(57)【要約】【課題】精度の良い解析を行うことを目的とする。【解決手段】柱２と、梁３と、柱２およびブレース材４からなる耐力フレーム５と、を有する架構体の柱２と梁３とブレース材４とが、それぞれ線材からなり所定の長さを有する柱２と、梁３と、柱２およびブレース材４からなる耐力フレーム５と、に置換され、各線材の長さ・接合箇所および接合方法と、各線材の弾性係数および断面積とを含む架構体モデルが作成され、架構体モデルと、架構体モデルに負荷される解析条件と、に基いてコンピュータが解析を行う、柱２と梁３と耐力フレーム５とを有する架構体の解析方法である。架構体モデルの作成において、耐力フレーム５が有するブレース材４の断面積として、当該耐力フレーム５が有する柱２間の距離および柱２の長さと、当該耐力フレーム５を挟んで両側に位置する柱２間の距離とに基いて予め定められたテーブルから、該当する等価断面積が選択される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱と、梁と、柱およびブレース材からなる耐力フレームと、を有する架構体の前記柱と前記梁と前記ブレース材とが、それぞれ線材からなり所定の長さを有する前記柱と、前記梁と、前記柱および前記ブレース材からなる前記耐力フレームと、に置換され、各線材の長さ・接合箇所および接合方法と、各線材の弾性係数および断面積とを含む架構体モデルが作成され、
前記架構体モデルと、前記架構体モデルに負荷される解析条件と、に基いてコンピュータが解析を行う、柱と梁と耐力フレームとを有する架構体の解析方法であって、
前記架構体モデルの作成において、前記耐力フレームが有する前記ブレース材の断面積として、当該耐力フレームが有する前記柱間の距離および前記柱の長さと、当該耐力フレームを挟んで両側に位置する前記柱間の距離とに基いて予め定められたテーブルから、該当する等価断面積を選択して設定する、柱と梁と耐力フレームとを有する架構体の解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柱と梁と耐力フレームとを有する架構体の解析方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、図１に示すように、柱２と梁３と耐力フレーム５とを有する架構体１についてのコンピュータによる解析が行われている。架構体１の解析モデルは、図２に示すように、柱２と、梁３と、両側の柱２とその間に配設されるブレース材４からなる耐力フレーム５とを有し、柱２（耐力フレーム５の柱２も含む）と梁３とブレース材４とが、端部において例えばピン接合等により接合されるものとして構成されている。
【０００３】
解析フローは、図３に示すように、コンピュータが開始した後、架構体１モデルのデータ（後述する）が入力され（ステップＳ１）、架構体１に負荷される力や変位といった解析条件が入力され（ステップＳ２）、コンピュータによる解析が行われ（ステップＳ３）、架構体１の部材にかかる力や変位といった解析結果が出力され（ステップＳ４）、終了する。
【０００４】
そして、解析を行うにあたって、ステップＳ１で入力される架構体１の解析モデルの作成が行われる。架構体１の解析モデルの作成は、従来は、図６に示すように、まず、ステップＳ２１として、柱２と梁３と耐力フレーム５とを有する架構体１を、それぞれ線材からなる、柱２（耐力フレーム５の柱２を含む）・梁３・ブレース材４に置換することで、解析モデルの形状が特定される。次に、ステップＳ２２として、柱２・梁３の断面積、縦弾性係数等の弾性係数といった部材の特性等が設定される。この時、柱２・梁３の断面積は、柱２・梁３の仕様（柱２の高さ・断面形状・厚さ、・梁３の長さ・断面形状・厚さ）のうち、柱２の断面形状・厚さ、梁３の断面形状・厚さに応じて、断面性能マスターから決定される。断面性能マスターは、予め実験等により設定されたものをテーブルとして用意するものである。次に、ステップＳ２３として、ブレース材４の仕様（長さ）、縦弾性係数等の弾性係数といった部材の特性等が設定される。この時、ブレース材４の断面積として、実際の断面積ではなく等価断面積が用いられる。等価断面積は、耐力フレーム５の仕様（柱２の高さ、両柱２間の距離）に応じて、等価断面積マスターから決定されるもので、これについては後述する。等価断面積マスターも断面性能マスターと同様に、予め実験等により設定されたものをテーブルとして用意するものである。
【０００５】
このようにして作成された架構体１の解析モデルに基いて、ステップＳ３においてコンピュータにより解析が行われる（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−０５７１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来は、上述した架構体１の解析モデルにおいて、ブレース材４の断面積として、実際の断面積よりも小さい等価断面積を用いていた。すなわち、解析は、架構体１を単純化した解析モデルに基いて行われており、実際の架構体１においては、解析上は生じない変形やズレが生じる。このため、実験から求められる耐力フレーム５の剛性は、解析から求められる耐力フレーム５の剛性と比べて低くなることが多かった。そこで、解析から求められる耐力フレーム５の剛性を、実験から得られる耐力フレーム５の剛性に一致又はできるだけ近似させるべく、解析で用いられるブレース材４の等価断面積として、実際の断面積よりも小さい値を用いていた。しかしながら、ブレース材４の等価断面積を用いた解析によっても、実験から得られる耐力フレーム５の剛性に充分に近似させることは困難であった。
【０００８】
すなわち、ブレース材４の等価断面積は、上記のように、耐力フレーム５の仕様（柱２の高さ、両柱２間の距離）のみに応じて等価断面積マスターから決定され、その他の条件、特に、耐力フレーム５を挟んで両側に位置する柱２間の距離による影響が反映されないものであった。実験から得られる耐力フレーム５の剛性は、耐力フレーム５を挟んで両側に位置する柱２間の距離が異なる場合、耐力フレーム５の仕様が同じでも異なる値となっていた。このため、耐力フレーム５を挟んで両側に位置する柱２間の距離による影響が反映されない解析では、各耐力フレーム５の剛性を実験から得られる耐力フレーム５の剛性に近似させることができず、解析の精度を向上させることが困難であった。
【０００９】
本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、精度の良い解析を行うことができる、柱と梁と耐力フレームとを有する架構体の解析方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、柱と、梁と、柱およびブレース材からなる耐力フレームと、を有する架構体の前記柱と前記梁と前記ブレース材とが、それぞれ線材からなり所定の長さを有する前記柱と、前記梁と、前記柱および前記ブレース材からなる前記耐力フレームと、に置換され、各線材の長さ・接合箇所および接合方法と、各線材の弾性係数および断面積とを含む架構体モデルが作成され、前記架構体モデルと、前記架構体モデルに負荷される解析条件と、に基いてコンピュータが解析を行う、柱と梁と耐力フレームとを有する架構体の解析方法であって、前記架構体モデルの作成において、前記耐力フレームが有する前記ブレース材の断面積として、当該耐力フレームが有する前記柱間の距離および前記柱の長さと、当該耐力フレームを挟んで両側に位置する前記柱間の距離とに基いて予め定められたテーブルから、該当する等価断面積が選択されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にあっては、耐力フレームを挟んで両側に位置する柱間の距離の影響を考慮することで、精度の良い解析が可能となり、建物の安全性を向上させるとともに、過剰設計となってコストが無駄に膨張するのが抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態における架構体の全体概略図である。
【図２】同上における架構体モデルの全体概略図である。
【図３】同上における解析フローである。
【図４】同上における解析モデル作成のフローである。
【図５】同上における等価断面積マスターである。
【図６】従来における解析モデル作成のフローである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を図１乃至図４に示す実施形態に基いて説明する。
【００１４】
本発明の解析は、例えばプレハブ住宅の鉄骨のような架構体１を解析対象とするものである。
【００１５】
架構体１は、図１に示すように、柱２と、梁３と、両側の柱２とその間に配設されるブレース材４からなる耐力フレーム５とを有するものである。図１に示す実施形態においては、基礎梁３ａ上に１階の柱２ａが立設され、１階の柱２ａの上端に２階の床梁３ｂが架設されている。また、１階の一部の隣接する柱２間にブレース材４が架設されて、ブレース材４とその両側の柱２とで耐力フレーム５が構成されている。そして、２階の床梁３ｂ上に２階の柱２ｂが立設され、２階の柱２の上端に屋根梁３ｃが架設されている。また、２階の一部の隣接する柱２間にブレース材４が架設されて、ブレース材４とその両側の柱２とで耐力フレーム５が構成されている。なお、本実施形態の架構体１は、２階建の建物の架構体１であるが、３階以上の階を有する建物の架構体１であってもよく、階数は限定されないものである。
【００１６】
また本実施形態では、例えば９０ｃｍや１ｍ等の所定のスパン（長さ）を水平方向の基本単位（１Ｐとする）とする水平モジュールと、例えば２６０ｃｍ等の所定の高さを垂直方向の基本単位とする垂直モジュールに基いて、架構体１が構成されている。更に、水平モジュール及び垂直モジュールを、これより小さいサブモジュールにより微調整が可能とし、例えば、梁３や耐力フレーム５として水平方向の長さ（幅）が６０ｃｍや４５ｃｍのものが用いられたり、柱２として垂直方向の長さ（高さ）が２４５ｃｍや２７５ｃｍのものが用いられてもよい。なお、特にモジュール化されていなくても構わないものである。
【００１７】
以下、解析フローについて説明する。まず、解析フローの実行に先立って、架構体モデルを作成する。架構体モデルは、実際の架構体１を、コンピュータ（電子計算機）で解析可能なように単純化したものであり、本実施形態では、図１に示す実際の柱２（耐力フレーム５の柱２を含む）・梁３・ブレース材４を、図２に示すように、線材からなる柱２・梁３・ブレース材４に置換して構成し、コンピュータで処理可能なデータに加工されるものである。架構体モデルの各線材（柱２・梁３・ブレース材４）は、他の線材と所定の接合方法により接合されるもので、本実施形態では、図２に示すように、各線材の端部の殆どが他の線材の端部とピン接合により接合されているが、柱２０は上端が自由端となっている。この架構体モデルのデータは、各線材の長さ・接合箇所および接合方法と、各線材の縦弾性係数等の弾性係数および断面積を少なくとも含むものである。架構体モデルのデータは、電子データとして記憶媒体に記憶されてもよいし、他の手段で保存されてもよい。この架構体モデルについては後で詳述する。なお、図２に示す実施形態では、基礎梁３ａは線材に置換されず、基礎梁３ａの変位はないものとして解析が行われる。
【００１８】
解析フローは、図３に示すように、コンピュータにより開始された後、ステップＳ１において、架構体モデルのデータが入力されて、コンピュータの演算で用いられる記憶領域に設置される。架構体モデルのデータの入力は、架構体モデルの電子データを、この電子データが記憶されている記憶媒体から読み込んで記憶領域に設置することで行ってもよいし、他の手段で保存されているデータを、作業者がマウスやキーボードやタッチパネル等の入力手段を操作することで記憶領域に設置してもよい。記憶媒体や記憶領域の形態（ハードディスクドライブ、揮発性メモリ等の形態）は限定されない。
【００１９】
次に、ステップＳ２において、解析条件が入力される。解析条件として、例えば、架構体１の特定の部位に特定の大きさで特定の向きに負荷される力や、架構体１の特定の部位に特定の大きさで生じる変位が挙げられるが、これらに限定されない。この解析条件のデータも、架構体モデルのデータと同様に、電子データとして記憶されている記憶媒体から該電子データを読み込んで記憶領域に設置することで行ってもよいし、作業者がマウスやキーボードやタッチパネル等の入力手段を操作することで電子データを記憶領域に設置してもよい。
【００２０】
次に、ステップＳ３において、コンピュータによる解析が行われる。解析方法としては、有限要素法が好適に用いられるが、他の方法や、複数の方法が組み合わされた方法であってもよく、従来より公知の様々な方法が適宜利用可能であり、特に限定されず、また詳細な説明は省略する。また、コンピュータについても、所謂パーソナルコンピュータ等、公知の様々なものが適宜利用可能であり、特に限定されず、また詳細な説明は省略する。
【００２１】
そして、コンピュータによる解析が行われた後、ステップＳ４において、解析結果の出力が行われる。解析結果として、例えば、架構体１の特定の部材（柱２・梁３・ブレース材４）にかかる力（軸力やモーメント）や変位が挙げられるが、これらに限定されない。この解析条件のデータは、電子データとして記憶媒体に記憶されたり、ディスプレイに表示されたり、紙媒体に印刷されることで、出力される。ステップＳ４の解析結果の出力が行われた後、解析フローは終了する。
【００２２】
以下に、本発明の架構体１の解析モデルの作成について説明する。架構体１の解析モデルの作成は、図４に示すように、まず、ステップＳ１１として、柱２と梁３と耐力フレーム５とを有する架構体１を、それぞれ線材からなる、柱２（耐力フレーム５の柱２を含む）・梁３・ブレース材４に置換して、これら各線材（柱２・梁３・ブレース材４）の長さ・他の線材との接合箇所および接合方法が設定されて、解析モデルの形状が特定される。なお、ステップＳ１１は図６に示すステップＳ２１と同様である。
【００２３】
次に、ステップＳ１２として、柱２・梁３の断面積、縦弾性係数等の弾性係数といった部材の特性等が設定される。この時、柱２・梁３の断面積は、柱２・梁３の仕様（柱２の高さ（長さ）・断面形状・厚さ、・梁３の長さ・断面形状・厚さ、）のうち、柱２の断面形状・厚さ、梁３の断面形状・厚さに応じて、断面性能マスターから決定される。断面性能マスターは、予め実験等により設定されたものをテーブルとして用意するものである。なお、ステップＳ１２は図６に示すステップＳ２２と同様である。
【００２４】
次に、ステップＳ１３として、耐力フレーム５を挟んで両側に位置する柱２間の距離（以下、柱間距離という）を認識する。本実施形態では、１階の耐力フレーム５の場合には、耐力フレーム５の両側の柱２間の距離が柱間距離となる。また、上階の耐力フレーム５の場合には、耐力フレーム５の下端に取り付けられている下側の梁３を支持し、且つ、耐力フレーム５を挟んで両側に位置する柱２間の距離が柱間距離となる。
【００２５】
すなわち、１階の耐力フレーム５１〜５３については、図１に示すように、下側に取り付けられている梁３が基礎梁３ａであり、図２に示すように、本実施形態の解析モデルでは、基礎梁３ａに相当する線材がないため、耐力フレーム５１〜５３のそれぞれの両側の柱２間の距離を柱間距離として認識する。また、２階の耐力フレーム５４は、図２に示すように、その下側に取り付けられている梁３１を支持し、且つ、耐力フレーム５４を挟んで両側に位置する柱２１、２２間の距離Ｌ１が柱間距離となる。耐力フレーム５５は、その下側に取り付けられている梁３２を支持し、且つ、耐力フレーム５５を挟んで両側に位置する柱２３、２４間の距離Ｌ２が柱間距離となる。耐力フレーム５６は、その下側に取り付けられている梁３３を支持し、且つ、耐力フレーム５６を挟んで両側に位置する柱２５、２６間の距離Ｌ３が柱間距離となる。
【００２６】
また、上階の耐力フレーム５において、その耐力フレーム５の下側の当該梁３を支持する柱２が当該梁３の端部になく、当該梁３の端部が別の梁３に接続されて支持されている場合には、この別の梁３に接続されている当該梁３の端部と、当該梁３を支持している柱２との間の距離が、柱間距離となる。
【００２７】
次に、ステップＳ１４として、耐力フレーム５が有するブレース材４の等価断面積が設定される。ここで、等価断面積は、耐力フレーム５の仕様（耐力フレーム５が有する柱２の長さ、両柱２間の距離）及び、ステップＳ１３で得られた各耐力フレーム５の柱間距離に応じて、等価断面積マスターから決定される。等価断面積マスターも断面性能マスターと同様に、予め実験等により設定されたものをテーブルとして用意するものである。等価断面積マスターの一例の一部（耐力フレーム５の一部の仕様、柱間距離、等価断面積）を図５に示す。
【００２８】
等価断面積マスターより、耐力フレーム５の仕様が同じ場合でも、柱間距離が長くなる程、等価断面積は大きくなっており、柱間距離が長い場合には大きな断面積とおいて解析することで、実際の耐力フレーム５の剛性に近似させることができる。
【００２９】
すなわち、従来のように、耐力フレーム５の仕様のみから定まる等価断面積を用いると、柱間距離が長い場合、本来は前記等価断面積よりも大きな断面積を設定すべきところ、本来設定すべきより小さな断面積で解析が行われ、耐力フレーム５の剛性が実際よりも小さく評価されてしまう。
【００３０】
このため、従来においては、精度の良い解析を行うのが困難であり、また、解析結果に基いて安全設計を行うと、架構体１が本来必要とする耐力フレーム５の数以上の数の耐力フレーム５が必要となってしまう。この結果、過剰設計となり、コストが無駄に膨張してしまいかねないものであった。
【００３１】
これに対し、本発明においては、実際の耐力フレーム５の剛性と同じ又は近似した剛性で解析を行うことができるため、精度の良い解析が可能となる。この結果、建物の安全性を向上させるとともに、過剰設計となってコストが無駄に膨張したり、あるいは解析結果が信用できずに更なる実験や検討を繰り返す手間も省かれるものである。
【符号の説明】
【００３２】
１  架構体
２  柱
２０〜２６  柱
３  梁
３１〜３３  梁
４  ブレース材
５  耐力フレーム
５１〜５６  耐力フレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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