(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地震時における木造建築物の倒壊に至るまでの時刻歴応答解析をコンピュータに実行させるための木造建築物の倒壊シミュレーションプログラムであって、
複数の節点と複数種類のバネとを組み合わせて前記木造建築物をモデル化した解析モデルの情報と、当該解析モデルに含まれるバネの種類に応じたパラメータ情報と、を入力ファイルから読み込む第１ステップと、
前記第１ステップで入力ファイルから読み込んだパラメータ情報に基づき、前記解析モデルのバネの種類に応じた要素剛性マトリックスを決定する第２ステップと、
前記第２ステップで決定した要素剛性マトリックスにより、個別要素法を用いて各バネに作用する応力を算出する第３ステップと、
前記第３ステップで算出した各バネに作用する応力を、各バネが接続される節点ごとに加算する第４ステップと、を有し、
前記解析モデルは、前記木造建築物の軸組部材が弾塑性バネ及び梁要素によってモデル化されているとともに、この軸組部材の弾塑性バネに対応する前記パラメータ情報には、当該軸組部材の梁要素の曲げ強度を示す最大曲げモーメントが含まれており、
第３ステップにおいて、軸組部材の弾塑性バネに作用する応力を算出する際、当該軸組部材の梁要素に加わる曲げモーメントと、前記最大曲げモーメントとを比較し、その比較結果に基づき、当該軸組部材の折損を判定することを特徴とする木造建築物の倒壊シミュレーションプログラム。
【請求項２】
前記軸組部材の折損の判定は、前記軸組部材の梁要素に加わる曲げモーメントが、前記最大曲げモーメントを超えてゼロの回転角に達したときに行われることを特徴とする請求項１記載の木造建築物の倒壊シミュレーションプログラム。
【請求項３】
前記解析モデルは、さらに接合部の弾塑性バネ、接合部の弾塑性回転バネ、鉛直構面及び水平構面のトラスバネ、圧縮筋違バネ、引張筋違バネに分けてモデル化されており、
前記入力ファイルには、これらモデル化されたバネの種類に応じたパラメータ情報が含まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の木造建築物の倒壊シミュレーションプログラム。
【請求項４】
前記解析モデルの基礎反力、各階水平力、地盤絶対変位、各階絶対変位の各計算値を前記入力ファイルに規定された時間刻み毎に算出し、時刻歴データとして出力ファイルに出力することをコンピュータに実行させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の木造建築物の倒壊シミュレーションプログラム。
【請求項５】
前記出力ファイルには、前記解析モデルの各要素の座標の時刻歴データが保存されている軌跡ファイルと、前記各計算値の時刻歴データが保存された計算結果ファイルと、計算後の解析モデルの要素及びバネに関する情報が保存された解析継続ファイルと、が含まれており、
前記解析モデルの各要素の座標の時刻歴データ、前記各計算値の時刻歴データ、計算後の解析モデルの要素及びバネに関する情報を出力させるステップをコンピュータに実行させることを特徴とする請求項４に記載の木造建築物の倒壊シミュレーションプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地震時における木造建築物の倒壊に至るまでの時刻歴応答解析を行う木造建築物の倒壊シミュレーションプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大規模地震において既存木造建築物に大きな被害が出たことから木造建築物の耐震性能が注目されるようになり、研究分野においても木造建築物の実物大の振動台実験などが行われるようになってきた。しかし、実物大の振動台実験では、膨大な費用と労力及び時間が掛かってしまうという問題があった。
【０００３】
そこで、近年では、コンピュータの高性能化も相まって、建築物の地震時の挙動をシミュレーションプログラムによって計算・シミュレートすることにより建築物の時刻歴応答解析が行われるようになってきている。
【０００４】
このような建築物の時刻歴応答解析としては、従来、マトリックス法に代表される有限要素法（Finite Element Method：ＦＥＭ）を用いたシミュレーションプログラムにより行われることが一般的であった。
【０００５】
しかし、有限要素法では、全体剛性マトリックスを計算していかなければならないため、倒壊まで追跡するには極端な非線形性を考慮しなければならず、特に、部材の破断（木材の折損）、亀裂の進展といった極端に破壊が進行した状態において計算の中で不釣合い力を処理することが難問であった。特に、木造建築物では、倒壊限界は層間変形角が１／５rad.を超える大変形域に達することもあり、有限要素法によるシミュレーションプログラムによって、変形が進行した状態から倒壊に至るまでの木造建築物の挙動を、地震時の実際の建築物の挙動と一致するように精度よく計算・シミュレートすることは甚だ困難であった。
【０００６】
この問題を解決するため、本発明者は、破壊が進行した大変形域から倒壊に至るまでの地震時の実際の挙動を精度よくシミュレートするには、非連続体解析法の１つである個別要素法（Distinct Element Method：ＤＥＭ）を用いることが有効ではないかと考え、個別要素法を基本原理とした本発明に係るシミュレーションプログラムを開発するに至った。この個別要素法を用いたシミュレーション手法は、土木分野で土砂や岩盤の崩壊などの非連続体の挙動を解析する手法として開発されたものであり、本発明者が適用を試みるまでは木造建築物の地震時の応答解析に個別要素法が用いられることはなかった。
【０００７】
なお、地震時の応答解析ではないが個別要素法を建築物に応用した例としては、特許文献１に「建造物崩壊シミュレーション方法」が開示されている。しかし、この特許文献１に記載の建造物崩壊シミュレーション方法は、ＲＣ（鉄筋コンクリート）造の建築物を爆破により崩壊させる際のシミュレーション方法であり、爆破により粉々になったＲＣ造の建築物に適用することはできるが、木造建築物の地震時の時刻歴応答解析に適用できるものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−２１１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、この発明は、前記従来技術の問題を解決し、地震時における木造建築物の倒壊に至るまでの時刻歴応答解析を地震時の実際の挙動と一致するよう高精度に行うことができる木造建築物の倒壊シミュレーションプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、地震時における木造建築物の倒壊に至るまでの時刻歴応答解析をコンピュータに実行させるための木造建築物の倒壊シミュレーションプログラムであって、複数の節点と複数種類のバネとを組み合わせて前記木造建築物をモデル化した解析モデルの情報と、当該解析モデルに含まれるバネの種類に応じたパラメータ情報と、を入力ファイルから読み込む第１ステップと、前記第１ステップで入力ファイルから読み込んだパラメータ情報に基づき、前記解析モデルのバネの種類に応じた要素剛性マトリックスを決定する第２ステップと、前記第２ステップで決定した要素剛性マトリックスにより、個別要素法を用いて各バネに作用する応力を算出する第３ステップと、前記第３ステップで算出した各バネに作用する応力を、各バネが接続される節点ごとに加算する第４ステップと、を有し、前記解析モデルは、前記木造建築物の軸組部材が弾塑性バネ及び梁要素によってモデル化されているとともに、この軸組部材の弾塑性バネに対応する前記パラメータ情報には、当該軸組部材の梁要素の曲げ強度を示す最大曲げモーメントが含まれており、第３ステップにおいて、軸組部材の弾塑性バネに作用する応力を算出する際、当該軸組部材の梁要素に加わる曲げモーメントと、前記最大曲げモーメントとを比較し、その比較結果に基づき、当該軸組部材の折損を判定することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の木造建築物の倒壊シミュレーションプログラムにおいて、前記軸組部材の折損の判定は、前記軸組部材の梁要素に加わる曲げモーメントが、前記最大曲げモーメントを超えてゼロの回転角に達したときに行われることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の木造建築物の倒壊シミュレーションプログラムにおいて、前記解析モデルは、さらに接合部の弾塑性バネ、接合部の弾塑性回転バネ、鉛直構面及び水平構面のトラスバネ、圧縮筋違バネ、引張筋違バネに分けてモデル化されており、前記入力ファイルには、これらモデル化されたバネの種類に応じたパラメータ情報が含まれていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の木造建築物の倒壊シミュレーションプログラムにおいて、前記解析モデルの基礎反力、各階水平力、地盤絶対変位、各階絶対変位の各計算値を前記入力ファイルに規定された時間刻み毎に算出し、時刻歴データとして出力ファイルに出力することをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の木造建築物の倒壊シミュレーションプログラムにおいて、前記出力ファイルには、前記解析モデルの各要素の座標の時刻歴データが保存されている軌跡ファイルと、前記各計算値の時刻歴データが保存された計算結果ファイルと、計算後の解析モデルの要素及びバネに関する情報が保存された解析継続ファイルと、が含まれており、前記解析モデルの各要素の座標の時刻歴データ、前記各計算値の時刻歴データ、計算後の解析モデルの要素及びバネに関する情報を出力させるステップをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明は、前記のようであって、請求項１に記載の発明によれば、地震時における木造建築物の倒壊に至るまでの時刻歴応答解析をコンピュータに実行させるための木造建築物の倒壊シミュレーションプログラムであって、複数の節点と複数種類のバネとを組み合わせて前記木造建築物をモデル化した解析モデルの情報と、当該解析モデルに含まれるバネの種類に応じたパラメータ情報と、を入力ファイルから読み込む第１ステップと、前記第１ステップで入力ファイルから読み込んだパラメータ情報に基づき、前記解析モデルのバネの種類に応じた要素剛性マトリックスを決定する第２ステップと、前記第２ステップで決定した要素剛性マトリックスにより、個別要素法を用いて各バネに作用する応力を算出する第３ステップと、前記第３ステップで算出した各バネに作用する応力を、各バネが接続される節点ごとに加算する第４ステップと、を有し、前記解析モデルは、前記木造建築物の軸組部材が弾塑性バネ及び梁要素によってモデル化されているとともに、この軸組部材の弾塑性バネに対応する前記パラメータ情報には、当該軸組部材の梁要素の曲げ強度を示す最大曲げモーメントが含まれており、第３ステップにおいて、軸組部材の弾塑性バネに作用する応力を算出する際、当該軸組部材の梁要素に加わる曲げモーメントと、前記最大曲げモーメントとを比較し、その比較結果に基づき、当該軸組部材の折損を判定するので、有限要素法をはじめとする従来のシミュレーションプログラムでは精度よくシミュレートすることができなかった変形が進行した状態から倒壊に至るまでの木造建築物の挙動を地震時の実際の建築物の挙動と一致するように精度よく計算・シミュレートすることができる。このため、地震時における木造建築物の倒壊に至るまでの時刻歴応答解析を地震時の実際の挙動と一致するよう高精度に行うことができ、特に通し柱の折損や、垂れ壁がついた柱の横架材接合部での折損現象を解析で表現することが可能となる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の木造建築物の倒壊シミュレーションプログラムにおいて、前記軸組部材の折損の判定は、前記軸組部材の梁要素に加わる曲げモーメントが、前記最大曲げモーメントを超えてゼロの回転角に達したときに行われるので、通し柱の折損や、垂れ壁がついた柱の横架材接合部での折損現象を解析で精度良く表現することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の木造建築物の倒壊シミュレーションプログラムにおいて、前記解析モデルは、さらに接合部の弾塑性バネ、接合部の弾塑性回転バネ、鉛直構面及び水平構面のトラスバネ、圧縮筋違バネ、引張筋違バネに分けてモデル化されており、前記入力ファイルには、これらモデル化されたバネの種類に応じたパラメータ情報が含まれているので、前記作用効果に加え、軸組構法で建造された木造建築物の構造特性を活かし、更に精度よく計算・シミュレートすることができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかに記載の木造建築物の倒壊シミュレーションプログラムにおいて、前記解析モデルの基礎反力、各階水平力、地盤絶対変位、各階絶対変位の各計算値を前記入力ファイルに規定された時間刻み毎に算出し、時刻歴データとして出力ファイルに出力することをコンピュータに実行させるので、前記作用効果に加え、計算結果の分析が容易となり、木造建築物の耐震設計や震災時の被害の低減など様々な研究に資することができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の木造建築物の倒壊シミュレーションプログラムにおいて、前記出力ファイルには、前記解析モデルの各要素の座標の時刻歴データが保存されている軌跡ファイルと、前記各計算値の時刻歴データが保存された計算結果ファイルと、計算後の解析モデルの要素及びバネに関する情報が保存された解析継続ファイルと、が含まれており、前記解析モデルの各要素の座標の時刻歴データ、前記各計算値の時刻歴データ、計算後の解析モデルの要素及びバネに関する情報を出力させるステップをコンピュータに実行させるので、前記作用効果に加え、計算結果の利用が容易となり、時刻歴応答解析をアニメーションや３Ｄ画像などで視覚化して確認することも容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】個別要素法による岩盤の崩壊シミュレーションの概念図である。
【図２】従来の個別要素法で計算する力の説明図である。
【図３】軸組のモデル化の概念図である。
【図４】同上のモデル化に用いた復元力特性の説明図である。
【図５】同上のモデル化に用いた骨格曲線を示すグラフである。
【図６】接合部のモデル化の概念図である。
【図７】同上のモデル化に用いた弾塑性バネの復元力特性を示すグラフである。
【図８】同上のモデル化に用いた弾塑性回転バネの復元力特性を示すグラフである。
【図９】鉛直構面のモデル化の概念図である。
【図１０】鉛直構面のモデル化に用いた復元力特性の説明図である。
【図１１】筋違のモデル化の概念図である。
【図１２】本発明の実施例に係るプログラム計算の流れを示す説明図である。
【図１３】解析モデルファイルの作成の流れを示す説明図である。
【図１４】軸組ファイルのフォーマットを示す説明図である。
【図１５】軸組モデルの各部の説明図である。
【図１６】構面ファイルのフォーマットを示す説明図である。
【図１７】構面モデルの各部の説明図である。
【図１８】筋違ファイルのフォーマットを示す説明図である。
【図１９】筋違モデルの各部の説明図である。
【図２０】重量ファイルのフォーマットを示す説明図である。
【図２１】解析モデルの重量指定を説明する説明図である。
【図２２】解析モデルの確認画面の一例を示す図である。
【図２３】解析モデルの外観の詳細設定ウィンドの一例を示す図である。
【図２４】パラメータファイルのフォーマットを示す説明図である。
【図２５】パラメータファイルに軸組バネの設定をする際のフォーマットを示す説明図である。
【図２６】パラメータファイルに接合部バネの設定をする際のフォーマットを示す説明図である。
【図２７】パラメータファイルに回転バネの設定をする際のフォーマットを示す説明図である。
【図２８】パラメータファイルに構面バネの設定をする際のフォーマットを示す説明図である。
【図２９】パラメータファイルに筋違バネの設定をする際のフォーマットを示す説明図である。
【図３０】各外力入力モードのイメージを示す説明図である。
【図３１】外力ファイルの地震波入力時のフォーマットを示す説明図である。
【図３２】外力ファイルのプッシュオーバー解析１のフォーマットを示す説明図である。
【図３３】外力ファイルのプッシュオーバー解析２のフォーマットを示す説明図である。
【図３４】計算条件ファイルのフォーマットを示す説明図である。
【図３５】計算プログラムの主要な計算の流れを示すフローチャートである。
【図３６】実験対象の木造住宅の各階平面図である。
【図３７】兵庫県南部地震の際に観測された地震波形（JMA Kobe）を１５０％に増幅した波形の加速度応答スペクトルを示すグラフである。
【図３８】１階の層間変位の時刻歴波形を振動台実験と解析モデルのシミュレーションとを比較して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［個別要素法］
先ず、本発明に係るプログラムの基本理論である個別要素法の概要を説明する。
背景技術で述べたように、地震時の木造建築物の倒壊までの時刻歴応答解析を精度よく追跡できる解析手法として、本発明に係るプログラムでは、従来の建築分野における構造解析で一般的に用いられてきた有限要素法の代わりに、各要素に作用する応力を個別に計算して、全体剛性マトリックスを解く必要なく、加速度、速度、変位増分等を求めることができる個別要素法を基本理論として採用した。個別要素法は、元来、図１に示したような土壌や岩盤の崩壊を計算するために開発された「非連続体解析法（バラバラな物体の挙動を計算する手法）」であるので、大変形域から倒壊に至るまでの建物の挙動解析を自然に行うことが可能である。
【００２２】
なお、個別要素法は、数値解析手法の中では動的陽解法のカテゴリーに入るものであり、従来の個別要素法を用いた解析手法では、図２に示したように、専ら物体と物体が接触した際にその反発力と摩擦力を計算するのみであった。このため、梁要素やトラス要素などの建築物の構造解析で一般的に用いられている構造要素が存在しなかった。そのため、建築分野では個別要素法を用いた研究例そのものが少なく、現状では、木造建築物を対象として個別要素法を用いた時刻歴応答解析ツールは存在しない状況である。
【００２３】
（数値解析手法）
次に、この個別要素法の数値解析法について説明する。
解析モデルは、有限要素法と同様、節点とバネとを組み合わせていくことで構築する。あるバネｉにおいて両端の節点１、２間の時刻t-1における全体座標系での変位ベクトル、応力ベクトルを下記（式１）、バネｉの変位ベクトル[ Di ]t-1、応力ベクトル[ Fi ]t-1の時刻t-1における部材座標系での変位ベクトル、応力ベクトルを下記（式２）、各ベクトルの時刻t-1〜ｔのΔｔ間の増分を下記（式３）とし、時刻t-1において外力の作用によりバネｉの両端の節点１、２に[Δdi ]tの変位増分があったとすると、要素剛性マトリックス[ Ki ]t、減衰マトリックス[ Ci ]tのバネiでは下記（式４）によって[ fi ]tを算出することができる。
【００２４】
【数１】
0005618200.tif 000002
【００２５】
【数２】
0005618200.tif 000003
【００２６】
【数３】
0005618200.tif 000004
【００２７】
【数４】
0005618200.tif 000005
【００２８】
ここで、全体座標系 → 部材座標系の座標変換マトリックスを[ Ti ]tとすると前記（式４）は、下記（式５）と表わすことができる。
【００２９】
【数５】
0005618200.tif 000006
【００３０】
前記式５を各バネにおいて計算し、各節点における応力ベクトル[ fi ]t1、[ fi ]t2を算出する。この応力ベクトルを、ある節点Ａに接続されるすべてのバネにおいて加算することで、節点Ａに作用する応力ベクトル[ FA ]tを算出する（式６）。
【００３１】
【数６】
0005618200.tif 000007
【００３２】
この式によって算出された応力ベクトルをNewmarkのβ法（平均加速度法 β＝1／4）によって数値積分を行い、時刻tにおける加速度[ aA ]t、速度[ vA ]t、変位増分[ΔDA ]tを算出する（式７）。
【００３３】
【数７】
0005618200.tif 000008
【００３４】
以上の計算を各要素、各時刻について行うことで、外力に対するモデル全体の応答を算出していく。このように、全体剛性マトリックスを解かずに各要素で個別に応力を算出する点が従来の有限要素法にはない個別要素法の特徴である。つまり、時刻が進むことによる要素間の応力の伝播によって釣り合いを保つため、不釣合い力の処理や、崩壊後の挙動などは特別な処理をすることなく解析をすることができる。
【００３５】
（解析モデルの構築）
次に、木造建築物の各構成部材のモデル化手法について説明する。本発明では、軸組構法により建造された木造建築物をモデル化するにあたって、各構成部材とその接合部を、軸組、接合部、鉛直構面及び垂直構面、筋違（すじかい）に分けてモデル化を行った。
【００３６】
（軸組のモデル化）
先ず、軸組のモデル化について説明する。
図３に示すように、柱、束、梁、桁、窓台、まぐさ等の軸組部材は、部材の折損を考慮するために弾塑性回転バネ（塑性ヒンジ）＋弾性梁要素でモデル化を行った。このモデルの入力された荷重と変形の関係を表わす復元力特性（履歴特性）は、図４に示した履歴則のものを用いた。ここで、部材の曲げ強度は、実験結果や文献などにより設定し、断面係数に従い最大曲げモーメントを決定した。
また、図５に示すように、この骨格曲線は、Ｍ−θ関係で定義されており、最大曲げモーメントを超えるとモーメントが低下し始め、曲げモーメントがゼロの回転角に達すると、部材が折損したとみなし、部材間の回転バネをピン接合に変更する。
このように設定することで、通し柱の折損や、垂れ壁がついた柱の横架材接合部での折損現象を解析で表現することが可能となった。
【００３７】
（接合部のモデル化）
次に、軸組間の接合部のモデル化について説明する。
図６に示すように、軸組間の接合部は、弾塑性回転バネ＋弾塑性バネ（せん断に対しては剛）を用いてモデル化を行った。圧縮・引張の弾塑性バネ（以下、接合部バネという）の復元力特性は、図７に示す片側弾性＋片側スリップ型のものを用いており、この骨格曲線は実験データを元にして設定した。
また、弾塑性回転バネの履歴特性は、図８に示すスリップ型のものを用い、文献等から骨格曲線を決定した。なお、この弾塑性回転バネは、強軸、弱軸の各方向に独立に作用するように設定している。
【００３８】
（鉛直構面、水平構面のモデル化）
次に、鉛直構面及び水平構面のモデル化について説明する。
図９に示すように、壁、垂れ壁、腰壁などの鉛直構面は、トラスバネでブレース置換することでせん断力のモデル化を行った。復元力特性は、図１０に示すバイリニア＋スリップ型の履歴則を用いた。
また、床、屋根などの水平構面も同様にトラス要素でブレース置換することでモデル化し、復元力特性も同様にバイリニア＋スリップ型の履歴則を用いた。なお、図示する骨格曲線は、文献や実験結果を参考に設定した。
【００３９】
（筋違のモデル化）
次に、筋違のモデル化について説明する。
図１１に示すように、筋違部材は、１本の筋違に対して圧縮と引張の２本のトラス要素を配置することでモデル化を行った。圧縮筋違のバネは引張り方向の力には作用せず、引張筋違のバネは圧縮方向のバネには作用しないように設定することにより、筋違耐力壁の非対称な水平復元力を表現している。また、圧縮筋違は、フレームとの接合点を横架材に設定することで、圧縮筋違による梁・桁の突き上げ挙動をモデル化した。なお、復元力特性は、構面のバネと同様にバイリニア＋スリップ型の履歴則を採用した（図１０参照）。
【００４０】
なお、各構成部材のモデル化にあたっては、数値積分は平均積分法とし、減衰は瞬間剛性比例型で、下り勾配では０％になるものとして設定した。
【実施例】
【００４１】
以下に、本発明の実施例に係る木造建築物の倒壊シミュレーションプログラムについて図面を参照して説明する。
【００４２】
（計算の概要）
先ず、本発明の実施例に係るプログラムの概要について図１２を用いて説明する。図１２に示す計算プログラム(calc.exe)が、本発明の一実施例として例示する木造建築物の倒壊シミュレーションプログラムであり、図中のgui.exeは、計算プログラムの支援ソフトであるインターフェースプログラムである。この計算プログラム(calc.exe)は、図１２に示すように、後述の解析モデルファイル(test.mod)、パラメータファイル(parm.csv)、外力条件ファイル(load.csv)、計算条件ファイル(default.ini)の計４つの入力ファイル（表１参照）に保存されている情報に基づいて、規定された時間刻み（＝Δｔ0）毎の所定の計算をコンピュータに実行させ、軌跡ファイル(out.trj)、計算結果ファイル(detaout.csv)、解析継続ファイル(cont.mod)の３つの出力ファイル（表２参照）を出力する木造建築物の倒壊シミュレーションプログラムである。
【００４３】
【表１】
0005618200.tif 000009
【００４４】
【表２】
0005618200.tif 000010
【００４５】
また、インターフェースプログラム(gui.exe)は、計算プログラム(calc.exe)のインターフェースプログラムとして、入力ファイルである後述の解析モデルファイルの作成支援や解析モデルを３次元（３Ｄ）画像として可視化すること、出力ファイルである軌跡ファイルに保存された解析モデルの各要素の座標の時刻歴データをアニメーションにして可視化すること、などをコンピュータに実行させるプログラムである。
【００４６】
［解析モデルファイル］
解析モデルファイルは、図１３に示すように、解析モデルの部材端部の座標などの情報が入力された軸組ファイル(frame.csv)、構面ファイル(wall.csv)、筋違ファイル(brace.csv)、重量ファイル(weight.csv)の４つのＣＳＶファイル（カンマ区切り形式のｔｅｘｔファイル）からインターフェースプログラム(gui.exe)で作成されるファイルであり、解析モデルの要素、バネに関する情報が入力されたファイルである。前述のように、本発明の解析モデルは、軸組、接合部、鉛直構面、垂直構面、筋違に分けてモデル化されているので、解析モデルファイルもこれらの解析モデルと合致するように、軸組ファイル、構面ファイル、筋違ファイル、重量ファイルの４種類のフォーマットのＣＳＶファイルから後述の各モデルの部材端部の座標などの各種情報を入力して、インターフェースプログラム(gui.exe)で解析モデルとして可視化できるようになっている。
【００４７】
（軸組ファイル）
軸組ファイル(frame.csv)は、図１４に示すように、１行が軸組部材の１つと対応した１３列からなるフォーマットのＣＳＶファイルとなっており、解析モデルの軸組及び軸組間の接合部に関する情報が入力されるファイルである。表３に示すように、１列目は、軸組の種類を入力する部位であり、梁や桁などの横架材の場合は１、柱や束などの柱材の場合は２が入力される。２〜４列目は、軸組部材の端部１（図１５参照）の絶対座標がＸＹＺ順に入力され、５〜７列目は、軸組部材の端部２（図１５参照）の絶対座標がＸＹＺ順に入力される部位である。８列目は、軸組部材の端部１の接合部の勝ち負けが入力される部位であり、勝ちの場合は１が、負けの場合は０が入力される。端部に接合部が無い場合は、１が入力される。９列目は、８列目と同様に軸組部材の端部２の勝ち負けが入力される部位である。１０列目は、軸組部材の断面の幅、１１列目は、軸組部材の断面の成（せい：高さ）が入力され、１２列目は、当該軸組部材のパラメータＩＤ（バネ番号）が入力され、１３列目は、軸組部材の両端の接合部のパラメータＩＤが入力される部位である。このパラメータＩＤは、後述のパラメータファイルで指定したパラメータＩＤの番号と同一とする必要がある。また、座標の単位は全てメートルであり、芯−芯の座標で入力される。
【００４８】
【表３】
0005618200.tif 000011
【００４９】
なお、部材の端部の座標が同一の場合、インターフェースプログラム(gui.exe)により解析モデルの接合部が自動で生成される。その際、「負け」となる部材は、芯−芯の座標で入力されているので相手の部材の幅の分自動でオフセットされる。また、３次元で座標入力するフォーマットであるが、Ｙ座標（図１５参照）を全て０とすることで、２次元のシミュレーションも可能である。
【００５０】
（構面ファイル）
構面ファイル(wall.csv)は、図１６に示すように、１行が桟木などで囲われた各構面の１つに対応した７列からなるフォーマットのＣＳＶファイルとなっており、解析モデルの鉛直構面及び水平構面に関する情報が入力されるファイルである。表４に示すように、１〜３列目は、各構面の端部１（図１７参照）の絶対座標がＸＹＺの順に入力され、４〜６列目は、各構面の端部２（図１７参照）の絶対座標がＸＹＺの順に入力される部位である。軸組ファイルと同様に、座標の単位は全てメートルであり、芯−芯の座標で入力される。７列目は、構面のパラメータＩＤが入力される部位である。このパラメータＩＤは、後述のパラメータファイルで指定したＩＤ番号と同一とする必要がある。
なお、構面の端部には、軸組部材の端部が必要とされ、壁に開口部が有る場合は、軸組ファイルに開口部上下の横架材（窓台、まぐさ）を追加し、垂れ壁、腰壁を構面ファイルに追加する。
【００５１】
【表４】
0005618200.tif 000012
【００５２】
（筋違ファイル）
筋違ファイル(brace.csv)は、図１８に示すように、１行が筋違部材の１つに対応した７列からなるフォーマットのＣＳＶファイルとなっており、解析モデルの圧縮筋違及び引張筋違に関する情報が入力されるファイルである。表５に示すように、１〜３列目は、筋違部材の端部１（図１９参照）の絶対座標がＸＹＺの順に入力され、４〜６列目は、筋違部材の端部２（図１９参照）の絶対座標がＸＹＺの順に入力される部位である。筋違ファイルも座標の単位は全てメートルであり、芯−芯の座標で入力される。７列目は、筋違部材のパラメータＩＤが入力される部位であり、このパラメータＩＤは、後述のパラメータファイルで指定したＩＤ番号と同一とする必要がある。
なお、筋違部材の端部にも、軸組部材の端部が必要とされ、筋違を襷掛けで入れる場合は、片筋違が別にあるものとして２行に分けて入力する。
【００５３】
【表５】
0005618200.tif 000013
【００５４】
（重量ファイル）
重量ファイル(weight.csv)は、図２０、表６に示すように、１行目が、解析モデルの階数、２行目が、解析モデルの各階の高さ、３行目が、解析モデルの各層の重量、が入力される最大５列まで入力可能なフォーマットのＣＳＶファイルとなっている。
２行目の１列目は、ＧＬ（グラウンドレベル）（図２１のｈ０）、２列目以降は、２階床レベル（図２１のｈ１）、３階床レベル（図示せず）・・・と順次各階の床レベルがメートル単位で入力され、最後の列には、小屋梁のレベル（図２１のｈ２）が入力される部位となっている。
３行目は、図２１に示すように、解析モデルを、各階床を中心として串団子置換した場合の等価質量がｋＮ単位で入力される部位となっており、最初の列は１階の下半分の重量が入力され、最後の列は最上階の上半分＋小屋組の重量が加算されて入力される。
なお、ここで入力された重量は、当該高さに存在する要素の数で除され、均等に分配される。
【００５５】
【表６】
0005618200.tif 000014
【００５６】
以上のように、軸組ファイル(frame.csv)、構面ファイル(wall.csv)、筋違ファイル(brace.csv)、重量ファイル(weight.csv)の４つのＣＳＶファイルを入力すると、前述のインターフェースプログラム(gui.exe)を起動して、所定の操作をすることにより、各ファイルに入力された前述の各モデルの絶対座標などの情報を読み込み、図２２に示すように、自動で３Ｄ（次元）画像として表示可能となり、その解析モデルを解析モデルファイルとして保存することができるようになる。
【００５７】
また、本実施例に係るインターフェースプログラム(gui.exe)では、マウス、Ctrlボタン、画面上のボタンなどを操作することにより、確認画面で視覚的に解析モデルを確認することができるだけでなく（図２２参照）、図２３に示すように、解析モデルの外観、壁の透過率、光源の位置、地盤のメッシュの数（図２２参照）、相対位置表示等が変更可能なようにプログラミングされている。
【００５８】
［パラメータファイル］
次に、パラメータファイルについて説明する。
パラメータファイル(parm.csv)は、図２４に示すように、１行が解析モデルでモデル化する際に置き換えるバネの１つと対応するＣＳＶファイルとなっており、１列目には、置き換えるバネ毎（例えば、異なる仕様の壁が混在する場合は仕様毎）にパラメータＩＤが割り振られる。そして、２列目には、前述のモデル化手法に従って、表７に示すように、各部材や接合部などのモデル化するバネの種類に応じて１〜７の数値が入力され、３列目以降には、２列目に入力されたバネの種類に応じて異なる各種パラメータが複数列に亘って入力されるフォーマットとなっている。
以下、バネの種類毎に、入力するパラメータについて説明する。
【００５９】
【表７】
0005618200.tif 000015
【００６０】
（軸組部材のバネの設定）
バネの種類が軸組バネである場合、即ち、パラメータファイルに柱、束、梁、桁、窓台、まぐさなどの軸組部材のパラメータを入力する場合は、図２５、表８に示すように、２列目には、軸組バネを表わす１が入力される。そして、軸組部材は、前述のように、弾塑性回転バネ（塑性ヒンジ）＋弾性梁要素によりモデル化されるので、バネのパラメータとして、３列目には、軸組部材のヤング係数（縦弾性係数）［ｋＮ／ｍ2＝１０-6ＧＰａ］が入力され、４、５列目には、軸組部材の断面２次モーメント［ｍ4］が（例えば、軸組部材が梁である場合は、幅、成の順番で）入力され、６、７列目には、最大曲げモーメント「ｋＮｍ」（図５のＭｐ）が入力され、８列目には、軸組部材の断面積［ｍ2］が入力されるフォーマットとなっている（表８も参照）。
【００６１】
【表８】
0005618200.tif 000016
【００６２】
（接合部のバネの設定）
バネの種類が接合部バネである場合、即ち、パラメータファイルに接合部のパラメータを入力する場合は、前述のように、接合部は、弾塑性回転バネ＋弾塑性バネ（せん断に対しては剛）（＝接合部バネ）でモデル化されるので、接合部バネと、回転バネとに分けて入力される。
【００６３】
接合部の弾塑性バネのパラメータは、図２６、表９に示すように、２列目には、接合部の接合部バネを表わす２が入力され、３〜５列目には、図７で示した復元力特性の１〜３次剛性［ｋＮ／ｍ］が入力され、６，７列目には、その骨格曲線の変曲点Ｄ1，Ｄ2［ｍ］が入力される（図７参照）。
【００６４】
【表９】
0005618200.tif 000017
【００６５】
接合部の回転バネのパラメータは、図２７、表１０に示すように、２列目には、接合部の回転バネを表わす３が入力され、３〜５列目には、図８で示した復元力特性の１〜３次剛性［ｋＮ／ｍ］が入力され、６，７列目には、その骨格曲線の変曲点Ｄ1，Ｄ2［ｍ］が入力される（図８参照）。
【００６６】
【表１０】
0005618200.tif 000018
【００６７】
（構面のバネの設定）
バネの種類が構面バネである場合、即ち、パラメータファイルに鉛直構面又は水平構面のパラメータを入力する場合は、２列目には、構面バネを表わす５が入力される。鉛直構面又は水平構面は、前述のように、トラス要素でブレース置換することでモデル化されるので、図２８、表１１に示すように、３〜６列目には、図１０で示した復元力特性の折れ点の荷重Ｐ1〜Ｐ4［ｋＮ］が入力され、７〜１０列目には、復元力特性の折れ点の変位Ｄ1〜Ｄ4［ｍ］が入力され、１１列目には、バネの減衰定数が入力される。
【００６８】
【表１１】
0005618200.tif 000019
【００６９】
この構面バネのパラメータ情報は、２本のブレース置換バネに自動的に寸法、角度補正して計算に用いられるので、実験結果などから１Ｐ（0.91ｍ）×３Ｐ（2.73ｍ）の寸法の構面の荷重変形関係（図１０で示したバイリニア＋スリップ型の復元力特性）を求めて前記荷重Ｐ1〜Ｐ4、変位Ｄ1〜Ｄ4などの入力値をパラメータとして入力する。
【００７０】
（筋違のバネの設定）
バネの種類が筋違バネである場合、即ち、パラメータファイルに筋違部材のパラメータを入力する場合は、筋違バネは、前述のように、圧縮筋違のバネは引張り方向の力には作用せず、引張筋違のバネは圧縮方向のバネには作用しないものとして、１本の筋違に対して圧縮と引張の２本のトラス要素を配置することでモデル化を行うので、１つの筋違部材を引張筋違バネ、圧縮筋違バネに分けて入力する。また、引張筋違と圧縮筋違は、一対で１つの筋違をモデル化しているため、パラメータＩＤは、引張筋違のＩＤ（例：601）＋１００が圧縮筋違のＩＤ（例：701）となるように割り振る必要がある。
【００７１】
パラメータファイルに引張筋違バネのパラメータを入力する場合は、２列目には、引張筋違を表わす６が入力され、圧縮筋違バネのパラメータを入力する場合は、２列目には、圧縮筋違を表わす７が入力される。
【００７２】
そして、筋違バネは、図２９、表１２に示すように、構面バネと同様にトラス要素でブレース置換することでモデル化されるので、３〜６列目には、図１０で示した復元力特性の折れ点の荷重Ｐ1〜Ｐ4［ｋＮ］が入力され、７〜１０列目には、復元力特性の折れ点の変位Ｄ1〜Ｄ4［ｍ］が入力され、１１列目には、バネの減衰定数が入力される。
なお、筋違バネも構面バネと同様、実験結果などから１Ｐ（0.91ｍ）×３Ｐ（2.73ｍ）の寸法の筋違構面の荷重変形関係（図１０で示したバイリニア＋スリップ型の復元力特性）を求めてパラメータとして入力する。
【００７３】
【表１２】
0005618200.tif 000020
【００７４】
［外力条件ファイル］
次に、外力条件ファイルについて説明する。
本実施例に係る計算プログラム(calc.exe)は、「地震波入力」、「プッシュオーバー解析１」、「プッシュオーバー解析２」の解析モデルへの地震力の掛け方が相違する３つのモードが実行可能にプログラミングされている。この「地震波入力」のモードは、図３０（ａ）に示した通り、地盤レベルの要素全てに強制外乱入力を行うモードであり、「プッシュオーバー解析１」のモードは、図３０（ｂ）に示した通り、地盤レベルの要素を固定して解析モデルのある高さの要素全てを水平方向に強制変位を与えるモードであり、「プッシュオーバー解析２」のモードは、図３０（ｃ）に示した通り、地盤レベルの要素を固定して解析モデルの全てに水平方向の重力加速度を掛けるモードである。
【００７５】
これらのモードに対応するため、外力条件ファイル(load.csv)には、前記３つのモードを実行する際に読み込む地震波等の外力の情報を入力する「地震波入力」、「プッシュオーバー解析１」、「プッシュオーバー解析２」のＣＳＶファイルから入力する３つの入力フォーマットがある。
「地震波入力」のフォーマットは、図３１に示すように、１行目がＸ方向の地震波、２行目がＹ方向の地震波、３行目がＺ方向の地震波をそれぞれ入力する部位であり、表１３に示すように、１列目には、入力フォーマットを選択するための各モードに応じた数値が入力される部位となっている。「地震波入力」の場合は１が、「プッシュオーバー解析１」の場合は２が、「プッシュオーバー解析２」の場合は３が入力され、「固定」の場合は、０が入力される。なお、この「固定」のモードは、地震力を掛けないモードである。
【００７６】
【表１３】
0005618200.tif 000021
【００７７】
２列目には、入力地震波の時刻歴ファイル（変位変形の時刻歴が１列に入力されたファイル）の名前が入力され、３列目には、２列目に入力した地震波の時刻歴ファイルの周波数が［Ｈｚ］単位で入力され、４列目には、地震波の時刻歴ファイルに入力されている数値の単位が［ｍ］に対する倍率で入力される。例えば、［ｃｍ］の場合は０．０１、［ｍｍ］の場合は０．００１、［ｍ］の場合は１．０が入力される。
そして、５列目は、地震波を増幅させる際の倍率である入力倍率が入力される部位であり、ここにマイナスを指定して入力すると正負逆方向（逆位相）の外乱入力となる。
【００７８】
「プッシュオーバー解析１」のフォーマットは、図３２に示すように、１行目がＸ方向の加力、２行目がＹ方向の加力、３行目がＺ方向の加力をそれぞれ入力する部位であり、表１４に示すように、１列目には、「地震波入力」のフォーマットと同様に、入力フォーマットを選択するための各モードに応じた数値が入力される部位となっており、「プッシュオーバー解析１」を選択する２が入力される。
【００７９】
【表１４】
0005618200.tif 000022
【００８０】
そして、２、３列目は、空欄とされ、４列目には、加力点の高さが［ｍ］単位で入力され、５列目には、強制変位のスピードである加力速度が［ｍ／ｓｅｃ］の単位で入力される。ここにマイナスを指定して入力すると正負逆方向の加力となる。
【００８１】
「プッシュオーバー解析２」のフォーマットも、「プッシュオーバー解析１」と同様に図３３に示すように、１行目がＸ方向の加力、２行目がＹ方向の加力、３行目がＺ方向の加力をそれぞれ入力する部位であり、表１５に示すように、１列目には、「プッシュオーバー解析２」を選択する３が入力され、２〜４列目は、空欄とされ、５列目には、加力点の高さが［ｍ］単位で入力され、５列目には、解析モデルに加える水平力の加速度が［Ｇ］の単位で入力される。ここに入力する値は、解析モデルに加える水平力の大きさを、０［Ｇ］から徐々に増して行って１秒後に達する値が重力加速度１［Ｇ］の何倍になるかで指定するものであり、マイナスを指定して入力すると正負逆方向の加力となる。
【００８２】
【表１５】
0005618200.tif 000023
【００８３】
［計算条件ファイル］
次に、計算条件ファイルについて説明する。
計算条件ファイル(default.ini)は、図３４に示すように、２行からなるＣＳＶのファイルのフォーマットから入力されるファイルであり、１行目には、計算条件の情報が保存され、２行目には、前述のインターフェースプログラム(gui.exe)で解析モデルを見る際の視点の情報が保存されたファイルである。この計算条件ファイルは、計算条件の情報や視点の情報が予め設定されて保存されており、ユーザがエディタやメモ帳などのｔｅｘｔファイルを編集できるソフトを使って、必要な個所を編集・修正することで使用する。
【００８４】
このＣＳＶのファイルの１列目には、表１６に示すように、本実施例に係る計算プログラム(calc.exe)で計算する計算回数が保存されており、２列目には、計算の際にインクリメントで増やす時間刻み（＝Δｔ0）が保存されている。この計算回数×時間のインクリメント値（Δｔ0）が時刻歴応答解析を行う時刻である規定時間Ｔとなる（図３５参照）。
また、３列目には、出力の頻度、即ち、計算結果を出力する頻度が保存されている。例えば、ここで１００００と指定すると、１００００回計算する毎に１回、動画用のスナップショットが出力ファイルである後述の軌跡ファイル(out.trj)に記録され、その１／１０の１０００回に１回、分析用の荷重・変形情報などが出力ファイルである後述の計算結果ファイル(dataout.csv)に時刻歴データとして記録される。
【００８５】
【表１６】
0005618200.tif 000024
【００８６】
［計算の主要部の流れ］
次に、図３５を用いて計算プログラム(calc.exe)の主要な計算の流れを説明する。
計算が開始されると、先ず、前述の入力ファイル〔解析モデルファイル(test.mod)、パラメータファイル(parm.csv)、外力条件ファイル(load.csv)、計算条件ファイル(default.ini)〕から必要な情報を読み込み（ステップ１）、解析モデルの初期値をセットする（ステップ２）。そして、時刻ｔにｔ＝０（ステップ３）、バネ番号ｉ（パラメータＩＤ）に最小値（図示実施例の場合ｉ＝１）を代入し（ステップ４）、外力条件ファイルで指定したモード及び計算条件に従って時刻ｔにおける外力を解析モデルに入力して計算を開始する（ステップ５）。
【００８７】
次に、ステップ６に進み、バネ番号ｉのバネは、バネの種類が軸組バネであるか否かが判断される。具体的には、前述のパラメータファイルの１列目がｉのバネは、同行の２列目の数値が１か否かで判断され、１である場合は、ステップ７に進み、そうでない場合は、ステップ９に進む。ステップ７では、パラメータファイルの同行の３列目以降に記録されたパラメータ情報から軸組バネであるバネｉの前述の式４で示した要素剛性マトリックス[ Ki ]tを決定して（ステップ７）、前述の式４、式５に基づきバネｉに作用する応力ベクトル[ Fi ]tを算出する（ステップ８）。
なお、バネの種類が軸組バネである場合の要素剛性マトリックス[ Ki ]は下記式となる。
【００８８】
【数８】
0005618200.tif 000025
【００８９】
バネｉが軸組バネでなくステップ９に進んだ場合は、同様にパラメータファイルの２列目の数値が２か否かでバネｉが接合部バネか否かが判断され、２である場合は、ステップ１０に進み、そうでない場合は、ステップ１２に進む。ステップ１０では、パラメータファイルの同行の３列目以降に記録されたパラメータ情報から接合部バネ（圧縮・引張の弾塑性バネ）であるバネｉの要素剛性マトリックス[ Ki ]tを決定して（ステップ１０）、前述の式４、式５に基づき、バネｉに作用する応力ベクトル[ Fi ]tを算出する（ステップ１１）。
なお、バネの種類が接合部バネである場合の要素剛性マトリックス[ Ki ]は下記式となる。
【００９０】
【数９】
0005618200.tif 000026
【００９１】
バネｉが接合部バネでもなくステップ１２に進んだ場合は、同様にパラメータファイルの２列目の数値が３か否かでバネｉが回転バネか否かが判断され、３である場合は、ステップ１３に進み、そうでない場合は、ステップ１５に進む。ステップ１３では、パラメータファイルの同行の３列目以降に記録されたパラメータ情報から回転バネであるバネｉの要素剛性マトリックス[ Ki ]tを決定して（ステップ１３）、前述の式４、式５に基づき、バネｉに作用する応力ベクトル[ Fi ]tを算出する（ステップ１４）。
なお、バネの種類が回転バネである場合の要素剛性マトリックス[ Ki ]は下記式となる。
【００９２】
【数１０】
0005618200.tif 000027
【００９３】
バネｉが回転バネでもなくステップ１５に進んだ場合は、同様にパラメータファイルの２列目の数値が４か否かでバネｉが構面バネか否かが判断され、４である場合は、ステップ１６に進み、そうでない場合は、ステップ１８に進む。ステップ１６では、パラメータファイルの同行の３列目以降に記録されたパラメータ情報から構面バネであるバネｉの要素剛性マトリックス[ Ki ]tを決定して（ステップ１６）、前述の式４、式５に基づき、バネｉに作用する応力ベクトル[ Fi ]tを算出する（ステップ１７）。
なお、バネの種類が構面バネである場合の要素剛性マトリックス[ Ki ]は下記式となる。
【００９４】
【数１１】
0005618200.tif 000028
【００９５】
バネｉが構面バネでもなくステップ１８に進んだ場合は、同様にパラメータファイルの２列目の数値が５か否かでバネｉが圧縮筋違バネか否かが判断され、５である場合は、ステップ１９に進み、そうでない場合は、ステップ２１に進む。ステップ１９では、パラメータファイルの同行の３列目以降に記録されたパラメータ情報から圧縮筋違バネであるバネｉの要素剛性マトリックス[ Ki ]tを決定して（ステップ１９）、前述の式４、式５に基づき、バネｉに作用する応力ベクトル[ Fi ]tを算出する（ステップ２０）。
なお、バネが圧縮筋違バネである場合の要素剛性マトリックス[ Ki ]は前記構面バネと同じ式となる。但し、圧縮筋違バネであるバネｉは引張り方向の力には作用しないものとして応力ベクトル[ Fi ]tを算出する。
【００９６】
ステップ２１に進んだ場合は、自動的にバネｉが引張筋違バネとなるので、引張筋違バネであるバネｉの要素剛性マトリックス[ Ki ]tを決定して（ステップ２１）、前述の式４、式５に基づき、バネｉは圧縮方向には作用しないものとしてバネｉに作用する応力ベクトル[ Fi ]tを算出する（ステップ２２）。
【００９７】
以上のように、バネｉに作用する応力ベクトル[ Fi ]tを算出すると、ステップ２３に進み、バネ番号ｉがパラメータＩＤの最大値ｉmaxに達したか否かが判断されて、バネ番号ｉがまだ最大値ｉmaxに達していない場合は、ステップ２４でバネ番号ｉを１つインクリメントしてステップ６に戻り、次のバネｉ＋１の応力ベクトルを算出する。
【００９８】
そして、全てのバネについて応力ベクトルを求めたらステップ２３でバネ番号ｉがパラメータＩＤの最大値ｉmaxに達したものと判断されて、ステップ２５に進み、節点Ａについての応力ベクトルの算出を開始する。ステップ２５では、節点番号Ａに節点番号の最小値（図示の場合は１）が代入され、前述の式６に示したように、ある節点Ａに接続されている全てのバネに作用する応力ベクトルを加算することで節点Ａに作用する応力ベクトル[ FA ]tを算出する（ステップ２６）。
なお、節点番号は、解析データファイルの情報から前述のインターフェースプログラムにより自動的に付与される番号である。
【００９９】
そして、前述の式７に示したように、算出された節点Ａの応力ベクトルをNewmarkのβ法（平均加速度法 β＝1／4）によって数値積分を行い、時刻ｔにおける加速度[ aA ]t、速度[ vA ]t、変位増分[ΔDA ]tをそれぞれ算出する（ステップ２７〜２９）。これらの各計算値を算出すると、ステップ３０に進み、節点番号Ａが最大値Ａmaxに達したか否かが判断されて、節点番号Ａがまだ最大値Ａmaxに達していない場合は、ステップ３１で節点番号Ａを１つインクリメントしてステップ２６に戻り、次の節点Ａ＋１の応力ベクトルなどの前記各計算値の算出を節点番号Ａが最大値Ａmaxに達するまで繰り返す。
【０１００】
以上のように、全ての節点について前記計算が終了すると、ステップ３０で節点番号Ａが最大値Ａmaxに達したものと判断されてステップ３２に進み、時刻ｔが規定時間Ｔに達したか否かが判断され、規定時間Ｔに達していない場合は、ステップ３３で時刻ｔを計算条件ファイルの２列目に規定された時間刻みΔｔ0だけインクリメントしてステップ５に戻り、次の時刻ｔ＋Δｔ0のときの外力を解析モデルに入力して前述の計算を繰り返す。そして、時刻ｔが規定時間Ｔに達した場合は、前述の各計算値から所定の計算により［基礎反力］、「各階水平力」、「地盤絶対変位」、「各階特定点の絶対変位」を求めて出力ファイルとして後述の軌跡ファイル(out.trj)、計算結果ファイル(dataout.csv)に時刻歴データとして前記計算結果を出力して保存し（ステップ３４）、計算を終了する。
なお、この規定時間Ｔは、前述の計算条件ファイルに入力された計算回数×時間のインクリメント値（Δｔ0）で規定される。
【０１０１】
［出力ファイル］
次に、出力ファイルについて説明する。
前述のように、本実施例に係る計算プログラムは、出力ファイルとして軌跡ファイル(out.trj)、計算結果ファイル(detaout.csv)、解析継続ファイル(cont.mod)の３つファイル（表２参照）に計算結果等を出力する（図１２、表２参照）。
【０１０２】
（軌跡ファイル）
軌跡ファイル(out.trj)は、解析モデルの各要素（部材や接合部）の座標の時刻歴データが本実施例に係る計算プログラムから出力されて保存されているファイルであり、前述のインターフェースプログラムで閲覧するためのファイルである。
【０１０３】
（計算結果ファイル）
計算結果ファイル(detaout.csv)は、［基礎反力］、「各階水平力」、「地盤絶対変位」、「各階絶対変位」の順番で数値が並んだＣＳＶファイルであり、周期は前述の計算条件ファイル(default.ini)で指定した［計算回数×時間のインクリメント値（Δｔ0）］の逆数となっている。この「各階絶対変位」は、解析モデルの各階床の四隅の絶対変位が時刻歴で記録されている。
なお、１階層せん断力（ベースシア：base shearing force）＝基礎反力、所定階ｉの層せん断力＝ｉ階以上の階の水平力の和、ｉ階の相関変位＝（ｉ＋１階の絶対変位）−（ｉ階の絶対変位）として求めた。
【０１０４】
（解析継続ファイル）
解析継続ファイル(cont.mod)は、入力ファイルの解析モデルファイルに対応して、計算後の解析モデルの要素、バネに関する情報が入力されたファイルであり、このファイルを入力ファイルとして本実施例に係る計算プログラムでコンピュータに入力して再計算すると連続した倒壊シミュレーションが可能となる。
【０１０５】
以上のように、実施例に係る計算プログラム(calc.exe)によれば、軸組構法により建造された木造建築物を軸組の弾塑性バネ、接合部の弾塑性バネ、接合部の弾塑性回転バネ、鉛直構面及び水平構面のトラスバネ、圧縮筋違バネ、引張筋違バネに分けてモデル化して、これらのバネの種類に応じたパラメータ情報を予め入力しておいて、これらのパラメータ情報を用いて要素剛性マトリックスを決定して、バネに作用する応力ベクトルを算出するので、変形が進行した状態から倒壊に至るまでの軸組構法により建造された木造建築物の挙動を地震時の実際の建築物の挙動と一致するように精度よく計算・シミュレートすることができる。このため、地震時における木造建築物の倒壊に至るまでの時刻歴応答解析を地震時の実際の挙動と一致するよう高精度に行うことができる。
【０１０６】
（効果の確認実験）
次に、前記作用効果を確認するために、各階平面図が図３６に示すような寸法が７．２８ｍ×７．２８ｍ、高さが１０．１ｍの３階建ての木造軸組構法住宅の実物大の振動台実験を行い、本発明の実施例に係る木造建築物の倒壊シミュレーションプログラムである前述の計算プログラム(calc.exe)による解析結果との比較を行った。
【０１０７】
解析用の重量は、木造軸組構法住宅全体をクレーンで吊った際に計測した重量に、各部材の重量の拾いによって算出した各層の重量比率を乗じることによって算出し、各質点に配分した。ちなみに、２階重量が９９．１ｋＮ、３階重量が９７．５ｋＮ、小屋部分重量が６７．３ｋＮであった。
【０１０８】
入力地震波は、兵庫県南部地震の際に神戸海洋気象台で観測された図３７に示す加速度応答スペクトルの地震波（ＪＭＡ  Ｋｏｂｅ）を１５０％で入力した。なお、モデル化にあたっては、数値積分は１０-5秒ごとの平均積分法とし、粘性減衰は瞬間剛性比例型５％とした。
【０１０９】
図３８に振動台実験で記録された前記木造軸組構法住宅の１Ｆの層間変位の時刻歴と前述の計算プログラムによる時刻歴応答解析とを比較して示した。太線が振動台実験であり、細線が前述の計算プログラムによる解析結果である。図３８に示すように、実物大の振動台実験と解析モデルのシミュレーション結果とは略一致しており、本発明の実施例に係る木造建築物の倒壊シミュレーションプログラムである前述の計算プログラムにより地震時における３階建ての前記木造軸組構法住宅の倒壊に至るまでの時刻歴応答解析を地震時の実際の挙動と一致するよう高精度に行うことができたといえる。
【図１】
0005618200.tif 000029
【図２】
0005618200.tif 000030
【図３】
0005618200.tif 000031
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図１７】
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【図２２】
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【図２３】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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