「設計論」というほどのものではないが・・・

コンクリート工学研究室岩城　一郎

設計とは？（広辞苑）せっ‐けい【設計】 (plan; design) ある目的を具体化する作業．製作・工事などに当り，工費・敷地・材料および構造上の諸点などの計画を立て図面その他の方式で明示すること．「ビルの―」

比喩的に，人生や生活について計画を立てること．

土木における設計とは？ 一般に土木構造物（橋，トンネル，擁壁，ダム等）の構造設計 (他に，配合設計，景観設計 )

構造設計とは？：構造物に要求される性能（主として，安全性能，耐久性能）を満足するとともに，経済性を考慮し（景観，環境への影響にも配慮し），材料，構造形式，部材寸法等を決定し，これらを計算書や図面，その他の方法により表すこと．

安定計算と断面計算に大別される．

安定計算と断面計算 安定計算　構造物そのものの安定（転倒，滑動）に関する安全性の評価

断面計算　　構造物を構成する部材に作用する力（断面力：曲げモーメント，せん断力）に対する安全性の評価

人，ブックエンド，擁壁を例に

コンクリート構造物の設計法許容応力度設計法　古典的な設計法， 100年以上の実績と経験（十分な実績，苦い経験）

限界状態設計法　現在，またこれから発展する設計法，我が国での実績は未だ 20年程度と浅いが，世界の趨勢，合理的な設計法

許容応力度設計法と限界状態設計法

荷重レベルの違い 理論の違い：弾性理論（線形理論）と弾塑性理論（非線形理論） 安全性の照査手法の違い：安全率と部分安全係数，応力による比較と断面力による比較

許容応力度設計法

限界状態設計法

許容応力度設計法 使用状態における作用応力 σ と許容応力度 σa との比較

　 σ ＜ σa ： O.K. 弾性理論（線形理論）：コンクリート及び鉄筋の

応力 - ひずみ関係は直線 安全率 k のみによる安全性評価（一般にコンクリート

の場合： 3 ，鉄筋の場合 :1.7 程度） 例えば，　 f’

ck=24N/mm2， k=3.0→σ’ca=f’

ck/k=8N/mm2

　 ｆ y=295N/mm2， k=1.7→σsa= ｆ y/k=176N/mm2

　小テスト　 σ’c=5.98N/mm2＜ σ’

ca 　　　　　　　　　　　　　　　　 σs=141N/mm2＜ σsa

限界状態設計法 終局限界状態，使用限界状態，疲労限界状態 抵抗値 R （ Resistance ，断面耐力）と作用値 S （ Subject ，

　断面力）との比較： γi ・ S/R ＜ 1 　例　 γi ・ Md ／ Mud＜ 1.0

弾塑性理論（非線形理論）：コンクリート（ 2 次曲線と直線），鉄筋（バイリニア）

部分安全係数法：構造材料の品質のばらつき，荷重の大きさの決定に対する不確実性などを考慮するためにいくつかの安全係数を導入（材料係数，部材係数，構造解析係数，荷重係数および構造物係数）

コンクリート標準示方書： 1986 年に限界状態設計法が採用， 2002 年まで許容応力度設計法と併記， 2002 年より限界状態設計法のみ（許容応力度設計法は付録扱い）

限界状態設計法による検討安定計算 転倒 滑動断面計算（荷重あるいは断面が厳しい条件） 終局限界状態（曲げ）： γi ・ Md ／ Mud ＜ 1.0 終局限界状態（せん断）： γi ・ Vd ／ Vcd ＜ 1.

0 　→ γi ・ Vd ／ Vyd ＜ 1.0 （ただし， Vyd=Vcd

+Vsd ） 使用限界状態（ひび割れ）： w ＜ wa

断面計算（曲げに対する検討） 設計曲げモーメント： Md （右下図に対応） 設計曲げ耐力：　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 Mud=Asfyd ｚ /γb ＝ Asfydd(1-0.6pfyd/f’cd)/γb

安全性の照査 γi ・ Md/Mud ＜ 1.0→O.K.

岡村甫著：　　　　　　　　　　　　　鉄筋コンクリート工学（三訂版）　　　　　　市ヶ谷出版社

荷重状態 曲げ　　　　モーメント図

-

断面計算（せん断に対する検討）

荷重状態 せん断力図

+

設計せん断力： Vd （右下図に対応） 設計せん断耐力（せん断補強筋なしの場

合）：　　 Vcd=βdβpfvcdbwd/γb

安全性の照査：　　 γi ・ Vd/Vcd ＜ 1.0

　　→せん断補強筋不要

5.鉛直壁の計算（ひび割れに対する検討）

使用状態における設計曲げモーメント Md を計算

鉄筋の応力 σs ＝ Md/(Asjd) ひび割れ幅：　　ｗ ={(σs/Es)+ε’

cs}{4c+0.7(cs-φ)} 許容ひび割れ幅： wa=0.005c （一般の環境） 安全性の検討： w<wa→O.K.

次回製図及び設計論 IIの予告 11月 10日（金） 13:00-16:10 7011教室 教科書持参 個々の設計条件（ HP上で公開） 今回の講義内容も HP上に公開：復習しておくことが望ましい