落下衝撃に対する地盤（基礎）の強度

質問

１ｍの高さから１００ｋｇの重錘を落下させた際に建屋の地盤が耐えられるような設計を検討しております。

落下衝撃に耐えうるような地盤の強度計算方法をご教示いただきたくよろしくお願い致します。
たとえば、どれくらいの厚さのコンクリートが必要かなどが分かれば良いと考えております。

回答No.5

noname#230359

地盤とあるから1階の土間でしょ？

回答(1)の ＜積載荷重は 1300 N/m2＞ は2階以上の床荷重。それも住宅の。

此処は機械屋が殆どで建築関連の質問に数値を持ち出すと(“ＣＡＤおばちゃん“の例の如く)ろくなことにならない。

他サイトのこの例がふさわしいと思うが、計算根拠が判りません。
　　http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1376012923

　　土間であれば11tonは大丈夫。しかし地下室があればダメという結論。

　　計算はコンクリ自重を含めた総重量を、その下の地面が支え、それが耐えるかどうか(地耐力)。
　　過大ならコンクリに曲げ応力が発生して割れる。

直感的には駐車スペースの土間コン。
70厚でも車重1.5ton余を十分支えてくれる。タイヤ接地面積がハガキ程度で前は0.5tonが載った状態。
本件は衝撃荷重なので荷重を何倍すべきか？、同じく重要なのは受圧面積？。狭いなら鉄板を敷くなどすれば大丈夫でしょ。

内容について聞き直してる事項あり、出来れば答えてほしいです。

お礼

回答ありがとうございます。
参考とさせていただきます。

回答No.4

noname#230359

一般的に考えてコンクリートなど無数の罅などの欠陥が内在していると考える
べきである。っとなれば衝撃に対して脆性という面からすれば一概に強度計算
できます等と公然と言う人が居るならば怪しいしw素材強度が安定できなければ
計算も意味がないと私は考えてしまうんですけどね。。。

もしもやるならば、現物で実際に落としてみて経験値として此れ位であればと
言うところは出るだろうが、それは安全率を大きく取ったことになるだけだ。
それと落下の繰り返し回数には記載が無いがここらの詰めも大事な所だろう。

最後にコンクリートには耐用年数というものも存在した筈である。
そういう意味からいえば原発関連の建築基礎などは此処らは当然計算の範疇で
あろうと思われるが、50年後に床に落下させても大丈夫とは誰にも言えない。

お礼

回答ありがとうございます。
回数としては何度か実施する予定です。
参考とさせていただきます。

回答No.3

noname#230359

＞重錘は鉄塊です。

例えば屑鉄とかの鉄塊をコンクリートの床に落とすのでしょうか？
それとも鉄塊は単なる表現なだけで
例えばプレスの金型を超高速で開閉させるような事か？
http://www.komatsusanki.co.jp/tanatsu/LPJtran.html
http://www.amada.co.jp/products/press/press_machine/sdew_series.html
つまり鉄塊が衝突する相手は鉄塊であってコンクリートでは無いのか？

それとも文字通り鉄塊をコンクリートに衝突させるのか？
http://www.komatsu-kenki.co.jp/products/attachment_hydraulicbreaker/
http://www.furukawarockdrill.co.jp/products/breaker/breaker-index.htm

どちらなのかで対症療法はかなり変わると思うが？

お礼

回答ありがとうございます。
ご指摘の通り鉄塊をコンクリートに直に落とすのではなく、鉄板に落とします。試験装置なのですが、設置に当たり施工場所の強度検討方法に困っている状況です。
参考とさせていただきます。

回答No.2

noname#230359

kgfと書かないやつは・・・
に相当するのか？

http://homepage2.nifty.com/arbre_d/news/news2010/2%20_12.html
コンクリート強度は30N/mm2以上

べた基礎なら
http://www.polaris-hs.jp/zisyo_syosai/betakiso.html
そんな力以上の力を想定しているはずですが

お礼

回答ありがとうございます。
参考とさせていただきます。

回答No.1

noname#230359

細かいことを申し上げて恐縮ですが、“地盤”とは何を指すのでしょうか？
コンクリートの床の厚さであれば、“床版”のような用語もあります。

床下に土が詰まっている1階の床のような場合と、床下が空間になっている2階
以上の床のような場合では、考え方が異なります。

また、１００ｋｇの重錘が床に衝突した際に、衝撃を和らげる何らかの手段
（例えばゴムシートのような）を設けるのか、直接コンクリートの床に衝突
するのかでも衝撃力は異なります。更には、重錘が砂袋のようなものか、
鉄塊のようなものかによっても衝撃力は異なります。

独立した、重錘落下試験のための施設であれば、落下した際に多少の振動や
騒音が発生しても文句をいわれないでしょうが、マンションの一室や事務所
ビルの中であれば、振動や衝撃音に対しても配慮が必要と思います。

もう少々所要の条件を補足なさることをお勧め致します。

1m自由落下した物体を、1cm沈み込むクッションで受け止めて静止させれば
床で静止する際の加速度は、重力加速度の100倍に相当します。
床にかかる衝撃力は、100kg×9.8m/s2×100＝98000Nということです。

http://www.megaegg.ne.jp/~total/siryou/sekisai.htmlを参照すると、
事務室の場合の大梁.柱.基礎に対する積載荷重は、1300 N/m2なので、
柱間隔が6m×10mスパンの場合、そのスパンの床版に許容される荷重は、
1300 N/m2 × 6m ×10m ＝ 78000 Nという計算結果です。
この値は長期荷重に対する値であり、短期であればこの1.5倍 117000 Nに
耐えると考えられます。

衝撃力：98000 N ＜ 床耐力：117000 Nという計算結果なので、
1cm沈み込むクッションを設けて、且つ、荷重を分散させる均圧版を設ける
という条件を満たせば、事務室程度の基準で設計したコンクリート床であ
っても耐えうるということと思います。
なお、スパンの小さな床の場合、床版がOKでも柱や梁が保たない場合が想定
されますのでご注意下さい。

上記は素人計算ですので、建築構造の専門家にきちんと設計してもらうこと
をお勧めします。

前の回答では「荷重を分散させる均圧版を設ける」とだけ書いて、どの程度の
均圧版が必要であるか情報提供しませんでした。実は、この部分がお問い合わ
せの本質なので、改めて検討してみました。
また、床の条件を、地盤（土）で支持された１階という条件に改めます。
衝撃力の見積もりは、1cm沈み込むクッションを設けることとして、前と
同様の98000Nのままとします。

地盤（土）の許容応力度は、状況によって大な幅がありますが、仮に粘土質
地盤とすれば、20kN/m2であることが次の資料から読み取れます。
（衝撃荷重は、短期荷重ですが、安全をみて長期荷重を採用します）
http://www2.ashitech.ac.jp/arch/osakabe/semi/foundation/low/r93k1113.html
必要とする均圧版の面積は、98000N÷20kN/m2＝4.9 m2ということです。
均圧版の形状を円形と考えると、半径Rは、1.25m と求めることができます。
半径1.25mの円盤に98000Nの力が加わった場合の応力は、次のURLで計算でき
ます。
http://ebw.eng-book.com/heishin/DiskMaximumStressAndDeflection_center_1_calculation.do
（実際は全面支持ですが、安全をみて、計算条件は外周支持とします）
コンクリートの許容圧縮応力度は、7N/mm2程度のようです。厚さtを変化させ
て最大応力（σmax)が7N/mm2になるtを求めると、182mm程度になります。
コンクリートの場合、引張り応力は負担できませんから、鉄筋をいれて引張
り応力を負担させます。健全な鉄筋コンクリートにするためには、鉄筋の外側
にコンクリートのかぶり厚が最小30mm程度は必要ですから、トータルの厚さ
220mm程度の鉄筋コンクリート製の均圧版が必要と見積もることができそう
です。

なお、重錘が衝突する部分は、コンクリートでは損傷するので、φ200程度の
鋼板で保護する必要があると思います。

何度も書いて恐縮ですが、上記は素人計算ですので、建築構造の専門家にき
ちんと設計してもらうことをお勧めします。また、繰り返し荷重に対する
考慮を加えることも必要と思います。

お礼

丁寧な回答ありがとうございます。
非常に参考になりました。

補足

早々の回答ありがとうございます。
重錘は鉄塊です。
また、衝撃を和らげることができるならば、ゴムシートも検討したいと考えております。
床は１階を想定しており、振動や衝撃音は民家からは離れた工場で行うつもりでおります。
高重量の重錘である場合、床のコンクリートに厚みが必要であると考え、投稿させていただきました。

一つ補足を忘れてしまいました。
地盤とは、ここではコンクリートをうった床を指しております。