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設計強度とは

 コンクリートの強さは、N/mm2(ニュートン・パー・平方ミリメートル)だとご紹介しましたね。そして、生コン工場で作られるコンクリートは、12.15.18.21.24.27.30.33といった3つ飛ばしで、いくつもの強度のコンクリートを製造しています。
 ではどうやってコンクリートの強度を決めているのでしょうか。
 その物差しが、「設計強度」という言葉です。

 一般的な設計強度
 設計強度とは、その建物に必要なコンクリートの強度のことですが、マンションなど一定の規模を越えると「構造計算」によって建物の強度を計算しますが、その時のコンクリート強度も、21N/mm2のコンクリート強度が基本の設計強度として用いられています。
 また、木造でも3階建てになると、基礎にも「構造計算」が必要となりますが、このときも21N/mm2のコンクリート強度が設計強度として用いられています。
 一般的な木造2階建て程度の基礎では、構造計算はしていませんが、上のような実際に構造計算を行った膨大な経験則から、コンクリートの設計強度は18又は21N/mm2であれば問題ないと解され、特別な理由がない限り、18又は21N/mm2が「設計強度」であるとされています。

 もっとも、右に説明していますが、単に住宅の重さを支えるだけなら、たった30cm角のコンクリートでも大丈夫なのです。

 では、どうして頑丈な基礎が必要なのか?
 それは大きな空間のある柱の少ない間取りになれば、一本の柱に集中して建物の自重が加わり、その重さは数トンにも達する場合があるからです。また、耐力壁には地震時に大きな力が作用します。
 つまり、建物の重さだけを支えるのであれば、たった30cm角のコンクリートでも大丈夫なのですが、柱の間隔は均等に配置されているわけではなく、一つの柱が負担する自重や地震力には、結構大きなバラツキがあり、その安全性を考えれば、上のようなコンクリート強度が必要になるのです。

 設計強度を18N/mm2以上、21N/mm2を基本とする理由
 設計段階では、コンクリートの実際の強度を1/3に低減して設計しています。1/3も低減するのは、やはりコンクリートの品質管理が難しいからですね。1/3低減は、一種の安全率です。
 その結果、局所的な大きな力が加わる基礎には、最低でも18N/mm2程度は必要で、慣例的には21N/mm2のコンクリート強度を設計強度としているケースがほとんどです。

 まとめ
 つまり、大きな空間を作って柱の間隔が広くなり、一つの柱が大きな自重を負担する場合や、強い耐力壁を配置している場合は、局所的に大きな力が柱に作用し、それが基礎にも伝達されるので、基礎コンクリートは一定の強度が必要になるのです。そして、これらを勘案して18〜21N/mm2を住宅の基礎の設計強度としています。


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