このページでは、コンクリートの側圧計算のフリーソフトについて紹介しています。
型枠の側圧とは、流し込まれたコンクリートが型枠を押し広げようとする力のことです。
側圧の計算方法をを間違えると、コンクリートを流し込んだときに、型枠が崩壊し、生コンが溢れ出してしまうこともあります。
そのため、型枠側圧計算を行う場合は、コンクリートの柱や壁に発生する問題を考慮して計算を行う必要があります。
ここでは、型枠側圧計算におすすめのフリーソフトの紹介とコンクリートの側圧で注意するポイントについて解説していきます。
フリーソフトを使ったコンクリート側圧計算方法
型枠側圧計算におすすめのソフトについてですが、柱・壁にかかるコンクリートの側圧計算に特化したフリーソフトは多くありません。
床板型枠や梁型枠の型枠支保工計算ソフトは多くの種類がありますが、無料で使える型枠側圧計算のフリーソフトは数が少ないです。
今回は、その中で特に簡単に利用できる無料の型枠側圧計算のアプリは2つ紹介します。
型枠支保工計算ソフトについては、「型枠支保工計算ソフトおすすめ４選！機能の違いを徹底比較！」で詳しくまとめていますので、そちらをご確認ください。
「型枠支保工計算ソフトおすすめ４選！機能の違いを徹底比較！」のまとめ
「型枠計算テンプレート 02」を使ったコンクリートの側圧計算方法
「型枠計算テンプレート02」は、型枠の構造計算をするためのエクセルツールですが、コンクリートの柱や壁の側圧計算ができる機能を有しています。
もともとは、各部材や荷重に応じた部材間隔を単純梁として逆算するフリーソフトのアプリですが、コンクリートの側圧計算だけを行いたい場合は、「2.検討条件」で以下の4つの項目を入力すれば、コンクリートの側圧を簡単に計算できます。
・コンクリートの単位体積重量
・構造物形状（柱、壁[3m以下]、壁[3m越]）
・コンクリートの打設速さ（10m以下、10m超20m以下、20m超）
・コンクリートの打設高さ
コンクリートの側圧の計算方法には、いろいろな側圧推定式がありますが、こちらでは、建築工事標準仕様書の荷重算定式が用いられています。
（ 建築工事標準仕様書・同解説 JASS 5 鉄筋コンクリート工事 2003 ）
W₀（kN/m³）：フレッシュコンクリートの単位容積質量（t/m³）に重力加速度を乗じたもの
H（m）:フレッシュコンクリートのヘッド（側圧を求める位置から上のコンクリートの打込み高さ）
「コンクリートの側圧計算ツール」を使ったコンクリートの側圧計算方法
「コンクリートの側圧計算ツール」は、コンクリートの側圧に影響する項目を入力することで、簡単にコンクリートの側圧計算ができるオンラインツールです。
「コンクリートの側圧計算ツール」は、ダウンロードして利用するようなフリーソフトではなく、ブラウザ上で動作するツールとなります。
このコンクリートの側圧計算ツールでは、以下の3項目を入力すれば、コンクリートの柱や壁の側圧を簡単に計算できます。
・打ち込み高さ
・打上り速度
・型枠内コン温度
このコンクリート側圧計算ツールでは、土木学会標準示方書の荷重算定式が用いられています。
「型枠計算テンプレート02」ツールとは、計算式が異なりますので、ご注意ください。
（ 2012年制定 コンクリート標準示方書 施工編 土木学会 ）
W₀（kN/m3）:コンクリートの単位容積質量（t/m3）に重力加速度を乗じたもの
R（m/h）:コンクリートの打上り速度
T（℃） : 型枠内のコンクリート温度
H（m） :コンクリートの打上り高さ
使用上の注意点
コンクリートの側圧計算ツールでは、3項目を入力すれば、簡単にコンクリートの側圧を計算できますが、計算条件を理解しないまま使用すると、間違った解釈で打設に失敗する場合もあります。
コンクリートの側圧計算アプリでは、以下のような条件で計算されていますので、利用する場合は、しっかり理解しましょう。
・側圧が液圧を超えた場合は、液圧を用いる
・側圧が上限値を超えた場合は、上限値を用いる
コンクリート側圧計算で注意するポイント
型枠の側圧は、流し込まれたコンクリートが型枠を押し広げようとする力で、コンクリートを型枠内に流し込んでいくと真下にかかる重量、型枠に働く力に分かれます。
側圧は、コンクリートの重量以外に、幅の広さや生コンのスランプのやわらかさでも変わってきます。
つまり、型枠を設計する上で最も重要なことは、コンクリートを型枠に流し込んだときの側圧といえます。
コンクリートでは、以下のような問題を考慮して側圧計算を行う必要があります。
・骨材の内部摩擦やアーチ作用
・セメントペーストの粘性
・セメントの凝結
・コンクリートの打ち込み速度や型枠の材質
・気温または突き固めの問題
・バイブレーターや剛性などの影響を受ける可能性
柱や壁にかかるコンクリート側圧の特徴
こちらは、柱や壁にかかるコンクリート側圧の特徴をまとめたものです。
コンクリート側圧の特徴を知ることは、問題点を把握することにつながりますので、覚えておきましょう。
１．型枠に作用する側圧は、打ち込み高さによって上昇するが、ある高さで側圧が最大となり、その後コンクリートの高さが増加しても側圧の最大値は変わらない。
２．コンクリートの側圧は、コンクリートを打ち上げる高さの速度に比例して、側圧が大きくなる。
３．気温の高さ、凝結の早さ、スランプの大きさ、単位容積質量の大きさに反比例して、側圧は小さくなる。（気温高い・凝結早い・スランプ小さい・質量小さい→側圧小さくなる）
４．コンクリートポンプなどで軟らかいコンクリートを柱や壁に急速に打ち込む場合は、ほとんど液圧として作用する。
５．高性能AE減水剤を使用したコンクリートなどの流動性の高いコンクリートの側圧は、液圧に近くなる。
型枠側圧計算は、建築と土木で計算式が異なります
ここまで、型枠側圧計算におすすめのフリーソフトの紹介とコンクリートの側圧で注意するポイントについて解説しました。
型枠側圧計算は、建築と土木で計算式が異なります。
使用するソフトがどのような計算式用いてコンクリートの側圧を計算しているか、しっかり理解した上で利用するようにしましょう。
また、コンクリートの側圧に関する特徴もしっかり理解しましょう。
型枠を設計する上で、コンクリートを型枠に流し込んだときの側圧を理解することが最も重要なことなので、単にフリーソフトを利用するのではなく、どのような問題が発生するのか計算方法を考慮するようにしてください。
コンクリートの側圧計算について
コンクリートを型枠に流し込む際、その側面にかかる圧力のことを「側圧」といいます。この側圧を正確に把握し、計算することは型枠の設計や施工の重要な要素です。適切な側圧計算がなされない場合、型枠が崩壊し重大な事故につながる可能性があります。
コンクリートの側圧計算は、建設工事の安全性と品質を確保するために不可欠な作業です。その計算には様々な要素が絡んでおり、正確な計算とその結果に基づいた施工が求められます。専用ソフトウェアを活用することで、より効率的かつ安全に工事を進めることが可能です。これにより、型枠の崩壊などの重大な事故を未然に防ぐことができます。
コンクリートの側圧とは
型枠の中にコンクリートを投入すると、その重量によって型枠の側面に圧力が加わります。この現象は型枠工事において避けて通ることはできません。コンクリートの側圧は型枠の材料選定や設計に大きな影響を与えます。そのため、側圧を正確に計算し、適切な強度を持つ型枠を構築する必要があります。
側圧計算の重要性
側圧計算は単に型枠の強度を確保するだけでなく、工事全体の安全性を確保するために欠かせない作業です。設計者はもちろん、現場で作業する型枠工事の職人もこの計算方法を理解しているべきです。設計者が行った計算に誤りがあった場合、現場の職人が指摘し、修正を求めることが安全な施工に繋がります。
側圧計算の方法
側圧の計算は壁や柱など、構造物によって異なります。さらに、コンクリートの質や流し込む速度、型枠の高さなど多くの要因が影響します。特に、コンクリートを速く流し込むと圧力が増し、型枠が壊れるリスクが高まります。これは、流し込む速度が側圧に直接影響を与えるためです。
実際の型枠工事における側圧計算
現場では、型枠工事の遅れを取り戻すためにコンクリートの流し込み速度を速めたいという誘惑があります。しかし、設計段階では流し込み速度も考慮されており、速度を上げれば側圧が増して型枠が崩壊する危険性が高まることを認識しておかなければなりません。安全な工事を行うためには、設計された速度を守ることが基本です。
コンクリートの側圧計算をサポートするソフトウェア
現代の建設現場では、側圧計算の精度を高めるために専用のソフトウェアが利用されています。これらのソフトウェアは、コンクリートの特性や施工条件を入力することで、迅速かつ正確に側圧を計算してくれます。これにより、設計者や施工者はデータに基づいた決定を行うことができ、工事の安全性と効率が向上します。
コンクリートの側圧に影響を与える要因とその詳細
コンクリートが型枠に及ぼす側圧は多くの要因によって決まります。この側圧を理解し、正確に計算することは、安全で効率的なコンクリート打設を行うために不可欠です。本記事では、具体的な要因とその影響について詳しく解説するとともに、コンクリートの側圧計算ソフトの利点についても触れます。
以下のように、コンクリート側圧についての知識を深め、適切な計算ツールを利用することで、安全で効率的な建設作業が実現できます。
打ち込み速度
コンクリートの打ち込み速度とは、コンクリートを型枠にどれだけ早く注入するかを指します。この速度は型枠に加わる側圧に直接的な影響を及ぼします。コンクリートをゆっくりと流し込むほど、型枠にかかる側圧は小さくなります。なぜなら、ゆっくり打ち込むことで、コンクリートが途中で固まり、側圧が分散されるからです。
コンシステンシー（練り度）
コンシステンシーは、コンクリートの柔らかさを示す指標です。コンシステンシーの高い（柔らかい）コンクリートは、内部の摩擦角が小さく、まるで液体のように流れます。これにより、型枠にかかる側圧が大きくなります。一方、硬いコンシステンシーを持つコンクリートは、固まりやすいため、型枠への圧力が低く抑えられます。
重量密度
コンクリートの単位容積重量はその重さを示します。この値が大きいほど、同じ体積のコンクリートでも重量が増加し、型枠にかかる側圧が増します。高密度のコンクリートを使用する場合は、側圧を十分考慮する必要があります。
温度と気温
コンクリートの温度および周囲の気温は、コンクリートの固まりやすさ、したがって側圧に大きく影響します。高温環境下では、コンクリートが早く固まるため、側圧が低減します。一方、低温環境では固まりにくく、側圧が高くなる傾向があります。
型枠表面の滑らかさ
型枠の表面が滑らかであると、コンクリートとの摩擦が減り、コンクリートがより流動的になります。その結果、型枠に加わる最大側圧が増加する可能性があります。型枠の素材や仕上げ状態も側圧に影響する重要な要因です。
透水性および漏水性
型枠自体の透水性や漏水性も側圧に影響します。例えば、ベニヤ板の型枠は水を通しやすく、これによりコンクリートの水分が一部逃げるため、側圧が低くなります。型枠の材質や製造方法によって透水性は異なるため、適切な材料選定が重要です。
水平断面の形状
柱や厚い壁の型枠など、特定の形状の型枠では、縦方向のアーチ効果が低下し、最大側圧が増加する可能性があります。これに対処するためには、側圧の均一分散を図る設計が求められます。
バイブレータの使用
バイブレータは、固まっていないコンクリートに振動を与え、気泡を除去するためのツールです。バイブレータを使用すると、内部摩擦角が大きく減少し、コンクリートが液体のように振る舞います。その結果、型枠にかかる側圧が増加するため、使用時には特別な注意が必要です。
鉄骨や鉄筋の影響
鉄骨や鉄筋の量は、コンクリート内での側圧分布に影響を与える要因です。これらの構造要素が多いと、上部から下部への荷重伝達を妨げ、相対的に側圧が低減します。しかし、適切な配筋設計が求められるため、専門的な知識が必要です。
コンクリート側圧計算ソフトの利便性
上記の各要因を正確に評価し、側圧を計算するためには、高度な計算能力と専門知識が求められます。そこで役立つのが「コンクリートの側圧計算ソフト」です。これらのソフトウェアは、各要因を迅速かつ正確に計算し、安全な型枠設計をサポートします。また、リアルタイムでの計算やシミュレーションが可能であるため、設計プロセスの効率化が図れます。
具体的には、これらのソフトは入力されたデータに基づいて側圧を自動計算し、最適な型枠設計を提案します。また、多くのソフトはユーザーフレンドリーなインターフェースを持ち、設計者にとって使いやすい仕様となっています。
コンクリート構造の側圧計算とその詳細
コンクリート構造部材の側圧計算は、施工の安全性と品質を確保するために欠かせないプロセスです。さまざまな要因によって変動する側圧に対して適切な設計を行うためには、詳細な解析や計算支援ソフトの活用が求められます。これにより、最も効果的で安全な施工を実現することが可能となります。
コンクリート構造部材の設計と側圧計算
コンクリート構造物の設計において、側圧計算は重要な項目です。特にレディミクストコンクリート（Ready-Mixed Concrete）の単位体積質量は約2.3～2.4 t/m³とされており、これが施工時の側圧として影響を及ぼします。この側圧は、コンクリートのスランプ（コンクリートの流動性を示す指標）、打ち上がり速度、鉄筋量、振動締固め時間、衝撃荷重、そして現場の地形や偏心荷重など、さまざまな要因によって変動します。
また、土木用途と建築用途ではコンクリート部材の厚さや配合が異なることから、側圧についても同様に異なる考慮が必要です。流動性が高いコンクリートの場合、型枠に対して液圧として作用する可能性があるため、これを元にした設計が求められます。型枠を組み立てる際には、周囲の温度や打ち上がり速度などの仮定条件を設定し、それに対応できる構造にする必要があります。
コンクリートに作用する具体的な側圧の解析
具体的な土木用コンクリートの側圧計算の例を見てみましょう。側圧は外気温と打ち上がり速度に大きく影響されます。たとえば、夏季のように外気温が高いとコンクリートの硬化速度も速くなり、その結果、側圧は比較的小さくなります。一方、冬季では硬化速度が遅くなるため、側圧は大きくなります。
標準的な施工での打ち上がり速度は、1時間あたり約2mが適切とされており、これを超えると側圧が異常に大きくなる危険性があります。この際、型枠の破壊やコンクリート中の粗骨材の沈降による水平ひび割れなどの問題が発生し、最終的にはコンクリート構造部材の品質低下につながる恐れがあります。
側圧計算支援ソフトの活用
今日では、これらの複雑な側圧計算を効率的に行うためのソフトウェアも多く利用されています。これらの計算支援ソフトは、コンクリートの流動性、打ち上がり速度、外気温度、鉄筋量、締固め時間など多岐にわたるパラメータを基に計算を行い、最適な型枠設計を支援します。
これらのソフトを利用することで、設計者は迅速かつ正確な側圧計算が可能となり、現場での施工効率と安全性を向上させることができます。特に大規模な土木工事や複雑な建築物においては、適切な側圧計算がコンクリート構造物の品質保証につながるため、これらの技術は非常に重要です。
ACI公式に基づいたコンクリート側圧の検討
概要と背景
本稿では、コンクリートの側圧計算に関する実験とその結果について詳述します。ACI公式に基づいた側圧の検討を行い、実際のコンクリート打設における側圧の変動を観察しました。具体的な打設速度と外気温の条件下で行われた測定結果を元に、側圧の最大値やその後の変化について解析しています。
実験条件と打設条件
コンクリートの鉛直方向打設速度、打設時の外気温に基づき、ACI公式を用いて側圧Pを計算する。セパレーターに作用する荷重を求めるために、セパレーター間隔をピッチで設定し計算を行う。これにより、セパレーター1本あたりの荷重が求まる。この結果は、セパレーターの破断強度を下回るものであった。
測定装置と配置
測定対象となった構造物は、三面張りU型構造であった。壁部の高さ、壁厚は0.6mから1.0mの範囲で、測定は壁部下端から4箇所の位置で行いました。最大側圧値を示したゲージの値を採用し、詳細な解析を行いました。測定には、セパレーター端部にひずみゲージを貼り付け、更にジョイントナットで接続して行いました。ひずみゲージは事前にキャリブレーションを行っており、精度の高い結果を得ることができました。
結果と解析
コンクリートの配合は、セメント量、水セメント比、スランプ、空気量、鉄筋量の条件を設定した。ゲージにおける側圧の測定結果、打設速度と経過時間に対する側圧の関係を図示しましょう。ゲージの測定値は、1時間あたりの打設速度から、セパレーター1本に作用する荷重を求めます。その後、コンクリートの硬化が進むに連れて側圧が減少する様子を確認しましょう。
この現象は、側圧が最大値を示した直後から1時間30分後には半減するという結果を示しています。
さらに、側圧の変動を数式で表すことによって数式が得られ、側圧が急速に減衰することが視覚的に確認できます。
実験結果からの考察
今回の実験結果から、コンクリートの側圧として作用する水平力の測定結果が得られました。コンクリート打設後、最大側圧が半減するという事実が確認されました。
また、コンクリートの凝結の始発から終結までの時間を確認すると、練混ぜから最大荷重発生まで時間を要し、その後に硬化が進行し、打設後6時間経過で強度発現が見られました。
側圧の作用時間は短時間であるものの、これを適切に評価し打設速度と打設時間の管理を行うことが重要です。今回の測定結果を踏まえ、ソフトウェアを用いた側圧予測モデルの開発や検証など、さらなる研究の方向性を示唆する結果となりました。
さらなるコンクリート側圧の検討の方向性
今後は、より多くの条件下での実験を行い、側圧予測モデルの精度向上を目指すと共に、新しい測定技術やソフトウェアを活用した解析手法の導入も検討する価値があります。また、コンクリートの配合や打設条件の違いによる側圧の変動を詳細に解析し、実際の現場での適用可能性を高めるための指針を提供することが求められます。これにより、安全かつ効率的なコンクリート施工が期待されます。