2019年11月12日

構造の経済設計「基礎の設計」

 経済的な基礎の設計方法について、考えてみます。基礎は構造体の中で最もコストに影響する部分です。単純な構造躯体数量のみではなく、土工事(掘削、埋戻し、残土処分)、山留工事などの仮設工事が非常に大きな影響を与えます。そして、高いのが杭です。直接基礎と杭基礎では建物全体に与えるコストも大きく変わります。
土工事.png

 なぜ、基礎工事が高いかと言うと大型の(高額な)重機を使用するので、この重機の損料が大きいのです。
 経済設計を行うにあたり、難しいのは他の工事と違い、明確な単価が存在しない事です。理由としては施工条件(敷地の広さ、道路付け、市街地かどうか、地盤条件等)により、施工効率が大きく変わるため、重機の損料が変わるからです。
 本当のところを言うと価格が一番ざっくりな所がコストを把握するのが難しいのです。値引き額が他の工種に比べ、異常に大きい。それがコストを分からなくしている一番の理由です。杭業界は昔から、チャンピオン制(談合?)などがあります。今もある?

 そのような中でも経済設計の基本はあります。

 経済的な基礎の設計をするには、何より、基礎の根入れを少なくすることです。どれだけ高強度材料を使っても、基礎の根入れが小さく出来れば、コスト的には有利になります。

 基礎の根入れを決定するのは、支持層の深さ(直接基礎の場合)と地中梁せいです。直接基礎とするために根入れが深くなってしまうのは仕方ありませんので、そのケース以外の場合は、地中梁せいを出来るだけ、小さくすることを考えます。

 地中梁の応力としては、まず、上部構造からの応力(常時、地震時)があります。そして、地盤反力による応力(直接基礎)、杭偏心応力、杭頭応力がありますが、これらの付加応力の比率は非常に大きなウエイトを占めます。通常、50%か、それ以上になります。つまり、これら付加応力のコントロールにより、地中梁せいは、数十%レベルで変わります。
 以下に注意事項をまとめます。建物全体の架構計画に関わる内容となってしまいますが、基礎計画を考慮した上部構造の計画を行うことが経済設計に繋がります。




1.地盤反力による応力
 地盤反力による応力は地中梁スパンと負担反力により、決定されます。スパンの大きい地中梁に地盤反力を作用させないようにする事を考え、基礎計画を行います。単純にベタ基礎とせず、布基礎や多少、フーチングが大きくとも独立基礎も考えてみましょう。

2.杭偏心応力
 不要な杭偏心を行う人は居ないと思いますが、偏心応力の影響もかなり大きなものです。地中梁だけでなく、杭への負担も増えます。偏心が少ない架構計画を行う事が重要です。建物外周部だからと言って、全てを偏心させる必要もありません。建物外周部の基礎を柱面まで偏心させると掘削量が少なくなると言うコスト的なメリットがありますが、それにより、地中梁せいが大きくなってしまうのであれば、コストメリットはなくなります。

3.杭頭応力
 杭頭応力の地中梁への曲げ戻しの影響を小さくするのは、杭(杭頭曲げ応力の作用位置)を分散させることです。柱本数(=杭基礎箇所)を減らすとコストが減るとの考えを持っている方も多いと思いますが、地中梁(=基礎根入れ)を小さくするには逆効果です。むしろ、コストは上がります。

4.その他
 その他、注意事項を書きます。
・不要に基礎、地中梁下端レベルを揃えない。多少のレベル差であれば、基礎躯体工事を数回に分けることなく、施工は出来ます。不要に根切り量を増やさないことです。
・建物外周部に基礎が深くなる部分を作る計画を避ける。敷地境界が近い建物外周部に床付け面が深い部分を作ると山留高さが大きくなってしまいます。山留工事費が高くなってしまいます。EVシャフトや水槽などを設ける場合は注意しましょう。


 基礎設計、杭設計で経済的な設計を行うには少なくとも2通りの形式の比較検討を行うべきです。その為には見積りを取ることです。杭業者であれば、施工者(ゼネコン)が決まっていなくとも見積りを出してくれます。設計者(ゼネコン)が決まっている、付き合いがあるところがあれば、そこに相談するのが良いでしょう。


≪まとめ≫
●基礎の経済設計の基本は基礎の根入れを減らすこと。高強度材料を使用し、地中梁断面を小さくする。
●基礎計画は最低2通りは比較検討すること。




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posted by 建築構造設計べんりねっと at 07:15| Comment(0) | TrackBack(0) | 経済設計手法
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