(57)【要約】   【課題】  構造部材以外の非構造部材をもモデルの構成部材とすることにより、簡易なモデル化で解析精度を向上させることのできる地震応答解析モデルおよび地震応答解析システムを提供すること。  【解決手段】  複数の建物ユニットの解析モデル１，１，…を繋ぎ材７，７，…で繋ぎ合せることにより、ユニット式建物の解析モデル１０が構成される。解析モデル１０は、線材２，３または面材としてモデル化された構造部材と、線材５または面材としてモデル化された構造部材以外の非構造部材とから構成されており、各部材の接続部には、接続構造に応じてばねやダッシュポットが備えられている。【選択図】図４
2006299783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の建物ユニットの地震応答解析モデルを繋ぎ合せることによって形成される、ユニット式建物の地震応答解析モデルであって、
前記ユニット式建物の地震応答解析モデルは、線材または面材としてモデル化された構造部材と、線材または面材としてモデル化された構造部材以外の非構造部材と、からなることを特徴とする地震応答解析モデル。
【請求項２】
建物ユニットの構造部材である、柱材や梁材が線材としてモデル化されることによってラーメン構造の建物ユニットの地震応答解析モデルが形成され、複数の該建物ユニットの地震応答解析モデルが繋ぎ合わされることによって形成される、請求項１に記載の地震応答解析モデルであって、
前記ユニット式建物の地震応答解析モデルは、前記構造部材以外の非構造部材である柱材および／または壁材が、それぞれ線材または面材としてモデル化されており、該線材または該面材が構造部材の線材と繋ぎ合わされることによって形成されていることを特徴とする地震応答解析モデル。
【請求項３】
建物ユニットの構造部材である床材が線材としてモデル化され、壁材が面材としてモデル化されることによって壁式構造の建物ユニットの地震応答解析モデルが形成され、複数の該建物ユニットの地震応答解析モデルが繋ぎ合わされることによって形成される、請求項１に記載の地震応答解析モデルであって、
前記ユニット式建物の地震応答解析モデルは、前記構造部材以外の非構造部材である柱材および／または壁材が、それぞれ線材または面材としてモデル化されており、該線材または該面材が構造部材の線材および面材と繋ぎ合わされることによって形成されていることを特徴とする地震応答解析モデル。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の地震応答解析モデルにおいて、
前記線材および前記面材が、地震時の建物変形に伴って低減可能な部材剛性を有するばねと、地震エネルギーを減衰可能なダッシュポットと、を備えていることを特徴とする地震応答解析モデル。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のユニット式建物の地震応答解析モデルから作成される一般建物の地震応答解析モデルであって、
ユニット式建物の地震応答解析モデルを構成する建物ユニットの地震応答解析モデルのうち、隣接する地震応答解析モデルの構造部材同士または構造部材と非構造部材同士は１つの合成部材に置き換えられており、該合成部材の部材剛性は、合成される複数の部材からなる全体剛性を有していることを特徴とする地震応答解析モデル。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載のユニット式建物の地震応答解析モデルから作成される一般建物の地震応答解析モデルであって、
ユニット式建物の地震応答解析モデルを構成する建物ユニットの地震応答解析モデルのうち、隣接する地震応答解析モデルの構造部材同士または構造部材と非構造部材同士は１つの合成部材に置き換えられており、該合成部材の部材剛性は、合成される複数の部材からなる全体剛性を割増した剛性または低減した剛性であることを特徴とする地震応答解析モデル。
【請求項７】
前記線材および／または前記面材には、それぞれに固有の変形量および／または荷重の限界値が設定されており、変形量や荷重が該限界値を超えた線材または面材には応力の伝達がおこなわれないように構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の地震応答解析モデル。
【請求項８】
建物ユニットの構造部材である床材が、該床材を構成する枠材を線材とし、枠材に取り付けられたパネル材を面材としてモデル化され、構造部材である壁材が、該壁材を構成する枠材を線材とし、枠材に取り付けられたパネル材を面材としてモデル化されることによって枠組壁構造の建物ユニットの地震応答解析モデルが形成され、複数の該建物ユニットの地震応答解析モデルが繋ぎ合わされることによって形成される、請求項１に記載の地震応答解析モデルであって、
前記ユニット式建物の地震応答解析モデルは、前記構造部材以外の非構造部材である柱材および／または壁材が、それぞれ線材または面材としてモデル化されており、該線材または該面材が構造部材の線材および面材と繋ぎ合わされることによって形成されており、少なくともパネル材がモデル化されてなる面材が、該パネルの有する部材剛性を備えていることを特徴とする地震応答解析モデル。
【請求項９】
前記枠材がモデル化されてなる線材の部材剛性が、前記パネル材がモデル化されてなる面材の部材剛性に比して極めて小なる値に設定されていることを特徴とする請求項８に記載の地震応答解析モデル。
【請求項１０】
前記パネル材に開口が備えられている場合の該パネル材の部材剛性は、該開口によって低減された部材剛性であることを特徴とする請求項８または９に記載の地震応答解析モデル。
【請求項１１】
複数の建物ユニットから構成されるユニット式建物の地震応答解析モデルに、該ユニット式建物の建設地またはその周辺の入力地震情報を入力することによって、ユニット式建物の地震応答解析をおこなう地震応答解析システムであって、
前記地震応答解析システムは、建物ユニットの地震応答解析モデルを構成する、構造部材および非構造部材の部材情報データを格納する部材情報手段と、入力地震データを格納する地震情報手段と、部材情報手段に基づいて地震応答解析モデルを作成し、地震情報手段から取り出した所要の入力地震データを該地震応答解析モデルに入力することによって地震応答解析をおこなう解析手段と、からなり、該地震応答解析システムは、解析手段が、部材情報手段および地震情報手段からの情報を通信手段によって収集できるように構成されており、部材情報手段における部材情報データと地震情報手段における入力地震データが、随時更新されることを特徴とする地震応答解析システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の地震応答解析システムは、前記地震情報手段に加えて、地域ごとの風荷重情報や積雪荷重情報を少なくとも含む荷重情報手段をさらに備えており、前記解析手段においては、地震応答解析に加えて、風荷重および／または積雪荷重を前記地震応答解析モデルに載荷することによって構造解析がおこなわれることを特徴とする地震応答解析システム。
【請求項１３】
前記地震応答解析モデルが、請求項１〜１０のいずれかに記載の地震応答解析モデルであることを特徴とする請求項１１または１２に記載の地震応答解析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の建物ユニットからなるユニット式建物の地震応答解析モデルとユニット式建物の地震応答解析システムに係り、特に、構造部材以外の非構造部材をもモデルの構成部材とすることにより、簡易なモデル化で解析精度を向上させることのできる地震応答解析モデルおよび地震応答解析システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
小、中規模の一般建物では、地震に対する建物の安全性を評価する手法として、静的な外力を建物モデルの各方向に載荷した場合のモデル構成部材に生じる応力を算定し、各部材ごとに算定応力が許容応力度もしくは材料強度以内にあるか否かで安全性の評価をおこなっている。ここでの建物モデルは、建物の縦断面や横断面からなる複数の２次元モデルが一般的であり、静的外力を各断面ごとに載荷させることによって応力の算定がなされるものである。
【０００３】
一方、大規模な高層建築物や、ダンパーもしくは免震装置を備えた特殊構造建築物などにおいては、解析モデルを２次元のみならず３次元にモデル化し、建設対象地点もしくは地域において予想される適宜の地震波形を作成または選定し、例えば３次元の解析モデルに静的または動的に地震波形を入力することによって建築物の各部位の損傷度や倒壊可能性などの評価をおこなっている。
【０００４】
ここで、後者の地震応答解析に使用される建物のモデル化の方法として一般におこなわれる方法は、図１６に示すように、各階の重量は錘の塊からなる質点ａ１，ａ２に置き換え、各階間の変形性能や復元力特性は、建物の剛性を有するばねｂ１、ｂ２や減衰特性を有するダッシュポットｃ１、ｃ２に置き換える方法である（いわゆる串団子モデル）。かかるモデルに例えば動的な地震波形を入力することで、各階（モデル上では各質点）の応力や変形を時系列で算定することができる。
【０００５】
上記のいわゆる串団子モデルは、建物を構成する各構造部材ごとの変形性能やその変化などが無視され、階層ごとに簡略化されたモデルとなってしまうため、モデルの作成は容易である反面、モデルの作成に際して設定されるパラメータの推定が実構造物の有するパラメータと乖離した場合には解析結果の精度が極めて低くなってしまう。
【０００６】
ところで、特許文献１においては、連続して併設する建物ユニットの一構面を一つの連続した平面構造体としたユニット式建物と、その構造計算方法に関する発明が開示されている。この構造計算に際して作成されるユニット式建物モデルは、例えば、建物ユニットがラーメン構造の場合には、該ラーメン構造を構成する構造部材である柱と梁のみからモデルが構成されている。このモデルに、一構面内の静的外力（Ｘ方向とＹ方向）を作用させることでユニット式建物（建物ユニット）を構成する部材の応力と変形量を算定するものである。かかるモデルにおいては、ユニット式建物の地震時の変形性能や地震エネルギーの減衰などは考慮されておらず、したがって、解析結果としては安全側の構造計算となるのが一般的である。すなわち、ユニット式建物が本来備えている非線形特性に加えて、中柱や外壁、内壁といった非構造部材がモデルに反映されていないため、設定される外力に対して構造部材がすべての外力を負担するといった構造計算結果となるため、構造部材が過大に設計されることになる。
【特許文献１】特開２００１−２１４５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の地震応答解析モデルおよび地震応答解析システムは、上記する問題に鑑みてなされたものであり、構造部材のみならず非構造部材をも備えた建物ユニットの地震応答解析モデルを複数繋ぎ合わせることによってユニット式建物の地震応答解析モデルを作成するものであり、簡易なモデル化を図りながらも解析精度を向上させることのできるユニット式建物の地震応答解析モデルを提供することを目的とする。また、作成されたユニット式建物の地震応答解析モデルを、ユニット形式以外の一般建物の地震応答解析モデルへ容易に置き換えることのできる地震応答解析モデルを提供することを目的とする。また、地震応答解析に使用される部材情報データや入力地震データを随時更新可能としながら該解析をシステム化することにより、建設地点に応じた建物の地震応答解析を可能とした地震応答解析システ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】
【０００８】
前記目的を達成すべく、請求項１に記載の発明による地震応答解析モデルは、複数の建物ユニットの地震応答解析モデルを繋ぎ合せることによって形成される、ユニット式建物の地震応答解析モデルであって、前記ユニット式建物の地震応答解析モデルは、線材または面材としてモデル化された構造部材と、線材または面材としてモデル化された構造部材以外の非構造部材と、からなることを特徴とする。
【０００９】
本発明は、複数の建物ユニットを繋ぎ合わせて構成されるユニット式建物の地震応答解析モデルに関するものである。従来の解析モデルでは、構造部材である梁や柱、耐震壁のみが解析モデルの構成要素となっており、中柱や外壁、内壁といったいわゆる非構造部材は解析モデルの構成要素として見込まれていなかった。このような解析モデルに基づく地震応答解析によれば安全側の構造設計となる一方で、非構造部材を含んだ構造物の実耐力（実際の変形性能などを含む）を評価することにはならず、結果的には過大な構造を作り出すことになっていた。
【００１０】
本発明は複数の建物ユニットから構成されるユニット式建物を対象としているため、建物ユニットの構成部材である構造部材および非構造部材のモデル化をおこなってしまえば、全体のユニット式建物のモデル化は建物ユニットモデルを必要数だけ繋ぎ合せるだけでよく、したがってモデル化は比較的容易となる。
【００１１】
ここで、面材をモデル化する実施形態としては、例えば、面を２本の線材に置き換えるモデル化などがある。
【００１２】
なお、地震応答解析モデルとしては、主に３次元モデルを対象としているが、２次元モデルを除外するものでないことは勿論のことである。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明による地震応答解析モデルは、建物ユニットの構造部材である、柱材や梁材が線材としてモデル化されることによってラーメン構造の建物ユニットの地震応答解析モデルが形成され、複数の該建物ユニットの地震応答解析モデルが繋ぎ合わされることによって形成される、前記地震応答解析モデルであって、前記ユニット式建物の地震応答解析モデルは、前記構造部材以外の非構造部材である柱材および／または壁材が、それぞれ線材または面材としてモデル化されており、該線材または該面材が構造部材の線材と繋ぎ合わされることによって形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の地震応答解析モデルは、複数のラーメン構造の建物ユニットの解析モデルを複数繋ぎ合わせて構成されるユニット式建物の地震応答解析モデルに関するものである。
【００１５】
ここで、ラーメン構造における構造部材は、ラーメン構造を構成する柱材および梁材であり、非構造部材は、ラーメン構造構成部材以外の中柱や外壁、内壁、間仕切壁のことである。
【００１６】
構造部材、非構造部材ともに、各部材ごとの材料特性や部材剛性を有している。ここで、材料特性としては、ヤング率や線膨張係数、線形特性、非線形特性などが挙げられる。部材剛性としては、断面寸法から一義的に決まる断面積や断面二次モーメントなどが挙げられる。
【００１７】
本発明の地震応答解析モデルにおいては、ラーメン構造の建物ユニットを構成する構造部材の梁や柱を線材として３次元にモデル化し、さらには非構造部材である中柱などは線材に、外壁などは面材として３次元モデルを構成する構造部材に繋ぐことによってモデル化を図る。解析は電算機の中でおこなわれ、かかるモデル化も電算機の中でおこなわれるものであり、構造部材および非構造部材それぞれの材料特性や部材剛性も電算機中の専用入力シート内に入力される。
【００１８】
既述するように、本発明の地震応答解析モデルは、ラーメン構造の建物ユニットを複数繋ぎ合せてユニット式建物の地震応答解析モデルを作成するものであり、建物ユニットのモデル化をおこなってしまえば、後は必要数の建物ユニットモデルを繋ぐだけの作業となることから、非構造部材をもモデル化するといってもモデル化は比較的容易である。なお、建物ユニット同士を繋ぐ際には、地震時の水平力などを伝達可能な繋ぎ材を適宜使用すればよい。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明による地震応答解析モデルは、建物ユニットの構造部材である床材が線材としてモデル化され、壁材が面材としてモデル化されることによって壁式構造の建物ユニットの地震応答解析モデルが形成され、複数の該建物ユニットの地震応答解析モデルが繋ぎ合わされることによって形成される前記地震応答解析モデルであって、前記ユニット式建物の地震応答解析モデルは、前記構造部材以外の非構造部材である柱材および／または壁材が、それぞれ線材または面材としてモデル化されており、該線材または該面材が構造部材の線材および面材と繋ぎ合わされることによって形成されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明は、壁式構造の建物ユニットを複数繋ぎ合せることによって構成されるユニット式建物の地震応答解析モデルに関するものである。
【００２１】
ここで、壁式構造とは、梁や柱などからフレームが構成されるラーメン構造とは違い、基本的には床材と壁材からなる構造部材によって構成される構造形式のことである。
【００２２】
床材は線材同士をそれぞれの端部で連結してモデル化し、壁材は面材としてモデル化し、床材モデルの線材に壁材モデルの面材の端辺を繋ぐ。本発明では、非構造部材である中柱は線材として、外壁や内壁、間仕切壁などは面材として構造部材と連結することによって建物ユニットモデルが構成され、かかる建物ユニットモデルを必要数繋ぎ合せることによってユニット式建物の地震応答解析モデルが構成される。
【００２３】
また、請求項４に記載の発明による地震応答解析モデルにおいて、前記線材および前記面材が、地震時の建物変形に伴って低減可能な部材剛性を有するばねと、地震エネルギーを減衰可能なダッシュポットと、を備えていることを特徴とする。
【００２４】
面材のモデル化は、既述するような２本の線材に置き換えるほかに、壁の重量を有する質点としてモデル化することもできる。この場合は、質点の上下に線材が取り付けられたモデルとなる。解析モデルのモデル化に際しては、梁材や柱材などの線材に部材の剛性が置き換えられたばねを備え、さらには、建物の変形時に地震エネルギーが減衰することを評価したダッシュポットを備えた解析モデルとすることにより、建物の変形（建物の実挙動）が適切に反映された解析モデルを作成できる。なお、上記するばねやダッシュポットは、例えば、梁材をモデル化した線材と柱材をモデル化した線材の接合箇所において、接合構造を勘案したばねおよびダッシュポットとしてモデル化することもできる。
【００２５】
また、請求項５に記載の発明による地震応答解析モデルは、前記ユニット式建物の地震応答解析モデルから作成される一般建物の地震応答解析モデルであって、ユニット式建物の地震応答解析モデルを構成する建物ユニットの地震応答解析モデルのうち、隣接する地震応答解析モデルの構造部材同士または構造部材と非構造部材同士は１つの合成部材に置き換えられており、該合成部材の部材剛性は、合成される複数の部材からなる全体剛性を有していることを特徴とする。
【００２６】
本発明は、ユニット式建物以外の一般建物、例えば、ＲＣまたはＳＲＣのラーメン構造または壁式構造の建物や木造軸組構造の建物にかかる地震応答解析モデルに関するものであり、ユニット式建物の地震応答解析モデルを作成した後に、これを他の一般建物の地震応答解析モデルに変更する際に好適である。かかる変更に際しては、構成部材である構造部材や非構造部材の断面性能等の入力条件を変更することに加えて、上下または左右に併設する建物ユニットの地震応答解析モデルのうち、隣接する部材同士を１つの合成部材に置き換える必要がある。そこで、この場合は、隣接する部材モデルの中央位置に合成部材を配設したモデルとすることで建物全体の外形寸法は変更せず、さらには、合成部材の剛性を合成される前の複数の部材からなる全体剛性と等価な剛性に変更する。ここで、当初作成されたユニット式建物の地震応答解析モデルにかかる構造形式と、変更された一般建物の地震応答解析モデル双方の構造形式が同一の場合（例えば、ともにラーメン構造である場合）には、合成される複数の部材からなる全体剛性と等価な剛性を有する合成部材とすればよい。一方、ラーメン構造のユニット式建物から木造軸組構造の建物に変更する等、構造形式が変化する場合には、構造部材の置き換えに加えて、建築基準法や構造設計指針等で規定される所要の構造部材（例えば、ブレス材等）を配設した状態で要求される剛性を備えた合成部材とする必要がある。
【００２７】
また、請求項６に記載の発明による地震応答解析モデルは、前記ユニット式建物の地震応答解析モデルから作成される一般建物の地震応答解析モデルであって、ユニット式建物の地震応答解析モデルを構成する建物ユニットの地震応答解析モデルのうち、隣接する地震応答解析モデルの構造部材同士または構造部材と非構造部材同士は１つの合成部材に置き換えられており、該合成部材の部材剛性は、合成される複数の部材からなる全体剛性を割増した剛性または低減した剛性であることを特徴とする。
【００２８】
ユニット式建物の地震応答解析モデルから一般建物の地震応答解析モデルに変更する際には、当初の構造部材または非構造部材の剛性（断面性能等）を一定の割合で増減させた剛性とすることもできる。例えば、変更後の地震応答解析モデルの静的荷重に対する強度が変更前の強度と同程度となるように、各部材の剛性を増減させながら調整するものである。この際、例えば、「住宅の品質確保の促進等に関する法律」やその関連法令による構造の安定性に関する項目等で規定される等級にて、異なる等級間での建物同士の置き換えをおこなって比較することもできる。
【００２９】
また、請求項７に記載の発明による地震応答解析モデルにおいて、前記線材および／または前記面材には、それぞれに固有の変形量および／または荷重の限界値が設定されており、変形量や荷重が該限界値を超えた線材または面材には応力の伝達がおこなわれないように構成されていることを特徴とする。
【００３０】
地震応答解析モデルを構成する構造部材や非構造部材の部材特性において、変形量や作用する荷重の限界値が予め設定されており、かかる限界値を超えた際にはそれ以降の解析においてその部材には応力が伝達されないように構成することで、建物の崩壊挙動をより現実に即した形で再現することが可能となる。
【００３１】
また、請求項８に記載の発明による地震応答解析モデルは、建物ユニットの構造部材である床材が、該床材を構成する枠材を線材とし、枠材に取り付けられたパネル材を面材としてモデル化され、構造部材である壁材が、該壁材を構成する枠材を線材とし、枠材に取り付けられたパネル材を面材としてモデル化されることによって枠組壁構造の建物ユニットの地震応答解析モデルが形成され、複数の該建物ユニットの地震応答解析モデルが繋ぎ合わされることによって形成される、請求項１に記載の地震応答解析モデルであって、前記ユニット式建物の地震応答解析モデルは、前記構造部材以外の非構造部材である柱材および／または壁材が、それぞれ線材または面材としてモデル化されており、該線材または該面材が構造部材の線材および面材と繋ぎ合わされることによって形成されており、少なくともパネル材がモデル化されてなる面材が、該パネルの有する部材剛性を備えていることを特徴とする。
【００３２】
本発明は、いわゆる２×４（ツーバイフォー）工法または２×６（ツーバイシックス）工法などの枠組壁構造の建物ユニットの解析モデルを複数繋ぎ合わせて構成される、ユニット式建物の地震応答解析モデルに関するものである。枠組構造を構成する床や壁は、枠材にパネル材を貼り合わせた態様で構成されている。そこで、本発明では、この枠材を線材とし、パネル材を面材としてモデル化する。ここで、パネル材がモデル化される面材は、該面材モデルを包囲する枠材モデル（線材）内に接続される例えばＨ型の線材から構成することができる。例えば、外郭が矩形の枠材内に複数の縦桟用の枠材が備えられている場合には、外郭の枠材と縦桟にて囲まれた各矩形枠内に、それぞれパネル材がモデル化されてなるＨ型の線材モデルが接続できる。また、パネル材がモデル化された面材が、パネルの厚みなどが考慮された部材剛性（面内剛性または面外剛性）を備えていることで、枠組壁構造建物の地震時耐力などを適切に反映したモデルを構成することができる。
【００３３】
また、請求項９に記載の発明による地震応答解析モデルは、前記枠材がモデル化されてなる線材の部材剛性が、前記パネル材がモデル化されてなる面材の部材剛性に比して極めて小なる値に設定されていることを特徴とする。
【００３４】
本発明は、既述する枠組壁構造の建物ユニットの解析モデルが複数繋ぎ合わされて構成されたユニット式建物の地震応答解析モデルに関し、パネル材に比してその剛性が極めて小さな枠材の剛性を極めて小さく設定することにより、安全側の地震応答解析計算を実現しようとするものである。ここで、枠材がモデル化されてなる線材の部材剛性が、パネル材がモデル化されてなる面材の部材剛性に比して極めて小なる値に設定されているとは、モデル計算上は、枠材モデルの剛性を、コンピュータ内での地震応答解析が可能な範囲でできるだけゼロに近似した値に設定するなどの措置を意味している。
【００３５】
また、請求項１０に記載の発明による地震応答解析モデルにおいて、前記パネル材に開口が備えられている場合の該パネル材の部材剛性は、該開口によって低減された部材剛性であることを特徴とする。
【００３６】
特に壁を構成するパネル材においては開口が設けられているため、かかる開口によるパネル材の剛性低下を適切に評価することにより、解析結果の精度を向上させることができる。なお、枠組壁構造においては、壁や床の仕様（材質や大きさ、形状など）が一律に規定されており、開口の位置や数もほぼ一律に規定されていることから、開口を考慮したパネル材の剛性を決定してしまえば、それを汎用することが可能となる。
【００３７】
また、請求項１１に記載の発明による地震応答解析システムは、複数の建物ユニットから構成されるユニット式建物の地震応答解析モデルに、該ユニット式建物の建設地またはその周辺の入力地震情報を入力することによって、ユニット式建物の地震応答解析をおこなう地震応答解析システムであって、前記地震応答解析システムは、建物ユニットの地震応答解析モデルを構成する、構造部材および非構造部材の部材情報データを格納する部材情報手段と、入力地震データを格納する地震情報手段と、部材情報手段に基づいて地震応答解析モデルを作成し、地震情報手段から取り出した所要の入力地震データを該地震応答解析モデルに入力することによって地震応答解析をおこなう解析手段と、からなり、該地震応答解析システムは、解析手段が、部材情報手段および地震情報手段からの情報を通信手段によって収集できるように構成されており、部材情報手段における部材情報データと地震情報手段における入力地震データが、随時更新されることを特徴とする。
【００３８】
本システムは、例えば、中央管理者側にある電算機内に解析手段が備えられており、全国各地の支店もしくは営業所にある電算機内に部材情報手段と地震情報手段が備えられており、この中央管理者側と各地の支店との間の情報のやりとりを通信手段でおこなうものである。
【００３９】
各支店（もしくは営業所）の電算機内の地震情報手段には、各地域もしくは各支店管轄地域における過去の地震記録波形データや各地域固有の合成地震波形データが格納されている。この地震記録波形データなどは、各地域ごとに最新の地震記録が得られるたびに追加されていく。
【００４０】
一方、各支店の電算機内の部材情報手段には、例えば、各地域で入手可能なユニット式建物構築用の部材情報データが格納されている。この部材情報データについても、例えば新たな部材が市販可能となった段階で最新データとして部材情報手段に追加されていく。
【００４１】
各地の支店や営業所から中央管理者側へ、ユニット式建物の構造検討の依頼があると、中央管理者側は、依頼元の支店の電算機から必要な入力地震データを通信手段で取り寄せ、解析に使用する入力地震データを選定する。次に、中央管理者側は、電算機内にある解析手段において、ニーズに応じたユニット式建物のレイアウトに基づき地震応答解析モデルの作成をおこなう。例えば３次元モデルが作成された段階で、建物ユニットの解析モデルを構成する構造部材および非構造部材の各部材を、通信手段を介して取り寄せた部材情報データに基づいて選定する。
【００４２】
選定された入力地震データを解析モデルに載荷させながら地震応答解析を実施する。解析の結果、ユニット式建物の強度が不足していたり、あるいは過剰な設計となっていた場合には、部材を再度選定し直して、あらためて地震応答解析をおこなう。場合によってはかかるフローを繰り返すことにより、ユニット式建物の建設地点もしくは建設予定地点固有の地震データを反映した、精度のよい地震応答解析結果を得ることができる。本発明によれば、地域で入手可能な部材データや地域固有の地震データを解析時に容易に使用することができるため、最適な構造設計を短時間におこなうことが可能となる。
【００４３】
また、請求項１２に記載の発明による地震応答解析システムは、前記地震情報手段に加えて、地域ごとの風荷重情報や積雪荷重情報を少なくとも含む荷重情報手段をさらに備えており、前記解析手段においては、地震応答解析に加えて、風荷重および／または積雪荷重を前記地震応答解析モデルに載荷することによって構造解析がおこなわれることを特徴とする。
【００４４】
本発明は、ユニット式建物の構造解析に際し、上記する地震応答解析のほかにもそのユニット式建物が建設される地域固有の風荷重や積雪荷重に対して構造解析が実施される地震応答解析システムに関するものである。この風荷重に関するデータや積雪荷重に関するデータも、入力地震データと同様に依頼元の支店の電算機等に格納されており、中央管理者側は、通信手段で取り寄せることができる。かかる荷重データは、建築基準法やその関連法令等によって既に設定されている地域ごとの値を使用することができる。
【００４５】
なお、本発明の地震応答解析システムは、ユニット式建物の他にも、既述する一般建物（ユニット式建物の地震応答解析モデルから変更された一般建物の地震応答解析モデル）にも適用できる。また、地名や行政コード、経度および緯度を中央管理者側にある電算機において入力することで、対象となる各地の支店や営業所から各種設計情報（耐震設計条件や耐風設計条件、耐積雪設計条件など）が中央管理者側に自動的に送信され、建物の構造選定や構造解析がおこなわれるような実施形態も適用できる。
【００４６】
さらに、請求項１３に記載の発明による地震応答解析システムは、前記地震応答解析モデルが、請求項１〜１０のいずれかに記載の地震応答解析モデルであることを特徴とする。
【００４７】
既述する地震応答解析モデルを地震応答解析システム内の解析手段にて使用することにより、地震応答解析の解析精度をさらに高めることが可能となる。
【発明の効果】
【００４８】
以上の説明から理解できるように、本発明の地震応答解析モデルによれば、構造部材のみならず非構造部材も解析モデルに反映されているため、解析精度を向上させることができる。また、本発明の地震応答解析モデルによれば、さらに地震時の部材の剛性低下や地震エネルギーの減衰などが評価されているため、解析精度をさらに向上させることができる。また、本発明の地震応答解析モデルは、複数の建物ユニットを繋ぎ合わせてなるユニット式建物を対象としているため、非構造部材を解析モデルの構成要素に組み込んだとしても比較的簡易にモデルを作成できる。また、本発明の地震応答解析モデルによれば、ユニット式建物の地震応答解析モデルを、容易に一般建物の地震応答解析モデルに変更することが可能となり、したがって、あらゆる構造形式の建物の地震応答解析に適用することができる。さらに、本発明の地震応答解析システムによれば、建設地域もしくは建設予定地域固有の入力地震データや地域で入手可能な部材情報データに基づいた地震応答解析を実施することができる。かかるデータは随時最新データに更新されているため、より現実的なユニット式建物の構造計算を実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、建物ユニットの地震応答解析モデルの一実施形態を示した図である。図２は、建物ユニットの構成部材に作用する加力と部材変形の関係を示したグラフであり、図３は建物ユニットの構成部材に作用する加力と部材変形のヒステリシスを示した図である。図４は、ユニット式建物の地震応答解析モデルの一実施形態を示した図を、図５は、建物ユニットの地震応答解析モデルの他の実施形態を示した図を、図６は、ユニット式建物の地震応答解析モデルの他の実施形態を示した図をそれぞれ示している。図７は、ユニット式建物の地震応答解析モデルを木造軸組構造建物の地震応答解析モデルに変更可能であることを示した図であり、（ａ）は、ユニット式建物の地震応答解析モデルを示した図を、（ｂ）は、木造軸組構造建物の地震応答解析モデルを示した図をそれぞれ示している。図８は、一般建物の構成部材に作用する加力と部材変形のヒステリシスを示した図である。図９は、枠組壁構造建物の床または壁の一実施形態を示した図を、図１０は、図９をモデル化した図を、図１１は、枠組壁構造からなるユニット式建物の地震応答解析モデルの実施形態を示した図を、図１２ａは、壁の厚みと剛性の関係を模式的に示したグラフを、図１２ｂは、開口の占有比率を勘案した壁と剛性の関係を模式的に示したグラフをそれぞれ示している。図１３は、地震応答解析システムの概要を説明したブロック図を、図１４は、解析手段の一実施形態のフロー図を、図１５は、解析手段の他の実施形態のフロー図をそれぞれ示している。なお、図示する地震応答解析モデルは、ラーメン構造の建物ユニットを複数繋ぎ合わせて構成されたものであるが、壁式構造の建物ユニットからなるユニット式建物であってもよいことは勿論のことである。
【００５０】
図１は、ユニット式建物の解析モデルを構成する建物ユニットの解析モデル１の一実施形態を示している。この解析モデル１は、天井部分と床部分を構成する構造部材の梁材３，３，…が井形に構成され、構造部材である柱材２，２，…がそれぞれの井形の隅角部で接続されている。また、柱材２と梁材３の接続構造に基づいて、接続部にはばね４１とダッシュポット４２がモデル化されている。図１の実施形態では、２点鎖線で示された外壁ａが２本の線材５，５にモデル化されており、構造部材の接続部と同様に、外壁ａと梁材３の接続部にもばね５１とダッシュポット５２がモデル化されている。
【００５１】
ここで、建物ユニットを構成する部材の剛性（変形性能）を設定するにあたり、図２のような、加重−変形特性が使用できる。本発明では、従来の加重−変形特性を示す折れ線Ｘを、実際の緩やかな部材降伏を勘案した滑らかな加重−変形特性線Ｙとして使用することもできる。なお、図中のδｃ、δｙ、δｕは、それぞれ、ひび割れ変形、降伏変形、終局変形を示し、δｃ、δｙ、δｕに対応するＰｃ，Ｐｙ，Ｐｕは、それぞれ、ひび割れ加重、降伏加重、終局加重を示している。
【００５２】
また、建物ユニットの変形時においては、壁材の面内変形や損傷などによって部材の剛性が低下することが一般的であるため、部材の剛性を設定するに当たり、図３に示すような加重−変形のヒステリシスを使用することもできる。本発明では、従来のヒステリシスを示すＸ線に剛性低下指数を加味したＹ線を使用することもできるし、さらには、図２と同様に実際の緩やかな部材降伏を勘案したＺ線を使用することもできる。
【００５３】
図４は、図１に示す建物ユニットの解析モデル１を水平方向および鉛直方向に複数繋ぎ合わせて構成されるユニット式建物の解析モデル１０の一実施形態を示している。
【００５４】
所要のユニット式建物の解析モデル１０を構築する場合、隣接する建物ユニットの解析モデル１，１同士は、入力地震載荷時の水平力を伝達可能な繋ぎ材７で繋ぐだけでよい。電算機内において、このユニット式建物の解析モデル１０に所要の入力地震データを載荷させることにより、各部材に発生する応力や変形量などがアウトプットされることになる。
【００５５】
図５は、建物ユニットの解析モデルの他の実施形態を示している。この解析モデル１ａでは、外壁を２本の線材としてモデル化するのではなく、外壁の重量を質点５ｂに置き換え、該質点５ｂに線材５ａ，５ａを繋いで外壁がモデル化されている。この線材５ａと構造部材である梁材をモデル化した線材３との接続部には、ばね５１ａとダッシュポット５２ａを介在させる。
【００５６】
一方、図６は、ユニット式建物の解析モデルの他の実施形態を示している。この解析モデル１０ａは、各階の重量を質点６に置き換え（ここでは、各階の質量が４つの質点で按分されており、隣接する建物ユニットを繋ぐ箇所の質点は双方の建物ユニットの按分質量となっている）、構造部材である柱材の線材モデルには、ばね４１とダッシュポット４２が、非構造部材である外壁の線材モデルには、ばね５１とダッシュポット５２がそれぞれ備えられている。
【００５７】
次に、図７に基づいて、ユニット式建物の解析モデルをユニット式以外の一般建物の解析モデルへ変更する実施形態について説明する。図７ａに示す解析モデル１０は、例えば図４に示すユニット式建物の解析モデル１０と同じモデルであり、ここではばねやダッシュポットなどの図示を省略している。図７ａに示すラーメン構造のユニット式建物の解析モデル１０を作成した後、外形寸法を変更することなく建物の構造仕様を他の構造仕様に変更して作成したモデルが図７ｂである。図７ａにおいて建物ユニットの解析モデル１，１のうち、隣接する線材３，３は、図７ｂにおいて１つの合成部材（線材３ａ）に置き換えられる。図７ｂに示す解析モデル１１は、例えば木造軸組構造建物にかかるモデルである。
【００５８】
ここで、建物の構造仕様を変更する際には、その構成部材の部材剛性も変更する必要がある。本実施例では、構造変更に伴って設置が必要となるブレス材８，８，…をモデルの所定箇所に設置し、線材３ａの部材剛性を変更前の線材３，３の全体剛性と等価に設定したり、変更前の線材３，３の全体剛性に対して一定割合で増減された剛性とすることができる。
【００５９】
図８は、既述するユニット式建物の解析モデルや一般建物の解析モデルを構成する部材特性を示すヒステリシスの一実施形態であり、荷重や変形量に限界値が設定されているものである。各部材ごとに荷重や変形量に限界値が設けられていることで、その限界値を超えた部材はそこで応力伝達がおこなわれないこととなり、以後の構造解析ではかかる部材が考慮されない解析モデルにて解析が続けられる。かかる部材特性を各部材に設定しておくことで、実際の崩壊メカニズムに即した構造解析を実現することが可能となる。
【００６０】
図９は、枠組壁構造形式のユニット式建物を構成する壁や床用の板材の実施例を示したものである。板材は、図に示すように枠材ａ１と該枠材ａ１に取り付けられたパネル材ａ２と、枠材内の複数の縦桟ａ３，ａ３，…とから構成されているが、かかる実施例に限定されるものではない。枠材ａ１およびパネル材ａ２はともに木製であり、その詳細な材質は多様に存在するため、モデル化に際しては材質に応じた材料特性を設定することとなる。
【００６１】
図９の板材を地震応答解析時の構造モデル用にモデル化した一実施例が図１０に示されている。枠材ａ１は各線材１００，１００，…の格点同士が剛接合されており、その内部に、Ｈ型線材２００にモデル化されたパネル材が取り付けられている。なお、パネル材のモデル化は、かかるＨ型の線材のみでなく、線材を交差させた形態など、適宜の態様のモデル化が可能である。また、板材のモデル化に際して、線材１００とＨ型線材２００の接続は、接続部分を重ね梁としてモデル化するなど、枠材とパネル材との実際の接続強度や接続態様に応じた適宜の接続方式を適用すればよい。
【００６２】
図１０は、図９に示す板材モデルを相互に繋ぎ合わせて建物ユニットの解析モデル１ｂを作成し、複数の解析モデル１ｂ、１ｂ、…を格点同士を剛接合することによって構成された枠組壁構造形式のユニット式建物の解析モデル１０ｂを示したものである。なお、図示する解析モデル１０ｂには、モデル化された非構造部材を省略しているが、実際のユニット式建物に取り付けられる袖壁や中壁などを既述するようにモデル化し、適宜解析モデルの構造部材と接続すればよい。
【００６３】
なお、解析モデルの部材特性（部材剛性）を入力する際には、予め算定されているパネル材の厚みに応じた剛性を図１２ａに示すようなグラフとして入力しておくことで、選定されたパネル厚に応じた剛性を自動的にコンピュータ内で選択できるような構成としておくことが好ましい。さらに、板材を壁用にモデル化する際には、窓用の開口を有する壁の存在を考慮して、かかる開口によって低下する剛性を開口の占有比率に応じて予め算定しておき、算定結果を図１２ｂに示すようにグラフ化しておくことで、より精度の高いモデル化を実現することができる。
【００６４】
また、安全側の地震応答解析結果を求めたい場合には、板材を構成するパネル材の剛性は所定の剛性のままで設定し、枠材の剛性は、コンピュータ内で地震応答解析を実行可能な限度で、極めて小さな値（ゼロに近い値）に設定することもできる。枠組壁構造建物の構成部材のうち、地震時耐力として見込める部分のほとんどはパネル材だからである。尤も、軸組構造建物（既述するラーメン構造の建物など）に比して、地震時水平力を全て床や壁の面で対抗することから、耐震性能に優れていることが枠組壁構造建物の特徴でもあり、枠材の剛性を考慮しないとしても、その解析結果に大きな差異は生じないものと考えられる。
【００６５】
次に、図１３〜１５に基づいて、地震応答解析システムの概要を説明する。
地震応答解析システムは、中央管理者側の電算機１００と、各地の支店や営業所側の電算機２００が通信回線で繋がっている。電算機１００内には、解析手段１０１と通信手段１０２が収容されており、電算機２００内には、部材情報手段１０４と、地震情報手段１０５、通信手段１０３および出力手段１０６が収容されている。
【００６６】
部材情報手段１０４や地震情報手段１０５には、それぞれの地域で入手可能な部材データや地域固有の地震波形データ（地震記録波形データ、合成地震波形データ）が格納されており、それぞれのデータは、最新データの入力１０７，１０８によって随時データの更新や蓄積がおこなわれている。なお、部材情報データとしては、部材の仕様ごとに、断面性能や部材剛性などがデータ化されている。
【００６７】
例えば、任意の地域の営業所で顧客のニーズに応じたユニット式建物の仕様入力１０９がおこなわれると、このデータが通信手段１０３，１０２を介して中央管理者側の電算機１００に送信される。中央管理者側では、かかるユニット式建物の仕様データに基づいて地震応答解析モデルを電算機１００内で作成する。さらに、電算機２００から、部材情報データと適宜の入力地震データを通信手段１０３，１０２を介して入手し、これらのデータに基づいて地震応答解析を実施することになる。
【００６８】
解析手段の一実施形態の概要を図１４のフローに基づいて説明する。
電算機１００に建設地情報入力１１０をおこなうことにより、電算機２００からの取り込みデータを所要地域に絞り込む。
【００６９】
次に、準拠する設計基準等に基づき、電算機２００の地震情報手段１０５内に蓄積される入力地震データの中から適宜の入力地震データの選定１２０をおこなう。
【００７０】
入力地震データの選定後、ユニット式建物の仕様に応じて、ユニット式建物の地震応答解析モデルの作成１３０をおこなう。かかる地震応答解析モデルは、例えば、既述した解析モデル１０，１０ａなどを使用できる。
【００７１】
例えば３次元の解析モデルを作成した後、解析モデルの構成する構造部材および非構造部材の部材の選定１４０をおこなう。部材データは、電算機２００の部材情報手段１０４内に蓄積される部材情報データから取り込むものであり、電算機にて各部材を選定することにより、各部材が有する断面性能や部材剛性が解析モデルに加味されることになる。
【００７２】
解析モデルの作成および構成部材の部材選定をおこなった後に、かかる解析モデルに選定された入力地震データを載荷させることにより、地震応答解析を実施する。
【００７３】
地震応答解析の結果、構成部材で強度不足箇所が発生したり、あるいは逆に、計算結果が過剰設計である場合には部材を選定し直して、再度地震応答解析をおこなう。
【００７４】
適宜の基準に基づいて、最適設計となるまで部材の選定を繰り返し、最適設計となった段階で地震応答解析を終了する。
【００７５】
上記する地震応答解析システムによれば、各地域固有の地震データと入手可能な部材データに基づいて地震応答解析をおこなうことができるため、構造的にもコスト的にも最適なユニット式建物を顧客に提供することが可能となる。また、実際の地震応答解析は、中央管理者のみがおこなえばよく、したがって、各支店や営業所に地震応答解析に詳しい技術者が常駐する必要はない。
【００７６】
また、図１５は解析手段の他の実施形態を示したフローである。まず、建設地情報入力２１０の後に地震応答解析モデルを作成し（２２０）、各支店や営業所の電算機２００内にある地域固有の風荷重情報／積雪荷重情報などを蓄積した荷重情報手段２０１から荷重データを通信手段を介して中央管理者側の電算機が入手し、かかる荷重データに基づいて耐風設計や耐積雪設計、さらには許容応力度法などに基づく一次設計を実施することで、地震応答解析の前段階における解析モデルの部材の選定２３０がおこなわれる。次に地震情報手段１０５から通信手段を介して地震データを入手し、かかる地震データに基づいて地震応答解析２４０をおこなう。地震応答解析の結果、構成部材で強度不足箇所が発生したり、あるいは逆に、計算結果が過剰設計である場合には建物の構造仕様を変更等し、再度地震応答解析をおこなう。最適設計となるまで部材の選定を繰り返し、最適設計となった段階で地震応答解析を終了する。
【００７７】
なお、上記する解析手段は、新設建物の構造解析以外にも既存建物の改修や改築設計へも適用可能である。
【００７８】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】建物ユニットの地震応答解析モデルの一実施形態を示した図。
【図２】建物ユニットの構成部材に作用する加力と部材変形の関係を示したグラフ。
【図３】建物ユニットの構成部材に作用する加力と部材変形のヒステリシスを示した図。
【図４】ユニット式建物の地震応答解析モデルの一実施形態を示した図。
【図５】建物ユニットの地震応答解析モデルの他の実施形態を示した図。
【図６】ユニット式建物の地震応答解析モデルの他の実施形態を示した図。
【図７】ユニット式建物の地震応答解析モデルを木造軸組構造建物の地震応答解析モデルに変更可能であることを示した図であり、（ａ）は、ユニット式建物の地震応答解析モデルを示した図、（ｂ）は、木造軸組構造建物の地震応答解析モデルを示した図。
【図８】一般建物の構成部材に作用する加力と部材変形のヒステリシスを示した図。
【図９】枠組壁構造建物の床または壁の一実施形態を示した図。
【図１０】図９をモデル化した図。
【図１１】枠組壁構造からなるユニット式建物の地震応答解析モデルの実施形態を示した図。
【図１２】（ａ）はパネル材の厚みと剛性の関係を模式的に示したグラフであり、（ｂ）は開口の占有比率を勘案したパネル材と剛性の関係を模式的に示したグラフ。
【図１３】地震応答解析システムの概要を説明したブロック図。
【図１４】解析手段の一実施形態のフロー図。
【図１５】解析手段の他の実施形態のフロー図。
【図１６】従来の地震応答解析に使用される串団子モデルを示した図。
【符号の説明】
【００８０】
１，１ａ，１ｂ…建物ユニットの解析モデル、２…線材（柱材）、３…線材（梁材）、３ａ…線材（合成部材）、５…線材（非構造部材の壁）、６…質点、７…繋ぎ材、１０，１０ａ，１０ｂ…ユニット式建物の解析モデル、１１…一般建物の解析モデル、４１，５１…ばね、４２，５２…ダッシュポット、１００…線材（枠材）、２００…Ｈ型線材（パネル材）、ａ…非構造部材の壁
【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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【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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