「建築杭基礎オプション」 を単独製品化したものとなります。


●参考基準書
 本プロダクトは以下の文献を参考としています。

建築基礎構造設計指針 日本建築学会   2001年
2007年版 建築物の構造関係技術基準解説書 日本建築センター 平成19年8月
建築基礎構造設計例集 日本建築学会   2004年
鉄筋コンクリート構造計算基準・同解説 日本建築学会   1999年
既製コンクリート杭−基礎構造設計マニュアル− 建築編 コンクリートパイル建設技術協会  2005年10月
道路橋示方書 III コンクリート橋編 日本道路協会   平成14年3月


●プログラムの特長
◆杭および地盤のデータが登録制
・ 自由な組み合わせで多彩なケースに対応出来ます。
・ 杭を入れ替えての検討、地盤の条件を変更した検討が容易に行えます。

◆視覚的でわかりやすい入力画面
・入力画面は常に図とリンクしているので視覚的でわかりやすく、簡単に入力を行う事が可能です。
▲杭配置−詳細画面 ▲水平力入力画面

◆わかりやすい結果確認画面
・水平力検討の結果は、M−N相関図にプロットして確認する事が可能です。
・杭の応力結果および地盤反力度の結果を一画面で確認する事ができます。

◆終局時の検討が可能
・支持力、水平力共に終局時の検討を行う事が可能です。
・水平力に対しては、「極限平均法によるBromsの算定式」または「荷重増分法」による地盤および杭体の非線形を考慮した解析が可能です。

◆杭頭条件の任意指定
・杭頭条件として「固定」「自由」「ばね」を選択する事が可能です。
・Y.L.Changの式においては、杭頭固定度を指定した計算も可能です。

◆液状化地盤の考慮
・液状化地盤については、低減係数を指定する事で地盤反力度の上限値および地盤反力係数の低減を行います。

◆多層地盤での解析が可能
・水平力の検討においては、一様地盤・多層地盤いずれのケースも検討可能です。

※損傷状態においては、地盤反力係数を杭の変形によらず、一定(Kh=Kho:基準地盤反力係数)として解析する事が可能です。
※杭の変形を考慮した地盤反力係数を用いる場合は、分割した部材の変形に応じたKh:地盤反力係数が算定されます。
一様地盤モデル 多層地盤モデル
●計算機能紹介
支持力に対する検討
 杭体の許容耐力および地盤の許容支持力を算定し、その小さい方を許容支持力とした照査を行います。
杭体の許容耐力算定には、以下の低減を考慮する事ができます。
 ・長さ径比による低減  ・継ぎ手による低減
※長さ径比による低減係数は、規定値の他、任意の値を指定する事が可能です。
地盤の許容支持力の算定方法を以下の選択肢から選択できます。

基礎指針準拠 打ち込み杭
場所打ちコンクリート杭
埋め込み杭(杭周固定液を使用する場合に限る)
告示1113号準拠 打ち込み杭
セメントミルク工法による埋込み杭
アースドリル工法等による場所打ち杭
告示1113号準(係数任意指定) 係数を指定する事により、その他の工法による許容支持力を算定する事が可能
直接入力 載荷試験による結果を採用する場合等は地盤の許容支持力を直接入力する事が可能

係数任意指定時の算定式
   

▲結果確認画面

水平力に対する検討
水平抵抗算定式により、杭の変位・曲げモーメント・せん断力・地盤反力度を算定し、曲げモーメント・せん断力の許容値による照査を行います。

水平力
 地震時水平力の指定は、ブロック毎に分割する事ができます。
一つの水平力を全ての支点で分散させる事も支点毎に異なる水平力を設定する事も可能です。同じブロックに指定された支点の杭頭変位が同じ値になるように水平力を分担します。

1ブロックで指定した場合

2ブロックで指定した場合


●解析方法
短期
(損傷限界状態)
弾性床上はり理論による解析
 ※ 無限長の杭としてL.Y.Changの式を適用できます。
 ※ 地盤反力係数を杭の変位によらず一定とする事ができます。
終局
(終局限界状態)
荷重増分法による非線形解析
極限平均法によるBromsの算定式
 ※ 杭の変位・中間格点における曲げモーメント・せん断力は算定されません。
終局時も杭の塑性化を考慮しない状態であれば、短期と同様に弾性床上はり理論による線形解析を行う事が可能です。

解析モデル
 地盤層境・断面変化位置・分割ピッチにて分割したモデルを作成して解析します。
 地盤の非線形を考慮する場合は、格点の変位により地盤反力係数を算定し、部材上・下端格点の地盤反力係数の平均値を部材の地盤反力係数として使用します。L.Y.Changの式を適用する場合は、杭頭変位により地盤反力係数を算定します。※Bromsの算定式による解析では、部材モデルは作成しません。


▲杭材の変位と地盤反力の関係


荷重増分法による非線形解析
 作用する荷重を微少量に分割し、この微小荷重の範囲では、地盤および杭体は線形挙動すると仮定し、下図に示す様に各折れ線の勾配に対応した杭体の曲げ剛性および杭体の変位に応じた水平地盤反力係数を有するとして、各折れ線上を順次増分させながら曲げモーメント・変位・せん断力を算定します。

M−φ関係
杭体の情報より、M−φ関係を自動で算定します。※直接指定も可能です。
コンクリートの応力度〜ひずみ曲線については、基礎指針に記載される1次直線タイプと道路橋示方書に記載される2次放物線タイプから選択する事ができます。

極限平均法によるBromsの算定式
 杭−地盤系の破壊形態を仮定し、極限状態のつり合いから杭の極限水平力を算定します。
 この算定方法には、以下の制約があります。
・杭頭固定の長い杭については、杭頭部と地中部の2カ所に塑性ヒンジを想定しているので、杭頭ヒンジが形成された後、地中部にヒンジが形成されるまで、杭頭部が塑性変形量の限界値に至らないことが保証できない杭には適用できません。
・ 杭の変位を算定する事はできません。
・ 杭各部の曲げモーメント・せん断力を算定する事はできません。

結果確認
 各断面における最大モーメント・最大せん断力を算定し、許容曲げモーメント・許容せん断力以下である事を照査します。
結果は、数値の一覧形式表示の他、M−N相関図にプロットして表示する事ができます。
 また、変位図・曲げモーメント図・せん断力図・地盤反力度図が一画面に表示されます。


●今後の予定
 今後も順次機能充実を行っていく予定です。どうぞご期待くださいますようお願いいたします。
   ・ SC+PHC杭への対応
   ・ 水平地盤ばねモデル直接入力への対応
   ・ 液状化の判定機能
   ・ 摩擦杭への対応


■基礎の設計計算,杭基礎の設計(建築杭基礎オプション) リリース予定日:2008年11月
(Up&Coming '08 晩秋の号掲載)
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