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工作機械基礎の安定検討

目 次（１）基本方針 １．本計算書の説明 ２

２．設計方針 ２３．参考資料 ２４．設計の目的 ２５．構造図 ２

（２）概要 １．設計チャート図 ５２．使用プログラム ５３．設計条件 ５４．材料・土質定数 ６５．設計外力 ６～７

（３）作用荷重の算定 １．固定荷重の算定 ８２．地震荷重の算定 ８３．荷重の組合せ ８

（４）基礎の安定検討 １．基礎の安定計算 ９２．計算結果 ９～１６

＊工作機械（マシン）基礎の安定検討を行った。（直接基礎）

（株）ブルドジオテクノhttp://www.bulld.net/

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（１）基本方針

１．本設計の説明本検討は、工場に設置される製作機械の基礎工の安全性を検討する。

概要・工事名称：○○機械新設工事・工事場所；福岡県・建築規模；最高高さ ３.０５m

（地上高）；幅 ４.４５ｘ１０.５４m

（全幅)

①設置場所福岡県

②構造概要

上部構造 鋼製機械全長１０.４m／全幅４.２m／全高２.４m最大重量 ２４,８００ｋｇ

基礎構造 直接基礎構造 Ｗ＝１０.５４ｘ４.４５ｍ Ｈ＝１.１５ｍ鉄筋コンクリート造

２．設計方針建築基準法・同施行令

３．参考資料鉄筋コンクリート構造計算基準・同解説（日本建築学会１９９９）建築基礎構造設計指針（日本建築学会２００１）

４．設計の目的設定した外力による影響を推定し安全性の判断を行う。

荷重状態 想定する荷重 設計荷重への対応

平常時 常時作用する荷重 常時作用力

地震時 １回～数回遭遇する荷重 大地震

５．構造図

図面種類 図面名称 ＰＡＧＥ＝

構造図 基礎一般図 ３

基礎配筋図 ４

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（２）概要

１，設計チャート図

設計条件の設定：

材料・土質定数の決定

設計外力の算定

基礎工の安定検討、断面算定

結果の整理－ＥＮＤ

２，使用プログラム

・自社保有プログラム

３，設計条件

①工事名称：○○機械新設工事②工事場所；福岡県③建築規模；最高高さ ３.０５ m（地上高）、３.５５ｍ（全高）④構造種別；上部工（工作機械）鋼製⑤地 盤；硬質粘性土層 Ｑ＝２００（ｋＮ／ｍ2）⑥基礎構造；直接基礎、ＲＣ造⑦設計方針；建築基準法、同施工令⑧要求性能

法第２０条 1.各指針により算出される荷重・外力に対して、同書により規定されている安全性能を満足すること。(安全な構造であること)

令第８２条 2.応力の計算3.検討すべき各応力の組み合わせ4.許容応力度以下であること

令第８３条 5.次の荷重・外力を採用する。（屋内設置）固定荷重、地震力、他実状に応じて外力を採用

検討内容 1.部材の安全率（許容応力度法）長期の安全率・・・・部材応力が長期強度以下短期の安全率・・・・部材応力が短期強度以下2.基礎の安全率長期の安全率・・・・転 倒|ｅ|≦Ｂ/６ ：ｅ偏心距離

滑 動Ｆs≧１.５支持力Ｆs≧３.０

短期の安全率・・・・転 倒|ｅ|≦Ｂ/３ ：ｅ偏心距離滑 動Ｆs≧１.２支持力Ｆs≧２.０

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４，材料・土質定数

使用材料表箇所 コンクリート 鉄筋場所打ちコンクリート Ｆｃ２４ ＳＤ２９５、ＳＤ３４５

コンクリートの許容応力度種類 長期 短期（Ｎ／mm2） 圧縮 せん断 圧縮 せん断普通コンクリート（Ｆc２４） ８.０ ０.７４ １６.０ １.１１

コンクリートの許容付着応力度種類 長期 短期 長期 短期（Ｎ／mm2） その他の鉄筋 その他の鉄筋 形鋼・鋼板・鋼管外側 形鋼・鋼板・鋼管外側普通コンクリート（Ｆc２４） ２.３１ ４.６２ ０.４５ ０.６７５

鉄筋の許容応力度種類 長期 短期（Ｎ／mm2） 引張及び圧縮 せん断 引張及び圧縮 せん断ＳＤ２９５Ａ、Ｂ ２００ ２００ ２９５ ２９５ＳＤ３４５ ２２０（２００） ２００ ３４５ ３４５Ｄ２９以上は（ ）の数値。

コンクリートの材料強度種類 圧縮（Ｎ／mm2） 引張・せん断（Ｎ／mm2）普通コンクリート（Ｆc２４） ２４.０ ２.４０

鉄筋の材料強度種類 圧縮（Ｎ／mm2） 引張（Ｎ／mm2） せん断補強（Ｎ／mm2）ＳＤ２９５Ａ ２９５ ２９５ ２９５ＳＤ３４５ ３４５ ３４５ ３４５

ヤング係数比ｎコンクリート設計基準強度 ｎ

ＦＣ２４ １５

基礎地盤せん断強度 Ｃ、φ 単位体積重量 γ 底面摩擦係数 Ｅo（kN/m2)

基礎地盤 Ｃ＝０ (kN/m2) γ＝１８.０（kN/m3) tanφ＝０.５０ １４０００φ＝３０(゜)

＊Ｃ：土の粘着力（kN/m2)＊φ：土の内部摩擦角（゜）＊Ｅo：地盤の変形係数（仮定値）（仮定値による場合のα＝平常時１，地震時２）（道路橋示方書Ⅳ下部構造編Ｐ２５５）

５，設計外力

①設計用地震荷重

設計地震力は、建築規準法施工令第88条及び56建告第1101号により算出する地上部 Ｑi = Ci * ∑Wi

Ｃi = Z * Rt * Ai * CoＲt = 1.0 (T＜Tc)

= 1.0-0.2(T/Tc-1.0)２ (Tc≦T＜2Tc)= 1.6Tc/T (2Tc≦T)

地下部 Ｐ = K * W (K;震度)Ｋ = 0.1 * (1-H/40) * Z (W;各層の重量、H;地下階床の地盤面よりの深さH≦20m)

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Ai= 1＋(1/√αi－αi)2T／（1＋3T）Qi: i階に生じる層せん断力Wi: i階より上の部分の建物重量の和Z: 地震地域係数Rt: 振動特性係数Ai: 層せん断力分布係数Co: 標準せん断力係数Tc: 基礎の底部（剛強な支持ぐいでは、ぐいの先端）の直下の地盤種別に応じた数値T: 設計用１次固有周期Ci: 層せん断力係数h: 建物の高さ（ｍ、地盤面から構造躯体までの最高高さ、塔屋部分の水平投影面積が建築面積の１／８以内で、その部分の高さが12ｍを超える場合には、12ｍを引いた値とする、パラペットを除く

α: 建物高さのうち鉄骨部分の高さの比αi: i階より上の部分の建物重量と地上部分の建物重量の比W: 地上部分の建物全重量

地域定数 １． Ｚ；地震地域係数(０.８）福岡県

地盤種別の検討： 道路橋示方書Ⅴにより耐震設計上の地盤種別の計算

ＴG ：地盤の特性値(sec)Ｈi：i番目の地層の平均せん断弾性波速度(m/sec)

粘性土層の場合 Ｖsi = 100Ｎi1/3 (1≦Ｎi≦25)砂質土層の場合 Ｖsi = 80Ｎi1/3 (1≦Ｎi≦50)

Ｎi：標準貫入試験によるi番目の地層の平均Ｎ値i ：当該地盤が地表面から基盤面までn層に区分される時の、地表面からi番目の番号

地盤種別 地盤の特性値ＴG(s))Ⅰ 種 ＴG ＜０.２Ⅱ 種 ０.２≦ＴG ＜０.６Ⅲ 種 ０.６＜ＴG

②固定荷重及び積載荷重

名称（固定荷重） 単位体積重量

工作機械 ２４,８００ｋｇ（１組）

ＴG＝４n

i=1 ＶsiＨi

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（３）作用荷重の算定

１．固定荷重の算定

上部（工作機械） 鉛直荷重：２４３.２０ｋＮ （２４,８００ｋｇ ）支承含む

基礎 ・立上りＣｏｎ部２４(kN/m3)ｘ７.３４(m3)＝１７６.１６ｋＮ・フーチングＣｏｎ部２４(kN/m3)ｘ２８.１４(m3)＝６７５.３６ｋＮ＊基礎計１７６.１６＋６７５.３６＝８５１.５２ｋＮ

合計（固定荷重Ｗ） ２４３.２０＋８５１.５２＝１０９４.７２ｋＮ

＊フーチング上側の重心は、フーチング作用位置の図心との移動距離として入力する。

２．地震荷重の算定

①震度の計算

②地震力の計算

上部（工作機械） 地震力Ｑ1＝２４３.２０ｘ０.１６＝３８.９１（ｋＮ）作用高さｈ＝１.６８ｍ（ＧＬより上）

基礎部 地震力Ｑ2＝８９８.５９ｘ０.１６＝１４３.７７（ｋＮ）作用高さｈ＝０.１０ｍ（ＧＬより上）

地盤種別の計算 第１種地盤 ＰＡＧＥ＝省略

地震荷重Ｑの集計（基礎底面）地震時Ｑx＝３８.９１＋１４３.７７＝１８２.６８（ｋＮ）

Ｍx＝３８.９１ｘ２.１８＋１４３.７７ｘ０.６０＝１７１.０９（ｋＮ・ｍ）

３．荷重の組合せ

常時 固定荷重 長期

地震時 固定荷重＋地震荷重 短期

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（４）基礎の安定検討

安定計算は、基礎の短辺方向について行う。（上図）

１．基礎の安定計算

基礎底面作用力の集計 ＰＡＧＥ＝１０

独立基礎の安定 ＰＡＧＥ＝１１

受働土圧の計算 ＰＡＧＥ＝１２

独立基礎の剛体判定 ＰＡＧＥ＝１３

地盤支持力の計算 ＰＡＧＥ＝１４

フーチング設計応力 ＰＡＧＥ＝１５

断面計算 ＰＡＧＥ＝１６

２．計算結果

地盤支持力 長期 短期

算定結果 採用値 長期の２倍

２０１（ｋＮ／ｍ2） ２００（ｋＮ／ｍ2） ４００（ｋＮ／ｍ2）

基礎の安定計算

省略

断面計算省略

（底版のみ掲載、立上り部は省略）

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基礎の安定

基礎底面作用力の集計

①平常時 （長さＬ当たり）V(kN) ｘ(m) Mx(kN・m) H(kN) y(m) My(kN・m)

固定荷重 機械 243.200 2.225 541.120基礎(立上り) 176.160 2.225 391.956基礎(底版) 675.360 2.225 1502.676

追加荷重TOTAL 1094.720 2435.752 0.000 0.000

②地震時 （長さＬ当たり） Ci=0.16V(kN) ｘ(m) Mx(kN・m) H(kN) y(m) My(kN・m)

躯体 機械 243.200 2.225 541.120基礎(立上り) 176.160 2.225 391.956基礎(底版) 675.360 2.225 1502.676

地震力 機械 38.912 2.250 87.552基礎(立上り) 28.186 0.825 23.253基礎(底版) 108.058 0.250 27.014

追加荷重TOTAL 1094.720 2435.752 175.155 137.820

③基礎底面作用力の集計 （長さＬ当たり）No(kN) Ho(kN) Mo(kN･m)

平常時 （長期） 1094.720 0.000 0.000 B(m)地震時 （短期） 1094.720 175.155 137.820 4.450

条件

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基礎の安定

安定計算

①転倒に対する安定(偏心距離)∑Mx ∑My ∑V d e ea 判定

平常時 （長期） 2435.752 0.000 1094.720 2.225 0.000 0.742 OK地震時 （短期） 2435.752 137.820 1094.720 2.099 0.126 1.483 OK判定式：ｅ≦ｅaでＯＫ∑Ｍx：底版つま先回りの抵抗モーメント(kN・m)∑Ｍy：底版つま先回りの転倒モーメント(kN・m)∑Ｖ：底版下面における全鉛直荷重e：合力作用点の底版中央からの偏心距離(m)n：安全率 常時n=6 地震時n=3d：底版つま先から合力の作用点までの距離ｅa：許容偏心距離(=B/n)底版幅： B=4.45

②転倒に対する安定(転倒安全率)Mr Mo F Fs 判定

平常時 （長期） 2435.752 0.000 0.000 1.5 転倒なし地震時 （短期） 2435.752 137.820 17.673 1.2 OK判定式：F≧FsでＯＫF：転倒安全率 常時Fs=1.5 地震時Fs=1.2Mr：抵抗モーメント(kN・m)Mo：転倒モーメント(kN・m)

③滑動に対する安定∑V ∑Ｈ B F Fs 判定

平常時 （長期） 1094.720 0.000 4.450 0.000 1.5 滑動なし地震時 （短期） 1094.720 175.155 4.450 3.308 1.2 OK判定式：F≧FsでＯＫ受働土圧の影響：=α・Pp(土圧力の集計を参照) α=0.5 α･Pp=32.1 (地震時のみ考慮)F：安全率 常時Fs=1.5 地震時Fs=1.2μ：底版と基礎地盤の間の摩擦係数 μ=0.50Ｃ：底版と基礎地盤の間の付着力 C=0.00B：底面幅(m) B=4.45

④地盤反力度の計算qmax qmin 地盤反力の形状 x2

平常時 （長期） 246.004 246.004 台形 4.450地震時 （短期） 287.763 204.246 台形 4.450qmax：地盤反力度(kN/m2)の最大値qmin：地盤反力度(kN/m2)の最小値x2：地盤反力の作用幅(m)台形分布：合力作用点が底版中央の底版幅1/3の中にある場合三角形分布：合力作用点が底版中央の底版幅1/3の外にある場合底版幅： B=4.45

条件

条件

条件

条件

d =∑Mx－∑My∑V

e =B2－d

Ｆ =∑Ｖ・μ＋Ｃ・Ｂ＋α・Ｐp

∑Ｈ

台形分布 qmax=∑VB・ 1+

6eB

qmin=∑VB・ 1-

6eB

三角形分布 qmax=3・ B/2-e

2∑V(2/3の中にある場合) qmax=

4∑VB

(2/3の外にある場合)

F=MoMr

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全体安定（地震時）クーロンの受働土圧

根入高 H'= 0.5 m壁面傾斜角 α= 0 度 0 rad地表面積載荷重 q= 0 kN/m

2

設計水平震度 Ci= 0.16 地震時盛土傾斜角 β= 0 度 0 rad単位体積重量 γ= 18 kN/m

3

内部摩擦角 φ= 30 度 0.523599 rad (ただし≦30ﾟ)壁面摩擦角 δ= 0 度 0 rad

地震合成角

= 0.158655 rad 9.090277 度

受働土圧係数

Ｋｐ= 2.707916

受働土圧合力

Ｐｐ= 6.093 kN/m

作用基礎長(L) 10.54受働土圧(Pp) 64.220 kN

Hk1tan −=θ

Pp=12

Kp･γ･H2

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基礎の安定

フーチングの剛体判定（厚さの検討：フーチングを剛体と見なせるかを判断）＊道路橋示方書Ⅳ下部構造編Ｐ２２３

①βλによる検討β λ β･λ ｋ Ｅ ｈ λ' α ｅ

平常時 0.262 1.560 0.409 4468.35 22669946 0.5 1.2 1.3 0地震時 0.312 1.427 0.445 8936.71 22669946 0.5 1.2 1.3 0.126ｋ：鉛直方向地盤反力係数（直接基礎=kv）(kN/m3)Ｅ：フーチングのヤング係数 (kN/m2)ｈ：フーチングの厚さ(m)

ｋｖ kvo Bv L B αEo平常時 4468.35 46666.67 6.849 10.54 4.45 14000地震時 8936.71 93333.33 6.849 10.54 4.45 28000Ｂ：フーチング幅(m)L：フーチングの長さ(m)ここでは目地間隔20mαEo：地盤の変形係数

②フーチング厚さの上限値による検討FH1 FH2 e(m)

0.5 0.025 0.126 地震時FH1：フーチングの厚さ (m)FH2：剛体であると判定する厚さ(m)(=e/5)

③フーチングの剛体判定βλによる検討 上限値による検討 照査

OK

照査のルール：「βλによる検討」または「上限値による検討」を満足

OK OK

β=4

Eh3

3k

kv=kvo･0.3Bv -3/4

Bv= L･B

kvo=0.31･αEo

基本式 βλ≦1.0

判定式 FH1 ≧ FH2

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*** ＰＯＷＥＲ－直接基礎 *** page14

メニュメント(1)

地盤の支持力の計算FF1

基礎底面の形状 正方形基礎最小幅 B 4.45 (m)基礎の長さ L 10.54 (m)基礎下端の深さ hf GL- 0.60 (m)地下水位 hw GL- 0.00 (m)根入れ深さ Df 0.60 (m)

<上層地盤>土質定数 砂層基礎下の土重量 γ1 18.00 (kN/m3 )基礎上の土重量 γ2 18.00 (kN/m3 )地盤の粘着力 c 0.00 (kN/m2 )内部摩擦角 φ 30.0 (度)

支持力係数 Nc 30.65Nr 16.60Nq 18.95

支持力の算定形状係数

α = 1.20β = 0.30

地下水位による換算<上層地盤>γ1 = 18.00(kN/m3 )γ2 = 18.00(kN/m3 )

上層の支持力長期qa1 = 1/3( 1.20x 0.00x 30.65+ 0.30x 18.00x 4.45x 16.60+ 18.00x 0.60x 18.95)

= 201.19(kN/m2 )短期qa1 = 2/3( 1.20x 0.00x 30.65+ 0.30x 18.00x 4.45x 16.60+ 18.00x 0.60x 18.95)

= 402.37(kN/m2 )

∴ 設計許容地盤支持力は長期 200.00(kN/m2 )､短期 400.00(kN/m2 )とする。

BxL

Df

C,O r1

r2

hf

hw

基礎の安定

フーチング設計応力

①立上り部１基当たりの作用力(ＭはＮによる影響を算入しない）

設計条件 Ｎ Ｍ Ｑ Ｎ Ｍ Ｑ Ｎ Ｍ Ｑ常時 243.20 0.00 0.00 29.37 0.00 0.00 69.90 0.00 0.00地震時 243.20 65.37 38.91 29.37 2.59 4.70 69.90 13.49 11.19

立上り部基数

6.00

②底版 連続ばりモデル（縦方向の上側筋）条件 Ｍd Qd N q Md：設計曲げモーメント(kN・m)(=(N*l

2)/8)(中央）

平常時 187.438 624.792 1041.320 246.004 Qd：設計せん断力(kN)(=(N*l)/2)地震時 220.886 736.287 1227.145 287.763 N：鉛直力(kN/m)(=(q-w1)*b')B：フーチング幅 B=4.450l：地盤反力の長辺側作用幅(m) l=1.200q：地盤反力のmax値(kN/m2)b'：地盤反力の短辺側作用幅(m) b'=4.450w1

12 w1：底版の自重(kN/m2)

底版断面設計用応力（１ｍ当たり）条件 Ｍd Qd

平常時 42.121 140.403地震時 49.637 165.458

立上り部天端に作用 立上り部自身の荷重 立上り部下端の荷重

１組当たり 1基当たり

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基礎の安定

底版ＲＣ断面計算（単鉄筋ＲＣ断面）

①設計応力の集計

M(kN・m) Q(kN)平常時 42.121 140.403地震時 49.637 165.458

諸定数 ｋ j p n As(mm2) d(mm) ｂ(mm) 使用鉄筋 本数/m D(mm)底版 0.238 0.921 0.0025 15 995.0 400 1000 D16 5本 500n：ヤング係数比As：引張鉄筋断面積(mm2) 配筋ピッチ (mm)d：有効高さ(mm) 底版 200b：幅(mm)D：高さ(mm)

②鉄筋の引張り応力度計算

M(N・mm) σs σsa 判定 σs：鋼材の引張応力度(N/mm2)平常時 42120809 115.0 200 OK σsa：鋼材の許容引張応力度(N/mm2)地震時 49637314 135.5 295 OK 判定：σsa>σsでＯＫ

②コンクリートの圧縮応力度計算

M(N・mm) σc σca 判定 σc：コンクリートの圧縮応力度(N/mm2)平常時 42120809 2.40 8 OK σca：コンクリートの許容圧縮応力度(N/mm2)地震時 49637314 2.83 16 OK 判定：σca>σcでＯＫ

③コンクリートのせん断応力度計算

Q(N) τc τca 判定 τc：コンクリートのせん断応力度(N/mm2)平常時 140403 0.35 0.74 OK τca：コンクリートの許容せん断応力度(N/mm2)地震時 165458 0.41 1.11 OK 判定：τca>τcでＯＫ

④鉄筋とコンクリートの付着応力度の検討 Q：せん断力(Ｎ)U：鋼材の周長の総和 (mm) 250.0

Q(N) τo τoa 判定 d：部材断面の有効高(mm)平常時 140403 1.53 2.31 OK τo：鋼材とコンクリートの付着応力度(N/mm2)地震時 165458 1.80 4.62 OK τoa：許容付着応力度(N/mm2)

τo≦τoaであればOK

⑤ひび割れモーメントの計算

Zc(mm3) Mc(kN･m) M(kN･m) 判定 Ｍｃ：ひび割れモーメント地震時 4.17E+07 102.062 49.637 OK Ｍ：作用曲げモーメント

Fc=24

Ｚc：部材の断面係数(=bh2/6) b=1000 h=500

⑥抵抗モーメントの計算

Mrc Mrs Mr(kN･m) M(kN･m) 判定地震時 2.81E+08 1.08E+08 108.080 49.637 OKM：作用曲げモーメントMr：抵抗モーメント(MrcとMrsの小さい方）(kN・mへ換算)Mrc：抵抗モーメント（コンクリートの応力度が許容値に等しくなるときの曲げモーメント）Mrs：抵抗モーメント（鋼材の応力度が許容値に等しくなるときの曲げモーメント）σca：コンクリートの許容圧縮応力度 16σsa：鉄筋の許容引張り応力度 295p：鉄筋比（=As/bd） 0.002判定：Mr<MでＯＫ

⑦鉄筋量の確認

pb fcd' fyd p 判定0.030 18 295 0.002 OK ｐｂより

OK 0.２％よりｐｂ：つりあい鉄筋比（コンクリートが圧縮破壊する前に引張鉄筋が降伏する）ｐ：鉄筋比(As/bd) 0.002f'cd：コンクリート圧縮降伏強度(fcd/γc) 18.46γc：材料係数 1.3fyd：軸方向鉄筋の引張降伏強度 295Ｅs：鉄筋のヤング率 205000判定：0.002≦p≦0.75pb最小鉄筋量：0.2%≦p

底版

底版

底版

底版

底版

底版

底版

底版

σs=As･j･d

M

k= 2n･p+ n･p 2 -n･p

j=1-3k

p=b･dAs

σc=k･j･b･d2

2･M

τ=b･dQ

τo=U･j･d

Q

Mrc=12σca･k･j･b･d2 ≧ M

Mrs=σsa･p･j･b･d2 ≧ M

pp=0.680.0035+fyd／Es

0.0035･

f'cd

fyd

Mc = 0.5･ Fc ･ bh2/6 ≧M

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