地盤反力とN値との関係について

質問

今日は、地盤反力について質問致します、宜しくお願いします。

　直接基礎（機械室とか電気設備用のマクラ木状または矩形の基礎）について設計していま
すが、地盤反力の考え方がよくわかりません。

　まず、地盤反力(係数)は、地盤のN値からはある程度推定できるものなのでしょうか。
　色々と参考書などから「N値と地盤反力」のおよその関連などを探していますが、なかなか
見当たりません。

　また、内容が前後しますが、そもそも、「地盤反力係数」とは、地盤の性質からのみ決まるもの
でしょうか。
　それとも、上からの荷重条件にも依存するものなのでしょうか。
　色々と参考書を読んでいますが、もう一つ理解できずにモンモンとしています。

　どなたか、浅学者にも分かり易く、宜しくご教示お願いいたします。
　また、参考サイトなどを教えて頂ければ嬉しいです。
　以上宜しくお願いします。

回答No.5

foomufoomu · ベストアンサー

2つ目の式を間違えていました。もう一度2つの式を書いておくと

Σpi = (w1+w2)*L/2
Σ(pi*xi) = 1/2*w2*L^2 + 1/6*(w1-w2)*L^2

これを連立して解けばよいです。

お礼

foomufoomuさん、有り難うございました、今後とも宜しくお願いします。

回答No.4

foomufoomu

下図において基礎全長をLとすると

上下方向の力の釣り合いより
Σpi = (w1+w2)*L/2

左端を中心とするモーメントの釣合より
Σ(pi*xi) = 1/2*w2*L + 1/6*(w1-w2)*L

この2つの式を連立して解けばよいです。
w1,w2は基礎の奥行き方向の全反力を表しているので注意してください（単位がN/m2でない）

回答No.3

foomufoomu

＞現在私がやろうとしていることは、基礎の沈下等に対する地耐力の
＞算定ではなく、基礎の設計をしたいという事です。
ああ、そうだったのですか。でしたら地盤反力は、私の前の回答で最初に書いたことでよいです。
地盤のＮ値とは、ほぼ無関係です。とくに大きさ数ｍ以下の基礎の場合は無関係と考えます。この場合は、基礎の剛性は地盤の剛性よりずっと大きいので、基礎は剛体と考えてよく、Ｎ値によって地盤反力係数（＝地盤のばね係数）が変化しても影響がありません。

解析的には、地面下が無限に続く弾性体と考え、その上に剛体の基礎を置くと考えるわけですが、（大きなコンニャクの上に煉瓦ブロックのようなものが乗っているイメージ）、
普通、計算するときは、
地盤反力は、荷重が基礎中心に鉛直にかかる場合は、上からの荷重を基礎底面積でわった値で一様にかかる等分布荷重と考え、
基礎の応力は、下からは等分布荷重が、上からは集中荷重(上からの荷重の形による)がかかった板と考えて解きます。

上からの荷重が中心でなかったり、モーメントが混じっていたりする場合は、
地盤反力を等変分布荷重(台形分布荷重や三角分布荷重)と考え、上からの荷重と下からの地盤反力が釣り合うように等変分布荷重の勾配などを求めたのち、等分布荷重の場合と同様に上下から力を受ける板として解きます。

実際は、地盤反力は等分布や等変分布にはならないそうですが、（砂質地盤では周辺の地盤反力が大きくなり、粘土質地盤では中央付近の地盤反力が大きくなる）小さな基礎では、そのへんは無視して解くのが一般的です。

お礼

foomufoomuさん、丁重な回答有難うございます。

　＞　基礎の応力は、下からは等分布荷重が、上からは集中荷重(上からの荷重の形による)がかかった板と
　　考えて解きます。

　＞　地盤反力は、荷重が基礎中心に鉛直にかかる場合は、上からの荷重を基礎底面積でわった値で一様に
　　かかる等分布荷重と考え、

　＃　実は一番疑問だったのは、下からの（等分布）荷重をどのように算定するかが不明だったのです。
　　　上からの荷重は、２点に作用する集中荷重です。
　　　この場合には、下からの「地盤反力」はどのように算定するのでしょうか。

　宜しくお願いします。

回答No.2

noname#221368

#1さんの仰る通りなのですが、次のように考えて下さい。

＞まず、地盤反力(係数)は、地盤のN値からはある程度推定できるものなのでしょうか。
＞そもそも、「地盤反力係数」とは、地盤の性質からのみ決まるものでしょうか。

　まず地盤反力「係数」は、地盤のN値から推定するのがふつうです（少なくとも私の業界では）。#1さんの仰るように地盤反力係数は、地盤のバネ値を求めるための値ですので当然、地盤の性質からのみ決まると想定します。

　ただし地盤バネ値の単位は［N/m］ですが、直接基礎の設計などで本当に欲しいのは、平米(m^2)当たりの地盤バネ値ですよね？。だから地盤反力係数を、［N/m^3］の形で求める訳です。地盤反力係数［N/m^3］に換算載荷幅の情報を加えて、もうひと手間かけると、地盤の弾性係数［N/m^2］を推定する事もできます。

　従って、

＞「N値と地盤反力」のおよその関連・・・

ではなく、「N値と地盤反力係数」との関連なら、

　　・道路橋示方書，下部工編・同解説，日本道路協会．　　　(1)

に、平板載荷試験結果やN値から地盤反力係数を算定する方法がちゃんと載っています。もっともこれは、私の業界の標準ですけどね(^^；)。

　一方地盤反力は#1さんの仰るように、地盤反力係数とは違います。違いますが、地盤反力係数は地盤バネ値と実質的に同等なので、沈下量とかがわかれば、とれあえず「地盤バネ値×沈下量＝地盤反力係数×載荷面積×沈下量」で「地盤反力」を出せます。設計上は、この程度だと思うのですが・・・(^^；)。地盤反力と地盤反力係数とには、間接的にはもちろん関連があります。

＞質問文を読んでいると、「許容地盤支持力」（通称「地耐力」）を求めたいように見えます。・・・

　私の業界では「極限支持力」と言いますが、これは「地盤反力係数×載荷面積×沈下量」で計算した「地盤反力」に、地盤の「極限支持力」が耐えられるかどうか、に使います。

　(1)によれば「極限支持力」は、「主に支持層のN値によって決まる項」＋「上載荷重によって決まる項」＋「支持層の単重によって決める項」となっています。「主に支持層のN値によって決まる項」と「支持層の単重によって決める項」は、地盤の性質のみから決まりますが、それ以外の条件「上載荷重によって決まる項」もある訳です。

　以上は、やってれば慣れますよ。あまり深刻に考えない方が良いと思います。

回答No.1

foomufoomu

「地盤反力」をどういう意味で使われているのでしょうか。
普通「地盤反力」というと、上からの荷重に対する地面からの反作用力をさすので、地盤のN値はほぼ無関係で、上からの荷重と基礎の形で決まります。
これが「地盤反力係数」となると、ガラリと意味が変わって、地面のばね係数を計算するための係数になります。
しかし、質問文を読んでいると、「許容地盤支持力」（通称「地耐力」）を求めたいように見えます。これは「地面にどれだけの荷重を載せてもよいか？」を示す数です。

お礼

foomufoomuさん、回答有難うございます。

　「地盤版力」と「地盤版力係数」とが全く理解出来ていませんでした。

　現在私がやろうとしていることは、基礎の沈下等に対する地耐力の算定ではなく、基礎の設計をしたい
という事です。

　上載荷重と上載荷重に対しての地盤からの反力に対して、フーチングの耐力検討をしたいという内容です。

＞　上からの荷重に対する地面からの反作用力をさすので、地盤のN値はほぼ無関係で、上からの荷重と
　基礎の形で決まります。

＃　私が漠然と考えていたのは、「地面からの反作用力」は、地盤が弾性的性状を持つので当然、地盤の
　固い板の上状態に置かれた基礎と、バネ状の上に置かれた基礎について、下からの反力の算定方法は、
当然設計上の考え方は違うものと思い込んでいたのですが、私の考えが間違っているのでしょうか。

　その意味で地盤反力は、バネ常数（N値とも）と何らかの関係があると思っていたのですが。

　地盤反力が、土の性状に依存せずに、基礎形状と上載荷重のみで決定される、実は何となくシックリと
来ないのですが、遥か昔には、結構土関係の設計も経験してきましたが、忘却の彼方になってしまいまし
た。

　宜しくご教示お願いします。