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「複合フーチング」って、ふつうの基礎と何が違うんですか？柱1本に1個ずつ基礎をつけるイメージしかなくて…
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いい質問だね。たしかに普通は「独立フーチング」といって、柱1本の真下に四角い基礎を1枚ずつ置く。でも、それができない場面が出てくるんだ。たとえば2本の柱が近すぎて、独立フーチングを置くと底面同士が重なってしまうとき。あるいは外側の柱が敷地境界線ギリギリに立っていて、その柱の真下に基礎を対称に置けないとき。そういうときに、2本の柱をまとめて1枚の細長い基礎で受ける。これが「複合フーチング」だよ。
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なるほど。2本まとめて支えるんですね。でも、2本の柱の重さがバラバラだったら、基礎の片側だけ強く押される気がするんですが…
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まさにそこが設計の肝なんだ。基礎が地面を押す力を「接地圧」というんだけど、理想は底面ぜんぶが同じ強さで均一に押すこと。そのためには、2本の柱荷重を合わせた「合力」が、フーチングの図心（重心）をちょうど通ればいい。でも左の柱が600kN、右が1000kNみたいに重さが違うと、合力は重い右側に寄る。図心からズレた距離が「偏心量 e」だ。左のスライダーで P₂ を上げてみて。偏心が増えて、接地圧の判定が変わっていくのが見えるはずだ。
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やってみました！P₂ を上げると、接地圧が右上がりの台形になって、最大接地圧がぐんぐん増えますね。この「台形」って何か意味があるんですか？
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偏心があると、接地圧は均一な「長方形」じゃなく、重い側が高く軽い側が低い「台形」に傾く。これは梁の曲げと同じで、軸力に曲げモーメントが重なるからなんだ。最大接地圧は p_max = P/(LB)·(1+6e/L)。偏心 e が大きいほど 6e/L の項が効いて、ピークが跳ね上がる。だから偏心はできるだけ小さく抑えたい。
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偏心をもっと大きくしていったら、判定が「一部が浮上り（核外）」に変わって、断面図の片端が浮きました。これはマズいやつですか？
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そう、それが「核（コア）」の話だ。フーチング長さの中央 1/3、中心から ±L/6 の範囲を「核」と呼ぶ。偏心がこの核の中に収まっていれば、底面全体が圧縮されて台形でおさまる。でも核の外に出ると、計算上は基礎の一端が地盤を「引っ張る」ことになる。地盤は引張に耐えられないから、その端は浮き上がって接地が切れる。残った部分に荷重が集中して、接地圧は三角形に崩れ、ピークが急に高くなるんだ。だから設計の基本は「偏心を核内に収める」こと。核外になったら、フーチングの形や柱の位置を見直すサインだよ。
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わかってきました。じゃあ接地圧が大きすぎたら、フーチングをただ大きくすればいいんですか？
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幅 B を広げれば底面積が増えて、平均接地圧は下がる。でも偏心が核外まで出ているときは、面積を増やすだけだと三角形分布のまま頭打ちになることがある。そういうときは、まず「合力が図心を通る」ようにフーチングの長さや張り出しを調整して偏心を核内に戻す。それでも足りなければ、地盤改良や杭基礎に切り替える。順番が大事で、「まず偏心、つぎに面積」と覚えておくといいよ。
複合フーチングの接地圧はどう計算しますか？
まず2本の柱荷重の合計 P を求め、その合力がフーチングの図心からどれだけずれているか（偏心量 e）を計算します。次に平均接地圧 q = P/(L·B) を求めます。偏心が核（L/6）の内側にあれば、接地圧は台形分布になり最大接地圧 q_max = q·(1+6e/L)、最小接地圧 q_min = q·(1−6e/L) で計算できます。本ツールはこの一連の計算を自動で行い、許容支持力との比較も表示します。
「核（コア）」とは何ですか。なぜ重要なのですか？
核（kern）はフーチング底面の中央 1/3 の範囲、長さ方向では中心から ±L/6 の範囲を指します。合力の作用点がこの核の内側にあれば、底面全体が圧縮されて接地圧は台形分布になります。逆に核の外側に出ると、フーチングの一端が地盤を引っ張る計算になりますが地盤は引張に抵抗できないため、その端が浮上り、接地圧は三角形分布に崩れて最大値が急増します。基礎設計では合力を核内に収めることが基本目標です。
なぜ2本の柱を1枚のフーチングで支えるのですか？
主な理由は2つあります。1つは2本の柱が近接していて、独立フーチングにすると底面が重なってしまう場合。もう1つは外柱が敷地境界線ぎりぎりに立っていて、独立フーチングを柱の真下に対称配置できない場合です。複合フーチングを使えば、近接柱を1枚で受けたり、境界柱の偏心荷重を内側の柱とバランスさせて、地盤に伝わる接地圧をできるだけ均一に近づけることができます。
接地圧が許容支持力を超えたらどうすればよいですか？
最大接地圧が地盤の許容支持力を超えたら、(1) フーチングの幅 B または長さ L を大きくして底面積を増やす、(2) 柱の位置やフーチングの形状を調整して合力を図心に近づけ偏心を減らす、(3) 地盤改良や杭基礎への変更を検討する、という順で対策します。特に偏心が核外に出ている場合は、まず偏心を核内に戻すことが最優先で、底面積を増やすだけでは台形に戻らないことがあります。
敷地境界線上の建物： 都市部の建物では、外周の柱が敷地境界線のすぐ内側に立つことが多くあります。境界柱の真下に独立フーチングを対称に置くと、基礎が隣地にはみ出してしまいます。そこで境界柱と1つ内側の柱を1枚の複合フーチングで結び、内側柱の重さで境界柱の偏心を打ち消す「ストラップ（梁つき）基礎」や複合フーチングが用いられます。本ツールの偏心計算は、こうした基礎の合力位置を素早く確認するのに役立ちます。
柱が近接する構造： エキスパンションジョイントの両側に立つ柱、階段室まわりの密集した柱など、柱間距離が小さい箇所では独立フーチングの底面が干渉します。2本をまとめた複合フーチングにすれば、必要な底面積を確保しつつ干渉を避けられます。設計では2本の荷重差から生じる偏心と接地圧分布の傾きを必ずチェックします。
機械基礎・設備基礎： 2台の機器や2本の支柱を1枚の基礎で受ける機械基礎でも、複合フーチングの考え方が使われます。荷重が左右で異なる場合は接地圧が傾き、不同沈下の原因になります。本ツールのように接地圧の最大・最小を確認し、傾きを許容範囲に収める設計が求められます。
基礎設計の予備検討とCAE： 詳細な地盤連成FEM解析やバネ支承モデルを組む前に、本ツールのような剛体フーチング＋直線分布の手計算で「接地圧がどのくらい傾くか」「核外になっていないか」を当たりづけします。概算で核外と分かれば、FEMを回す前に寸法や配置を見直せます。逆にFEM結果がこの概算と大きく食い違うなら、地盤バネの設定や境界条件のミスを疑うサニティチェックにもなります。
まず大きな誤解が、「接地圧は地盤に一様にかかる」 という思い込みです。本ツールの台形・三角形分布は、フーチングを十分に剛な板とみなし、地盤を線形バネと仮定した「直線接地圧分布」モデルです。実際の接地圧は地盤の種類で形が変わります。砂質地盤ではフーチング縁の拘束が弱く、中央が高い凸型に近づきます。逆に粘土地盤では縁に応力が集中して両端が高い凹型（鞍型）になりやすいです。直線分布はあくまで設計用の単純化であり、最大値の位置と大きさは安全側の目安として使ってください。
次に、「核内に収まっていれば安全」 という早合点です。偏心が核内で台形分布になっていても、最大接地圧が地盤の許容支持力を超えていれば設計はNGです。核の判定（台形か三角形か）と、許容支持力の判定（強度が足りるか）は別の話で、両方を満たして初めて合格です。本ツールは核内外と許容値超過を別々に表示するので、両方を必ず確認してください。また、許容支持力には支持力（地盤のせん断破壊）と沈下量の両面があり、強度が足りても沈下が過大なら不可になります。
最後に、「柱荷重は鉛直力だけ考えればよい」 という単純化です。本ツールは2本の鉛直柱荷重だけを扱い、偏心は荷重差から生じるものとしています。しかし実際の基礎には、地震や風による水平力、柱脚の曲げモーメント、土圧、偏土圧なども作用します。これらは追加の偏心や接地圧の傾きを生み、組み合わせると核外に出ることもあります。本ツールの結果は鉛直荷重だけの基本ケースであり、実設計では水平力・モーメント・荷重組み合わせを含めた検討が必須です。