建物の基礎の種類&荷重の分散方法
一般の方が基礎というと、自宅の地下室の壁が思い浮かぶと思います。 地階の壁（基礎壁）は、構造物に対して積み上げられた土による側方土圧からの荷重に抵抗する部分ですが、建物の荷重を上の構造物から下の地盤に伝える役割も果たしています。 建物の荷重を地盤に伝えるための基礎には、浅い基礎と深い基礎の2種類がある。 土の種類とその条件によって、構造エンジニアは、特定の構造に最適な基礎の種類を決定します。
浅い基礎は、家や小屋などの軽い荷重の構造物によく見られ、地球の表面に近い場所に設置されます。 浅い基礎の例として、コンクリートフーチングがある。 コンクリートフーチングは、基礎の壁や内部の柱の下にあり、上の構造物からの荷重を十分に広い範囲に分散させ、下の地盤の動きを制限するために使用される。 必要なフーチングの大きさは、下にある土壌の種類によって異なります。 粘土の上にフーチングを設置する場合、岩盤の上に設置する場合よりもはるかに大きなフーチングが必要です。
浅い基礎は、周囲の状況や負担する土壌の種類によって動きやすくなります。 たとえば、私が住んでいるウィニペグでは、ほとんどの家の基礎は、水分を吸収すると膨張する粘土の上に建てられています。 この土が膨張すると、土台が持ち上がり、住宅に差動沈下が発生することがあります。 差動沈下がわずかであれば、通常は構造上の問題ではなく、美観上の懸念にとどまります。 しかし、時には、基礎の構造的完全性が損なわれ、修理や交換が必要になるほどの激しい動きが生じることがあります。 880>
ラフトスラブおよびスラブオングレードは、建築で使用される他の2種類の浅い基礎で、荷重が大きすぎず、構造が差動に耐えられる場合は深い基礎よりはるかに経済的であることがあります。 スラブ・オン・グレードには、下の土壌が収縮・膨張してスラブに動きが生じる可能性があるため、リスクがあります。 スラブが動いても構わないというのであれば、このタイプの床スラブが最も経済的な選択肢となります。 スラブの上に置かれる仕上げ材や設備が動きに耐えられない場合は、構造用床スラブが推奨されることが多いです。 構造床スラブの下には空洞があるので、下の土の膨張や収縮がスラブに影響することはありません。
深基礎は、構造物の重量が非常に大きく、構造物の移動を望まない大きな建物の下によく見られる。 このような基礎は、地表よりかなり下の地盤に荷重を伝達する。 最も一般的な基礎は、杭を使った基礎です。 杭は細長く、杭の側面と周囲の土との摩擦、杭の底面と下の地層との支持力によって建物の荷重を伝達する。 杭の材質は、鉄、木、コンクリートがある。 鋼管杭は、熱間圧延されたI形鋼やヘリカルスクリュー杭が多い。 木杭は大型の木材を加圧処理したもので、仮設構造物や恒久的な構造物に使われることが多い。 コンクリート杭は、六角形または円形に鉄筋を入れたものである。
基礎の深さは、土に伝わる荷重の大きさと相関していると考える人がいるかもしれないが、通常はそうではない。 荷重が非常に大きい場合、深い基礎は、岩盤や氷河堆肥のような強固で緻密な土壌層に遭遇するまで地表の下に設置されます。 これらはいずれも、粘土や砂利のような土壌では提供できない非常に高い支持力を持っています。 このように、強固な土層まで掘り下げた杭を端部支持杭という。 この土層の位置は実にさまざまです。 大規模な建設現場では、1本の杭が現場の片方で地下50フィートの岩盤に遭遇することもあれば、現場のもう片方で地下100フィートの岩盤に遭遇することもあります！
摩擦によって周囲の土壌に負荷を伝えるために杭を使用する場合、それは摩擦杭と呼ばれます。 杭の長さが長いほど、荷重を周囲の地盤に伝える能力が高いことを意味する。 摩擦杭は、軽い荷重を地盤に伝える必要がある場合や、土の密集した層まで杭を伸ばすことが経済的でない場合などに使われる。 
基礎は、建物の構造を構成する最も重要な要素の一つである。 しかし、残念なことに、建物の荷重が伝わる土壌は、場所によって非常に変わりやすいのです。 基礎に関わるリスクを減らすために、地盤工学のエンジニアに地盤調査を依頼することを常にお勧めします。 彼らは、遭遇する土壌の種類に基づいて、どのような基礎を使用すべきかについて適切な勧告を行うことができます。 ほとんどの新しい建物では、管轄区域にもよりますが、地盤調査レポートやエンジニアの経験に基づく推奨がなければ建築許可を得ることができません。
これで、皆さんが日常生活で目にする建物を支えるために使われている基礎について、基本的な知識を得ることができましたでしょうか。 基礎やその他の構造工学に関することをもっと学びたい方は、構造工学の基礎に関するコースにお気軽にご登録ください。 基礎について何か質問はありますか？
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