水平地盤反力係数とは

今回は杭の設計で必要となる「水平地盤反力係数」について振り返るよ

上の表示はソフトを使って杭基礎の計算を回した結果、表示されるメッセージだよ。

このメッセージの意味を解説していく。

収斂計算は繰り返し計算

khoは基準水平地盤反力係数

khは水平地盤反力係数　のこと。

まず水平地盤反力係数とは、「地盤の固さ」のことだよ。

地盤バネと表現したりもする。

地震時の水平力は、地盤を経由して杭に伝わることになるんだけど、地盤を経由することで

杭に与える水平力は小さくなる。

つまり、杭の周囲にある地盤が、クッションの役割を担っているんだ。

このクッション材である地盤が固い場合、杭頭の変位と杭本体の湾曲はどうなると思う？

そうそう

実際の算出式を見ても、変位と曲げモーメント（＝湾曲）は水平地盤反力係数が大きいと小さくなるのが分かる。

以上のことから

kho＝杭頭水平変位が1cm時のkhということだよ。

khを求めるにはkhoが必要になる。

前出したがkhoは、杭頭の水平変量が1cm時の水平地盤反力係数を示している。

下記のように算出式があるので、まずkhoを求める。次にkhを求める。

その次にkhを使って水平変位を求める。

求めた水平変位が1cmを超えている場合は、この水平変位を用いて再度khを求める。

何度か繰り返して水平変位が1cm以下となれば計算は終了となる。

計算終了時に出力される杭頭変位とMを使って、杭の断面検討を行っていくよ。

これが「収斂計算」の中身になる。

１つ目は疑問はないと思う。

杭周囲の地盤が固い（水平地盤反力係数khが大きい）と、変位は小さくなる

２つ目は悩むかも

テキストなんかには「杭径が大きいと、杭から土に与える荷重の影響範囲が遠くまで及ぶため全体的な変形が大きくなる」と解説がある。

「全体的な変形（≒地盤の固さ・kh）と考えれば、杭径が大きいと変形も大きい＝khは小さい」というのが分かる。

念のため式でも説明する。

式を見ても分かると思うけど

khを求めるにはyが必要で

yを求めるにはβが必要となる。

これだと求めることができないので、便宜的にβのkhをkhoと仮に決める。

そうすると、杭径Bが大きくなるとβは大きくなる

βが大きくなるとyは小さくなる

yが小さくなるとkhも小さくなる。

つまり、杭径Bが大きくなると、khは小さくなることが式の関係性からも分かるよ。

つまり、ソフトの計算結果として、「水平変位が1cm以下なので収斂計算を省略します」と表示されても問題ないということだ。

というか１cm超えると杭応力を過少評価することになるのでよくない。

なので収斂計算を行い、1cm以下となることを確認しないといけないよ。