(57)【要約】【課題】型式適合認定を取得することを前提としつつ邸別の最適化設計を容易に行う。【解決手段】工業化住宅の設計を支援する方法であって、柱、梁及び耐力フレームを用いて三次元の架構体を設計する工程ａ、前記架構体を、垂直構面毎に二次元の垂直フレーム体に分解する工程ｂ、各垂直フレーム体を、耐力フレームが配された１スパンフレームと、耐力フレームが配されていない１スパンの単純梁とに分解する工程ｃ、全ての１スパンフレームについて、１スパンフレーム内に含まれる任意の柱に、単位水平荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算した単位水平荷重−軸力テーブルを、前記水平荷重位置を変化させた複数の荷重位置について作成する工程ｄ及び前記単位水平荷重−軸力テーブルを用いて、１スパンフレームの柱に作用する軸力を計算し、柱及び／又は梁の強度を確認又は再設計する工程ｅを含む。【選択図】図１
2011018315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱と梁とがピン接合された垂直構面に耐力フレームが配された架構体を有する工業化住宅の設計を支援する方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする工業化住宅の設計支援方法。
ａ）前記柱、前記梁及び耐力フレームを用いて三次元の架構体を設計する工程
ｂ）前記架構体を、前記垂直構面毎に二次元の垂直フレーム体に分解する工程
ｃ）各垂直フレーム体を、前記耐力フレームが配された１スパンフレームと、前記耐力フレームが配されていない１スパンの単純梁とに分解する工程
ｄ）全ての１スパンフレームについて、１スパンフレーム内に含まれる任意の柱に、単位水平荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、荷重値、荷重位置及び柱の軸力値の関係を表す単位水平荷重−軸力テーブルを、前記水平荷重位置を変化させた複数の荷重位置について作成する工程
ｅ）前記単位水平荷重−軸力テーブルを用いて、前記１スパンフレームの柱に作用する軸力を計算し、柱及び／又は梁の強度を確認又は再設計する工程
【請求項２】
前記複数の荷重位置は、柱と梁との接合位置である請求項１記載の工業化住宅の設計支援方法。
【請求項３】
前記工程ｄは、全ての１スパンフレームについて、１スパンフレーム内に含まれる任意の梁に、単位垂直荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、荷重値、荷重位置及び柱の軸力値の関係を表す単位垂直荷重−軸力テーブルを、前記垂直荷重位置を変化させた複数の荷重位置について作成する工程をさらに含み、
前記工程ｅは、前記単位水平荷重−軸力テーブル及び前記単位垂直荷重−軸力テーブルを用いる請求項１又は２記載の工業化住宅の設計支援方法。
【請求項４】
前記架構体は、片持ち梁を含み、
前記工程ｄは、前記片持ち梁を有する１スパンフレームについて、前記片持ち梁の支点に、単位曲げ荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、荷重値、荷重位置及び柱の軸力値の関係を表す単位曲げ荷重−軸力テーブルを作成する工程をさらに含み、
前記工程ｅは、前記単位水平荷重−軸力テーブル及び前記単位モーメント荷重−軸力テーブルを用いる請求項１記載の工業化住宅の設計支援方法。
【請求項５】
前記架構体は、片持ち梁を含み、
前記工程ｄは、前記片持ち梁を有する１スパンフレームについて、前記片持ち梁の支点に、単位曲げ荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、荷重値、荷重位置及び柱の軸力値の関係を表す単位曲げ荷重−軸力テーブルを作成する工程をさらに含み、
前記工程ｅは、前記単位水平荷重−軸力テーブル、前記単位垂直荷重−軸力テーブル及び前記単位モーメント荷重−軸力テーブルを用いる請求項３記載の工業化住宅の設計支援方法。
【請求項６】
前記工程ｅは、
前記架構体に、任意の水平荷重及び垂直荷重を負荷させたときの各１スパンフレームに作用する実荷重状態を決定する工程、
実荷重状態の１スパンフレームを、一つの垂直荷重又は一つの水平荷重のみが作用する単一荷重状態の１スパンフレームに分解する工程、
前記各単一荷重状態の１スパンフレームの各柱の軸力を計算する工程、及び
各単一荷重状態の１スパンフレームの各柱の軸力を足し合わせることにより、前記実荷重状態における１スパンフレームの各柱に作用する軸力を計算する工程を含む請求項１乃至５のいずれかに記載の工業化住宅の設計支援方法。
【請求項７】
前記工程ｅにおいて、柱が、直交する少なくとも２つの１スパンフレームで互いに共有されている第１の柱である場合、各１スパンフレームで得られた第１の柱の軸力を足し合わせて第１の柱に作用する軸力を計算する請求項６に記載の工業化住宅の設計支援方法。
【請求項８】
前記工程ｅにおいて、柱が、少なくとも１つの１スパンフレームと、少なくとも一つの単純梁の一端側とで互いに共有されている第２の柱である場合、前記１スパンフレームで得られた第２の柱の軸力と、前記単純梁の前記一端側の支点反力とを足し合わせて第２の柱に作用する軸力を計算する請求項６に記載の工業化住宅の設計支援方法。
【請求項９】
前記工程ｅは、
前記各柱の軸力が得られた実荷重状態における１スパンフレームの梁を、前記柱の軸力を受ける単純梁に分解する工程、及び
前記単純梁の応力を計算する工程を含む請求項６ないし８のいずれかに記載の工業化住宅の設計支援方法。
【請求項１０】
柱と梁とがピン接合された垂直構面に耐力フレームが配された架構体を有する工業化住宅の設計を支援する方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする工業化住宅の設計支援方法。
ａ）前記柱、前記梁及び耐力フレームを用いて三次元の架構体を設計する工程
ｂ）前記架構体を、前記垂直構面毎に二次元の垂直フレーム体に分解する工程
ｃ）各垂直フレーム体を、前記耐力フレームが配された１スパンフレームと、前記耐力フレームが配されていない１スパンの単純梁とに分解する工程
ｄ’）全ての１スパンフレームについて、１スパンフレーム内に含まれる任意の柱に、単位水平荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、該１スパンフレームの剛性に関するパラメータが記載された剛性テーブルを、前記水平荷重位置を変化させた複数の荷重位置について作成する工程
ｅ’）前記架構体に、任意の水平荷重及び垂直荷重を負荷させたときの各１スパンフレームに作用する実荷重状態を決定するとともに、前記剛性テーブルを用いて、前記１スパンフレームの剛性を評価して少なくとも前記１スパンフレームに配置された耐力フレームの枚数を確認又は再設計する工程
【請求項１１】
柱と梁とがピン接合された垂直構面に耐力フレームが配された架構体を有する工業化住宅の型式認定申請を支援する方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする工業化住宅の型式認定申請の支援方法。
ｂ）前記架構体を、前記各垂直構面毎に二次元の垂直フレーム体に分解する工程
ｃ）各垂直フレーム体を、前記耐力フレームが配された１スパンフレームと、前記耐力フレームが配されていない１スパンの単純梁とに分解する工程
ｄ）全ての１スパンフレームについて、１スパンフレーム内に含まれる任意の柱に、単位水平荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、荷重値、荷重位置及び柱の軸力値の関係を表す単位水平荷重−軸力テーブルを、前記水平荷重位置を変化させた全ての荷重位置について作成する工程
ｆ）前記単位水平荷重−軸力テーブルを、前記１スパンフレームの各柱及び／又は梁が構造上の安全性を有することを説明する資料として提出する工程
【請求項１２】
前記工程ｄは、全ての１スパンフレームについて、１スパンフレーム内に含まれる任意の梁に、単位垂直荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、荷重値、荷重位置及び柱の軸力値の関係を表す単位垂直荷重−軸力テーブルを、前記垂直荷重位置を変化させた複数の荷重位置について作成する工程を含み、
前記工程ｆは、さらに前記単位垂直荷重−軸力テーブルを、前記１スパンフレームの各柱及び／又は梁が構造上の安全性を有することを説明する資料として提出することを特徴とする請求項１１記載の工業化住宅の型式認定申請の支援方法。
【請求項１３】
前記架構体は、片持ち梁を含み、
前記工程ｄは、前記片持ち梁を有する１スパンフレームについて、前記片持ち梁の支点に、単位曲げ荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、荷重値、荷重位置及び柱の軸力値の関係を表す単位曲げ荷重−軸力テーブルを作成する工程をさらに含み、
前記工程ｆは、さらに前記単位曲げ荷重−軸力テーブルを、前記１スパンフレームの各柱及び／又は梁が構造上の安全性を有することを説明する資料として提出することを特徴とする請求項１１又は１２記載の工業化住宅の型式認定申請の支援方法。
【請求項１４】
柱と梁とがピン接合された垂直構面に耐力フレームが配された架構体を有する工業化住宅の型式認定申請を支援する方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする工業化住宅の型式認定申請の支援方法。
ａ）前記柱、前記梁及び耐力フレームを用いて三次元の架構体を設計する工程
ｂ）前記架構体を、前記垂直構面毎に二次元の垂直フレーム体に分解する工程
ｃ）各垂直フレーム体を、前記耐力フレームが配された１スパンフレームと、前記耐力フレームが配されていない１スパンの単純梁とに分解する工程
ｄ’）全ての１スパンフレームについて、１スパンフレーム内に含まれる任意の柱に、単位水平荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、該１スパンフレームの剛性に関するパラメータが記載された剛性テーブルを、前記水平荷重位置を変化させた複数の荷重位置について作成する工程
ｇ）前記剛性テーブルを、前記１スパンフレームの耐力フレームの配置枚数が構造上の安全性を有することを説明する資料として提出する工程
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、型式適合認定を取得することを前提としつつ邸別の最適化設計を容易に行うことができる工業化住宅の設計支援方法及びそれを用いた型式認定申請の支援方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
型式適合認定制度は、住宅を安定供給するために、工場で生産された高品質な住宅を認定する制度として発足したものである。即ち、型式適合認定制度では、国が予め一定の建築基準に適合することを認定した規格（ルール）に従った建築物は、認定に該当する建築基準に適合するとみなし、個々の建築確認申請・検査において申請図書の軽減等により申請者の負担が軽減される。前記規格の例としては、例えば、次のようなものがある。
イ）耐力壁（耐力フレーム）の配設位置は、柱際に限定する。
ロ）スパンの最大は６Ｐ以下とし、６Ｐに隣接するスパンは４Ｐ以下とする。
ハ）Ｇ３断面の４Ｐ床梁にかかる小梁は、〜Ｐ以下とする。
ニ）屋上緑化がある場合は、水平時の層間変形角を１／１５０radとする。
【０００３】
一方、型式適合認定では、個々の建築物毎に応力解析をして安全性を確認することは認められていない。このため、前記規格（ルール）のみに依存すると、邸別に見た場合、柱や梁などの部材が過剰設計になる場合があり、住宅価格の高騰を招きやすいという問題があった。また、一つの建築物システム毎に型式認定用の多数のルールを定める必要があるため、型式認定申請には、多くの工数及びコストが必要になる。さらに、型式認定制度は、規格（ルール）による運用となるため、個々の建築物の安全性について、構造計算の過程が後から確認しづらいという問題もあった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、以上のような問題点に鑑み案出なされたもので、型式適合認定の取得を前提とした工業化住宅の最適設計を支援しうる工業化住宅の設計支援方法及びそれを用いた型式認定申請の支援方法を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のうち請求項１記載の発明は、柱と梁とがピン接合された垂直構面に耐力フレームが配された架構体を有する工業化住宅の設計を支援する方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする工業化住宅の設計支援方法である。
ａ）前記柱、前記梁及び耐力フレームを用いて三次元の架構体を設計する工程
ｂ）前記架構体を、前記垂直構面毎に二次元の垂直フレーム体に分解する工程
ｃ）各垂直フレーム体を、前記耐力フレームが配された１スパンフレームと、前記耐力フレームが配されていない１スパンの単純梁とに分解する工程
ｄ）全ての１スパンフレームについて、１スパンフレーム内に含まれる任意の柱に、単位水平荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、荷重値、荷重位置及び柱の軸力値の関係を表す単位水平荷重−軸力テーブルを、前記水平荷重位置を変化させた複数の荷重位置について作成する工程
ｅ）前記単位水平荷重−軸力テーブルを用いて、前記１スパンフレームの柱に作用する軸力を計算し、柱及び／又は梁の強度を確認又は再設計する工程
【０００６】
また請求項２記載の発明は、前記複数の荷重位置は、柱と梁との接合位置である請求項１記載の工業化住宅の設計支援方法である。
【０００７】
また請求項３記載の発明は、前記工程ｄは、全ての１スパンフレームについて、１スパンフレーム内に含まれる任意の梁に、単位垂直荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、荷重値、荷重位置及び柱の軸力値の関係を表す単位垂直荷重−軸力テーブルを、前記垂直荷重位置を変化させた複数の荷重位置について作成する工程をさらに含み、前記工程ｅは、前記単位水平荷重−軸力テーブル及び前記単位垂直荷重−軸力テーブルを用いる請求項１又は２記載の工業化住宅の設計支援方法である。
【０００８】
また請求項４記載の発明は、前記架構体は、片持ち梁を含み、前記工程ｄは、前記片持ち梁を有する１スパンフレームについて、前記片持ち梁の支点に、単位曲げ荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、荷重値、荷重位置及び柱の軸力値の関係を表す単位曲げ荷重−軸力テーブルを作成する工程をさらに含み、前記工程ｅは、前記単位水平荷重−軸力テーブル及び前記単位モーメント荷重−軸力テーブルを用いる請求項１記載の工業化住宅の設計支援方法である。
【０００９】
また請求項５記載の発明は、前記架構体は、片持ち梁を含み、前記工程ｄは、前記片持ち梁を有する１スパンフレームについて、前記片持ち梁の支点に、単位曲げ荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、荷重値、荷重位置及び柱の軸力値の関係を表す単位曲げ荷重−軸力テーブルを作成する工程をさらに含み、前記工程ｅは、前記単位水平荷重−軸力テーブル、前記単位垂直荷重−軸力テーブル及び前記単位モーメント荷重−軸力テーブルを用いる請求項３記載の工業化住宅の設計支援方法である。
【００１０】
また請求項６記載の発明は、前記工程ｅは、前記架構体に、任意の水平荷重及び垂直荷重を負荷させたときの各１スパンフレームに作用する実荷重状態を決定する工程、実荷重状態の１スパンフレームを、一つの垂直荷重又は一つの水平荷重のみが作用する単一荷重状態の１スパンフレームに分解する工程、前記各単一荷重状態の１スパンフレームの各柱の軸力を計算する工程、及び各単一荷重状態の１スパンフレームの各柱の軸力を足し合わせることにより、前記実荷重状態における１スパンフレームの各柱に作用する軸力を計算する工程を含む請求項１乃至５のいずれかに記載の工業化住宅の設計支援方法である。
【００１１】
また請求項７記載の発明は、前記工程ｅにおいて、柱が、直交する少なくとも２つの１スパンフレームで互いに共有されている第１の柱である場合、各１スパンフレームで得られた第１の柱の軸力を足し合わせて第１の柱に作用する軸力を計算する請求項６に記載の工業化住宅の設計支援方法である。
【００１２】
また請求項８記載の発明は、前記工程ｅにおいて、柱が、少なくとも１つの１スパンフレームと、少なくとも一つの単純梁の一端側とで互いに共有されている第２の柱である場合、前記１スパンフレームで得られた第２の柱の軸力と、前記単純梁の前記一端側の支点反力とを足し合わせて第２の柱に作用する軸力を計算する請求項６に記載の工業化住宅の設計支援方法である。
【００１３】
また請求項９記載の発明は、前記工程ｅは、前記各柱の軸力が得られた実荷重状態における１スパンフレームの梁を、前記柱の軸力を受ける単純梁に分解する工程、及び前記単純梁の応力を計算する工程を含む請求項６ないし８のいずれかに記載の工業化住宅の設計支援方法である。
【００１４】
また請求項１０記載の発明は、柱と梁とがピン接合された垂直構面に耐力フレームが配された架構体を有する工業化住宅の設計を支援する方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする工業化住宅の設計支援方法である。
ａ）前記柱、前記梁及び耐力フレームを用いて三次元の架構体を設計する工程
ｂ）前記架構体を、前記垂直構面毎に二次元の垂直フレーム体に分解する工程
ｃ）各垂直フレーム体を、前記耐力フレームが配された１スパンフレームと、前記耐力フレームが配されていない１スパンの単純梁とに分解する工程
ｄ’）全ての１スパンフレームについて、１スパンフレーム内に含まれる任意の柱に、単位水平荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、該１スパンフレームの剛性に関するパラメータが記載された剛性テーブルを、前記水平荷重位置を変化させた複数の荷重位置について作成する工程
ｅ’）前記架構体に、任意の水平荷重及び垂直荷重を負荷させたときの各１スパンフレームに作用する実荷重状態を決定するとともに、前記剛性テーブルを用いて、前記１スパンフレームの剛性を評価して少なくとも前記１スパンフレームに配置された耐力フレームの枚数を確認又は再設計する工程
【００１５】
また請求項１１記載の発明は、柱と梁とがピン接合された垂直構面に耐力フレームが配された架構体を有する工業化住宅の型式認定申請を支援する方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする工業化住宅の型式認定申請の支援方法である。
ｂ）前記架構体を、前記各垂直構面毎に二次元の垂直フレーム体に分解する工程
ｃ）各垂直フレーム体を、前記耐力フレームが配された１スパンフレームと、前記耐力フレームが配されていない１スパンの単純梁とに分解する工程
ｄ）全ての１スパンフレームについて、１スパンフレーム内に含まれる任意の柱に、単位水平荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、荷重値、荷重位置及び柱の軸力値の関係を表す単位水平荷重−軸力テーブルを、前記水平荷重位置を変化させた全ての荷重位置について作成する工程
ｆ）前記単位水平荷重−軸力テーブルを、前記１スパンフレームの各柱及び／又は梁が構造上の安全性を有することを説明する資料として提出する工程
【００１６】
また請求項１２記載の発明は、前記工程ｄは、全ての１スパンフレームについて、１スパンフレーム内に含まれる任意の梁に、単位垂直荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、荷重値、荷重位置及び柱の軸力値の関係を表す単位垂直荷重−軸力テーブルを、前記垂直荷重位置を変化させた複数の荷重位置について作成する工程を含み、前記工程ｆは、さらに前記単位垂直荷重−軸力テーブルを、前記１スパンフレームの各柱及び／又は梁が構造上の安全性を有することを説明する資料として提出することを特徴とする請求項１１記載の工業化住宅の型式認定申請の支援方法である。
【００１７】
また請求項１３記載の発明は、前記架構体は、片持ち梁を含み、前記工程ｄは、前記片持ち梁を有する１スパンフレームについて、前記片持ち梁の支点に、単位曲げ荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、荷重値、荷重位置及び柱の軸力値の関係を表す単位曲げ荷重−軸力テーブルを作成する工程をさらに含み、前記工程ｆは、さらに前記単位曲げ荷重−軸力テーブルを、前記１スパンフレームの各柱及び／又は梁が構造上の安全性を有することを説明する資料として提出することを特徴とする請求項１１又は１２記載の工業化住宅の型式認定申請の支援方法である。
【００１８】
また請求項１４記載の発明は、柱と梁とがピン接合された垂直構面に耐力フレームが配された架構体を有する工業化住宅の型式認定申請を支援する方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする工業化住宅の型式認定申請の支援方法である。
ａ）前記柱、前記梁及び耐力フレームを用いて三次元の架構体を設計する工程
ｂ）前記架構体を、前記垂直構面毎に二次元の垂直フレーム体に分解する工程
ｃ）各垂直フレーム体を、前記耐力フレームが配された１スパンフレームと、前記耐力フレームが配されていない１スパンの単純梁とに分解する工程
ｄ’）全ての１スパンフレームについて、１スパンフレーム内に含まれる任意の柱に、単位水平荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、該１スパンフレームの剛性に関するパラメータが記載された剛性テーブルを、前記水平荷重位置を変化させた複数の荷重位置について作成する工程
ｆ）前記剛性テーブルを、前記１スパンフレームの耐力フレームの配置枚数が構造上の安全性を有することを説明する資料として提出する工程
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載された設計支援方法によれば、架構体の設計後、単位水平荷重−軸力テーブルを用いて、柱及び梁の安全性を容易に後から追跡確認することができる。即ち、コンピュータを使用した応力計算でしか解くことができない１スパンフレームに含まれる柱等の軸力を、実荷重と単位水平荷重−軸力テーブルとを用いることにより、応力解析なしに電卓だけで容易に計算できる。従って、架構体の構造上の安全性について、構造計算の過程を後から、応力計算をすることなく設計者自ら容易に確認できるとともに、第三者にも説明することができる。従って、架構体の設計を効率的に支援することができる。
【００２０】
また、請求項１０に記載された設計支援方法によれば、架構体の設計後、実荷重と剛性テーブルを用いて、１スパンフレームの剛性を評価し、少なくとも１スパンフレームに配置された耐力フレームの枚数を確認又は再設計することができる。即ち、コンピュータを使用した応力計算でしか解くことができない１スパンフレームに含まれる剛性を、実荷重と単位水平荷重−軸力テーブルとを用いることにより、例えば電卓だけで容易に計算できる。従って、耐力フレームの使用枚数の安全性について、構造計算の過程を後から、応力計算をすることなく設計者自ら容易に確認できるとともに、第三者にも説明することができる。従って、架構体の設計を効率的に支援することができる。このような方法は、とりわけ、柱と梁との安全性については規格（ルール）で定める一方、１スパンフレームに配置される耐力フレームの枚数についての安全性の検証について最適化設計を行う型式認定の場合に特に有効である。
【００２１】
また、請求項１１〜１４記載の型式認定申請の支援方法によれば、単位水平荷重−軸力テーブル及び単位垂直荷重−軸力テーブルが、１スパンフレームの柱及び／又は梁が構造上の安全性を有することを説明する資料として型式認定審査機関に提出される。
【００２２】
上で述べたように、型式適合認定の審査では、個々の建築物毎に応力解析をして安全性を確認することは認められていない。しかし、上述のような単位水平荷重−軸力テーブルを参照して、各柱の軸力を求めることは許容される。従って、工業化住宅の型式認定申請時の提出図書に、想定される荷重位置についての単位水平荷重−軸力テーブルを含ませることにより、認定のための規格（ルール）が設定されていなくても、審査機関は、実荷重と前記テーブルとを用いて各柱の軸力、即ち、住宅の構造上の安全性を容易に判断することができるというメリットが得られる。また、工業化住宅メーカにあっては、従来、型式認定の取得に際して多くの規格（ルール）を設定しなければならなかったが、上記テーブルを準備することにより、上述の規格作りが不要となり、型式認定申請作業の工数を大幅に削減して邸別の最適部材の引き当て低コストで良質な工業化住宅設計乃至その認定取得を容易に行うことができる。よって、請求項１１〜１４に係る発明によれば、型式認定申請作業を大幅に能率化しうる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態で使用される架構体の斜視図である。
【図２】（ａ）はラーメン構造、（ｂ）はピン接合のフレームの模式図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は、架構体から抽出された垂直フレーム体の正面図である。
【図４】垂直フレーム体から１スパンフレーム及び単純梁を抽出する例を示す模式図である。
【図５】単位水平荷重−軸力テーブルの一例を示す線図である。
【図６】単位垂直荷重−軸力テーブルの一例を示す線図である。
【図７】単位曲げ荷重−軸力テーブルの一例を示す線図である。
【図８】実荷重状態の１スパンフレームを示す模式図である。
【図９】実荷重状態の１スパンフレームを単一荷重状態の１スパンフレームに分解した例を示す模式図である。
【図１０】１スパンフレームの軸力を計算した結果を示す。
【図１１】上記１スパンフレームから単純梁を抽出する工程を説明する模式図である。
【図１２】１スパンフレーム及び単純梁を重ね合わせて垂直フレーム体の軸力を計算する方法を説明する模式図である。
【図１３】複数の１スパンフレームで共有される第２の柱を説明する架構体の斜視図である。
【図１４】他の実施形態を示す垂直荷重負荷状態のフレームの模式図である。
【図１５】その解法を説明する線図である。
【図１６】曲げ荷重負荷状態のフレームの解法を説明する線図である。
【図１７】単位水平荷重−軸力テーブルの一例を示す線図である。
【図１８】耐力フレームの配置枚数を最適化する処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１９】１スパンフレームの耐力フレームの配置枚数の確認を説明する線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
本発明の工業化住宅の設計支援方法では、図１に示されるように、柱２と梁３とがピン接合された垂直構面に耐力フレーム４が配された架構体５を有する工業化住宅の設計を、好適に支援する。とりわけ、型式認定を取得することを前提としつつ個別の最適化設計を容易に行うことができる工業化住宅の設計を支援する。
【００２５】
ここで、型式認定とは、建築基準法の、
イ）型式適合認定、
ロ）型式部材等製造者認証、
ハ）品確法性能表示基準の型式性能認定（構造の安定）、
ニ）品確法認証型式住宅部分等製造者認証（構造の安定）、及び
ホ）施行規則１条の３第１項の認定
を少なくとも含むものとする。以下、本発明の具体的な工程ａ乃至ｅが説明される。
【００２６】
［工程ａ］
工程ａでは、先ず、柱２、梁３及び耐力フレーム４を用いて三次元の架構体５が設計される。本実施形態の架構体５は、連続する上下階において、柱２の位置が一致するように組まれている。ただし、このような態様に限定されるものではない。
【００２７】
架構体５の設計には、例えば設計者がコンピュータ上でＣＡＤ等の設計ソフトウエアを用いて行うことができ、かつ、そのデータが該コンピュータに入力、記憶される。なお、本実施形態では、三階建ての工業化住宅の架構体５が一例として示されるが、二階建てでも良く、また四階建て以上でも良い。
【００２８】
工程ａでは、柱２に関し、その材料、断面形状、長さ及び配設位置が少なくとも決定される。また、梁３に関しても、その材料、断面形状、スパン及び配設位置が少なくとも決定される。これにより、架構体５のシルエットが少なくとも決定できる。また、工業化住宅であるため、柱２及び梁３は、いずれも予め定められた水平モジュール及び垂直モジュールを基準として、その長さ、スパンが決定される。また、柱２及び梁３は、水平サブモジュール及び垂直サブモジュールに従って接合位置が決定される。本実施形態では、各モジュールは、次のように定められる。
水平モジュール：９００mm
水平サブモジュール：１５０mm
垂直モジュール：２４００mm
垂直サブモジュール：１５０mm
【００２９】
例えば、柱２の長さは、原則として垂直モジュールの２４００mmであるが、垂直サブモジュールの１５０mmの増減で微調整できる。同様に、梁３の１スパンは、原則として水平モジュールの９００mm（＝１Ｐ）ないしその整数倍となるが、水平サブモジュールの１５０mmピッチでそのスパンを微調整できる。
【００３０】
また、前記柱２と梁３とは、微少角度の回転変位が許容されるピン接合により固着される。具体的には、柱２と梁３とがボルトを用いて連結される。図２（ａ）に示されるように、柱２と梁３とが剛接合されたラーメン構造の場合、垂直力Ｆが水平方向で隣り合う梁３ａないし３ｃの一つの梁３ａに作用した場合、その右側の図に太線でＳＦＤが示されるように、他の梁３ｂ及び３ｃにも応力が発生する。これに対して、図２（ｂ）のように、柱２と梁３とがピン接合されたフレームの場合、他の梁３ｂ及び３ｃには、応力が発生しない。従って、ピン接合の架構体では、個々のフレームをそれぞれ解析することで軸力等を計算できる。本発明では、このようなピン接合の架構体が持っている構造上の技術的特徴を利用している。
【００３１】
また、前記耐力フレーム４は、本実施形態では、１ないし２本の柱４ａと、該柱４ａに接続されかつ互いに逆向きに傾く２本の斜材４ｂ、４ｂとから構成される。この耐力フレーム４は、上下の梁３間、又は梁３と基礎ｆとの間の垂直構面に適宜配置され、水平力に対する変形抵抗性を高める。各柱４ａ及び斜材４ｂについても、その材料、断面形状、スパン及び配設位置が少なくとも決定される。
【００３２】
［工程ｂ］
工程ｂでは、前記架構体５が、図３（ａ）〜（ｆ）に示されるように、前記架構体５の柱２が通る各垂直構面Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｙ１、Ｙ２及びＹ３毎に二次元の垂直フレーム体７に分解される。この工程は、工程ａで設計された架構体５のデータを用い、コンピュータと汎用ソフトウエア等を用いて自動的に分解作業を行うことができる。分解された各垂直フレーム体７の構造は、数値データとしてコンピュータに記憶される。
【００３３】
［工程ｃ］
工程ｃでは、図４に一例が示されるように、各垂直フレーム体７が、１スパンフレーム９と、単純梁１０とに分解される。本明細書において、１スパンフレーム９とは、耐力フレーム４が配された１スパン（１本の梁の支点間長さ）のフレームとする。また、単純梁１０は、一端がピン支点かつ他端が移動支点の梁であり、本実施形態では、耐力フレーム４が接合されていない１スパンかつ１フロアの梁が引き当てられる。
【００３４】
図４には、このような工程ｃの具体例として、図３（ｄ）の「Ｙ１通り」の垂直フレーム体７ｄを分解した図が示される。該垂直フレーム体７ｄは、梁３が２本接続された２スパンであるため、これらを梁の接続部で左右に分解することにより、それぞれ１スパンのフレーム体９Ｌ、９Ｒに分解される。左側のフレーム体９Ｌは、１ないし３階全てに耐力フレーム４が配されているため、このフレーム体９Ｌからは単純梁を区別できない。従って、左側のフレーム体９Ｌについては、全体として一つの「１スパンのフレーム」９ａとして特定される。
【００３５】
他方、分解された右側のフレーム体９Ｒは、１階部分のみに耐力フレーム４が配されているが、２階及び３階には耐力フレーム４が配されておらず、かつ、この部分の梁３は、両端がピン接合されている。従って、右側のフレーム体９Ｒは、１階部分をなす一つの１スパンフレーム９ｂと、２階及び３階部分の２つの単純梁１０ａ、１０ｂとに分解される。
【００３６】
そして、図３に示される他の垂直フレーム体７についても同様に分解される。なお、該工程ｃは、一定のアルゴリズムに従い、前記垂直フレーム体７の各数値データと、コンピュータとを用いることにより、自動的に行うことができる。
【００３７】
また、本実施形態の架構体５は、先に述べたように、連続する上下階において、柱２の位置が一致するように組まれているか、又は通し柱が採用される。従って、このような架構体５の構造は、フレームとして把握しやすいため、１スパンフレームに分割しやすく、かつ、その種類数を減じるのに役立つ。
【００３８】
［工程ｄ］
工程ｄでは、工程ｃで得られた全ての１スパンフレーム９について、図５に示されるような単位水平荷重−軸力テーブルＴ１が作成される。この単位水平荷重−軸力テーブルＴ１は、１スパンフレーム９内に含まれる任意の柱２に、単位水平荷重ＵHを作用させたときの各柱２に作用する軸力を応力解析により計算した結果を示すものである。
【００３９】
１スパンフレーム９は、コンピュータによる応力解析を行わないと各柱２の軸力を計算することができない。そこで、工程ｄでは、予め１スパンフレーム９について、柱２の任意の位置に単位水平荷重ＵHが作用したときの各柱の軸力が、コンピュータを用いた応力解析によって計算される。そして、その結果は、例えば図５のようなフォーマットの表形式として人間が可読しうる形（この例では紙媒体）で出力される。
【００４０】
前記単位水平荷重−軸力テーブルＴ１には、単位荷重の荷重値（例えば１００００Ｎ）、荷重位置（図５の左側の略図のように、どの位置に単位水平荷重を作用させたか）及びその場合の各柱の軸力値がそれぞれ表形式で記載される。また、図５の実施形態では、各階の柱２は、左側に位置するものから順番に１、２、３、４と数字で表示される。例えば、３階では、最も左側に設けられる柱２が”１”、その隣の耐力フレーム４の柱４ａが”２”、最も右側に設けられた柱２が”３”として表示されている。
【００４１】
さらに、図５の実施形態では、柱の軸力が、「上」又は「下」の２つに分けて表示されている。これは、耐力フレーム４の斜材が接続されている位置において、その上側と下側のそれぞれの軸力が異なることに対応させたものである。従って、耐力フレーム４と関係の無い柱については、上下ともに同一の軸力が表示される。さらに、図５の実施形態において、「斜」と記載されているのは、斜材の軸力であり、「上」又は「下」で表示されているのは、上側の斜材、下側の斜材をそれぞれ示している。
【００４２】
また、単位水平荷重−軸力テーブルＴ１は、前記水平荷重ＵHの位置を変化させた複数の荷重位置について作成される。好ましい一つの例では、単位水平荷重−軸力テーブルＴ１は、１スパンフレーム９に含まれる全ての柱２について、前記水平荷重ＵHの位置を垂直サブモジュールピッチ（この例では１５０mm）で順次変化させた全ての荷重位置について作成される。即ち、図５の単位水平荷重−軸力テーブルＴ１は、単位水平荷重ＵHが、３階の最も左側の柱２の上端に作用した例であるが、荷重の作用位置を垂直サブモジュールピッチで順次移動させたそれぞれについて単位水平荷重−軸力テーブルＴ１が作成されるのが望ましい。これらはコンピュータによって自動的に連続計算させかつ出力することができる。このような単位水平荷重−軸力テーブルＴ１のセットは、想定される全ての単位水平荷重ＵHが作用したときの柱の軸力を知ることができる。
【００４３】
ただし、上記のように、１スパンフレーム９に含まれる全ての柱２について、前記水平荷重ＵHの位置を垂直サブモジュールピッチで順次変化させた全ての荷重位置について作成すると、単位水平荷重−軸力テーブルＴ１は、通常、一つの工業化住宅について、数十万〜数百万通り以上となり、そのボリュームが非常に大きくなる不具合もある。従って、単位水平荷重−軸力テーブルＴ１は、例えば交通振動、地震及び又は風等の水平力に鑑み、最も代表的な水平荷重が作用する位置、例えば少なくとも柱２と梁３との接合位置にのみ単位水平荷重を作用させて作成されるのが望ましい。
【００４４】
また、本実施形態では、単位水平荷重−軸力テーブルＴ１に加え、全ての１スパンフレーム９について、図６に示されるような単位垂直荷重−軸力テーブルＴ２が作成される。ただし、このテーブルＴ２の作成は任意である。単位垂直荷重−軸力テーブルＴ２は、１スパンフレーム９内に含まれる任意の梁３に、単位垂直荷重ＵVを作用させたときの各柱２に作用する軸力を応力解析により計算した結果を示すものである。
【００４５】
１スパンフレーム９は、電卓での手計算だけで上記荷重状態での各柱２の軸力を計算することができないのは上述の通りである。そこで、予め１スパンフレーム９について、梁３の任意の位置に単位垂直荷重ＵVが作用したときの各柱２の軸力をコンピュータを用いた応力解析によって計算し、その結果をコンピュータに記憶させるとともに、例えば図６のようなフォーマットの表形式として人間が可読しうる形（この例では紙媒体）で出力される。
【００４６】
単位垂直荷重−軸力テーブルＴ２には、単位荷重の荷重値（例えば１００００Ｎ）、荷重位置（図６の左側の略図のように、どの位置に単位垂直荷重ＵVを作用させたかを示すもので、この例では「鉛直３Ｆ−１０５０」と表示されるように、３階の梁の左端から１０５０mmの位置）及び各柱の軸力値が記載される。なお、単位垂直荷重−軸力テーブルＴ２の表示方法は、図５で説明した単位水平荷重−軸力テーブルＴ１の場合と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００４７】
また、単位垂直荷重−軸力テーブルＴ２も、単位垂直荷重の作用する位置を異ならせて複数種類作成するのが好ましい。より好ましくは、１スパンフレーム９に含まれる全ての梁３について、垂直荷重位置ＵVを水平サブモジュールピッチ（この例では１５０mm）で変化させたそれぞれの荷重位置について作成されるのが望ましい。即ち、図６の単位垂直荷重−軸力テーブルＴ２は、単位垂直荷重ＵVが、３階の最も左の柱から１０５０mmの位置に作用した例であるが、荷重の作用位置を水平サブモジュールピッチで順次移動させたそれぞれについて単位垂直荷重−軸力テーブルＴ２が作成されるのが好ましい。このようなテーブルＴ２も、コンピュータによって自動的に連続計算させかつ出力することができる。これにより、単位垂直荷重−軸力テーブルＴ２を用いて、荷重の負荷が想定される全ての位置に単位垂直荷重ＵVが作用したときの柱の軸力を知ることができる。
【００４８】
なお、単位垂直荷重−軸力テーブルＴ１の数量を減らしたい場合には、最も代表的な垂直荷重が作用する位置に単位垂直荷重を作用させて作成することも可能である。例えば、ルール化により、重量物である小梁の配設モジュールを水平サブモジュールピッチよりも大きくした設定した場合等にあっては、このような配設モジュールの位置にのみ単位垂直荷重を作用させて作成することも可能である。
【００４９】
また、前記架構体５が片持ち梁を有する場合、単位水平荷重−軸力テーブルＴ１及び単位垂直荷重−軸力テーブルＴ２に加え、図７に示されるような単位曲げ荷重−軸力テーブルＴ３が作成されても良い。ただし、このテーブルＴ３の作成は任意である。この単位曲げ荷重−軸力テーブルＴ３は、片持ち梁が接合された１スパンフレームについて、片持ち梁の支点に、単位曲げ荷重Ｕmを作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、その荷重値、荷重位置及び柱の軸力値の関係を示すものである。
【００５０】
１スパンフレーム９は、電卓での手計算だけで上記荷重状態での各柱２の軸力を計算することができない。そこで、予め１スパンフレーム９について、片持ち梁の接合位置に単位曲げ荷重Ｕmが作用したときの各柱の軸力をコンピュータを用いた応力解析によって計算し、その結果をコンピュータに記憶させるとともに、例えば図７のようなフォーマットの表形式として人間が可読しうる形（この例では紙媒体）で出力される。
【００５１】
単位曲げ荷重−軸力テーブルＴ３には、単位曲げ荷重の荷重値（例えば１００００Ｎ・ｍ）、荷重位置（図７の左側の略図のように、どの位置に単位曲げ荷重Ｕmを作用させたかを示すもので、この例では１階上部の左側の支点に曲げ荷重が負荷されている。なお、単位曲げ荷重−軸力テーブルＴ３の表示方法は、図５で説明した単位水平荷重−軸力テーブルＴ１の場合と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００５２】
［工程ｅ］
次に、工程ｅでは、少なくとも前記単位水平荷重−軸力テーブルＴ１を用いて、前記１スパンフレームの各柱２に作用する軸力を計算し、柱及び／又は梁の強度を確認又は再設計する工程がユーザ（人間）によって行われる。この工程ｅでは、用いられるテーブルの組合せによって、次のように分類される。
（１）３つのテーブルＴ１、Ｔ２及びＴ３全てを用いる（以下、「工程ｅ１」という）
（２）単位水平荷重−軸力テーブルＴ１のみを用いる（以下、「工程ｅ２」とする）
（３）単位水平荷重−軸力テーブルＴ１と単位垂直荷重−軸力テーブルＴ２とを用いる（以下、「工程ｅ３」とする）
（４）単位水平荷重−軸力テーブルＴ１と単位曲げ荷重−軸力テーブルＴ３とを用いる（以下、「工程ｅ４」とする）
以下、各工程の具体的な方法について述べる。
【００５３】
［工程ｅ１］
工程ｅ１では、単位水平荷重−軸力テーブルＴ１、単位垂直荷重−軸力テーブルＴ２及び単位曲げ荷重−軸力テーブルＴ３を用いて、前記１スパンフレーム９の各柱２に作用する軸力が計算され、柱２及び／又は梁３の強度の確認又は再設計が行われる。つまり、各テーブルＴ１、Ｔ２及びＴ３を用いて、工程ａで設計された架構体の各１スパンフレーム９の柱２に作用する軸力が計算され、かつ、これに基づき、柱２及び／又は梁３の強度を確認（十分か否か）又は再設計（架構体の変更等）できる。従って、本発明によれば、コンピュータを使用しなくても、架構体５の構造上の安全性を、その設計後に容易に電卓を用いた手計算で確認することができる。
【００５４】
即ち、柱２と梁３とがピン接合された架構体５では、隣接するフレームには応力が伝達されないという技術的特性、及び、複数の荷重が同時に作用する実荷重状態は、それらの単一の荷重が個々に作用する単一荷重状態に分解できるという技術的特性を有する。本発明では、このような技術的特性を利用し、架構体５に作用する荷重を、個々の１スパンフレームの単一荷重が作用する単一荷重状態に分解し、それぞれの単一荷重状態の１スパンフレームの柱の軸力を、コンピュータを使用せずに、単位水平荷重−軸力テーブルＴ１及び単位垂直荷重−軸力テーブルＴ２を参照して求めることができる。そして、これらを必要に応じて足し合わせることにより、架構体５の各柱２ないし梁３に作用する軸力や応力等を計算でき、その安全性を後からコンピュータによる応力解析なしに確認することができる。なお、片持ち梁については、ピン接合ではなく、回転剛性があるものとして定義される。
【００５５】
先ず、前記架構体５に、想定される実水平荷重及び実垂直荷重を負荷したときの各１スパンフレーム９に作用する実荷重状態が決定される。このような実荷重状態は、各建築物の仕様に応じて適宜設定することができる。本実施形態では、図８に示されるように、前記１スパンフレーム９ｄに、水平荷重Ｆ１（１５０００Ｎ）及び垂直荷重Ｆ２ないしＦ４（それぞれ１００００Ｎ、２００００Ｎ及び２５０００Ｎ）が図示の位置に作用する実荷重状態が一例として設定されている。図示していないが、他の１スパンフレーム９にも同様に実荷重状態が設定される。
【００５６】
次に、図９に示されるように、水平荷重Ｆ１及び垂直荷重Ｆ２ないしＦ４の４つの荷重が作用する前記実荷重状態Ｐａにおける各柱２の軸力は、個々の水平荷重及び垂直荷重が作用した単一荷重状態における各柱２の軸力をそれぞれ足し合わせたものに等しくなる。本実施形態では、この特性を利用し、図９のイコールの右側に示されるように、実荷重状態Ｐａの１スパンフレーム９が、一つの実垂直荷重又は一つの実水平荷重のみが作用するように複数の単一荷重状態Ｐ１ないしＰ４の１スパンフレーム９に分解される。即ち、水平荷重１５０００Ｎのみが作用する単一荷重状態Ｐ１、及び垂直荷重１００００Ｎ、２００００Ｎ及び２５０００Ｎのみがそれぞれ作用する単一荷重状態Ｐ２、Ｐ３及びＰ４に分解される。
【００５７】
次に、前記単位水平荷重−軸力テーブルＴ１及び前記単位垂直荷重−軸力テーブルＴ２に基づいて、各単一荷重状態Ｐ１〜Ｐ４の１スパンフレーム９の各柱の軸力が計算される。
【００５８】
例えば、図９の単一荷重状態Ｐ１は、図５の単位水平荷重−軸力テーブルＴ１の単位水平荷重ＵHと荷重位置が同一かつその１．５倍の水平荷重が作用した状態に相当する。従って、図５の単位水平荷重−軸力テーブルＴ１の各柱の軸力をそれぞれ所定倍（この例では１．５倍）することにより、単一荷重状態Ｐ１での各柱２の軸力を電卓等を使用して（応力解析なしで）簡単な手計算によって得ることができる。従って、荷重位置が異なる種々のテーブルＴ１を準備することにより、これらのテーブルＴ１だけを用いて柱２の軸力を計算することができる。
【００５９】
同様に、他の単一荷重状態Ｐ２〜Ｐ４についても、該当する荷重位置の単位水平荷重−軸力テーブルＴ１及び／又は単位垂直荷重−軸力テーブルＴ２を参照して、各柱２の軸力を同様に計算することができる。
【００６０】
以上のような工程により、全ての１スパンフレーム９の単一荷重状態Ｐ１〜Ｐ４での各柱２の軸力が、コンピュータによる応力解析を用いることなく電卓を用いた手計算で求められる。そして、上記で得られた各単一荷重状態Ｐ１〜Ｐ４の１スパンフレーム９の各柱の軸力をそれぞれ柱毎に足し合わせることにより、図１０に示されるように、前記実荷重状態における各１スパンフレーム９の各柱２に作用する軸力ｔ１〜ｔ１０が、コンピュータによる応力解析なしで求めることができる。
【００６１】
なお、この実施形態の架構体５は、片持ち梁が設けられていないため、単位曲げ荷重−軸力テーブルＴ３は使用していない。しかしながら、架構体５にバルコニー等の片持ち梁が設けられている場合には、前記単位曲げ荷重−軸力テーブルＴ３を用いて、上記と同じ手順で各柱の軸力を計算することができるのは言うまでもない。
【００６２】
次に、各柱２の軸力が計算されると、１スパンフレーム９を単純梁に分解する。即ち、この作業は、コンピュータに処理させても良いし、ユーザ（人間）が手作業で行っても良い。図１１に示されるように、３つの梁３を含む１スパンフレーム９ｄが、３つの単純梁１０に分解される。また、各単純梁１０は、１スパンフレーム９の各柱２の軸力を受ける。ただし、支点に作用する柱の軸力は無視できる。
【００６３】
以上の手順を経ることにより、架構体５の全ての梁３は、単純梁１０として把握することができる。そして、このような単純梁１０は、下表１に示されるように、公知の公式を使用し、例えば電卓のみを用いて支点反力、曲げ、回転角及びたわみなどを簡単に計算することができる。また、各梁３の応力を計算し、この応力を許容値として満足する（この応力値よりも小さい応力しか発生しない）か否かを後から確認することができる。さらに、必要に応じて、前記応力を許容値として、必要最小断面の梁材を引き当てることにより、梁の過剰設計を防止し、最適設計を行うことができる。これらの設計後の確認や最適設計が、いずれもコンピュータを使用せずに行うことができる。
【００６４】
【表１】
2011018315.tif 000003
【００６５】
また、柱２についても同様に強度の確認を行うことができる。例えば、１スパンフレーム９と単純梁１０とで共有される柱（以下、このような柱を「第１の柱」という。）２Ａについては、図１２に示されるように、分解された柱軸力及び支点反力を合算して実際の柱軸力を計算することができる（例えばｔ８＋Ｒ１、ｔ９＋Ｒ１＋Ｒ３等）。
【００６６】
さらに、図１３に示されるように、例えば交差する１スパンフレーム９、９同士で共有される柱（以下、このような柱を「第２の柱」という。）２Ｂについては、分解して得られた柱２の軸力を合算して実際の軸力が計算される。これにより、架構体５の全ての柱２の軸力をも計算することができる。したがって、これらの軸力と、各柱２の断面形状、及び最良から、柱２の必要最小断面を計算することができる。
【００６７】
以上のような工程を行うことにより、複雑な荷重が作用する実荷重状態での１スパンフレームの柱２及び梁３に作用する軸力等を、単位水平荷重−軸力テーブルＴ１及び単位垂直荷重−軸力テーブルＴ２（必要により、単位曲げ荷重−軸力テーブルＴ３）を参照することで、コンピュータによる応力解析を用いることなく手計算で求めることができる。従って、架構体５の設計後、計算された応力等を許容値とし、柱２及び梁３に、これを満足する必要最小断面を引き当て、住宅の最適設計（再設計）を行うことができる。これは、柱２及び梁３の過剰設計を防止するのに役立つ。
【００６８】
また、架構体５の設計後、柱２が、前記許容値を満たすことを、前記各テーブルＴ１乃至Ｔ３（これ自体は応力解析をベースに作られているが）を参照して追跡し、第三者に簡単に説明することができる。従って、当該架構体５を有する工業化住宅の型式認定申請に際して、前記各テーブルＴ１乃至Ｔ３を認定審査機関に提出することにより、規格（ルール）なしでも各１スパンフレーム９の柱２及び／又は梁３が構造上の安全性を有することを応力解析なしに審査機関に容易に説明でき、かつ理解させることができる。
【００６９】
本来、型式認定手続の添付図書には、建物の安全性を証明するために、応力解析の結果そのもののような計算過程がわからない資料は認められておらず、電卓を用いたいわゆる手計算レベルで安全性が再確認ができる資料に限定されている。しかし、本実施形態のように、応力解析をベースとして予め計算された単位荷重−軸力テーブルは、後者の安全性の確認資料として認められている。従って、本発明によれば、建物の設計支援はもとより、その型式認定手続をも能率化しうるという利点がある。
【００７０】
また、型式認定の審査機関にとっても、認定規格（ルール）が設定されていなくても、全ての単位水平荷重−軸力テーブルＴ１及び単位垂直荷重−軸力テーブルＴ２が申請書類の添付図書に含まれていることにより、これらを確認しながら住宅の構造上の安全性を容易に判断することができる。
【００７１】
さらに、工業化住宅メーカにとっては、従来、型式認定の取得に際して多くの規格（ルール）を設定しなければならなかったが、単位水平荷重−軸力テーブルＴ１及び単位垂直荷重−軸力テーブルＴ２等を型式認定の申請書類の添付図書として含ませることにより、このような規格なしで建築物の安全性を審査機関（国）に対して説明できる。従って、従来の過剰設計になりがちな無駄を省き、低コストかつ良質な工業化住宅についての型式認定を取得するための工数を大幅に削減できる。
【００７２】
さらに、単位水平荷重−軸力テーブルＴ１及び単位垂直荷重−軸力テーブルＴ２を新たに追加することにより、逐次、型式認定申請を追加することができる。なお、型式認定に適合しているか否かは、１スパンフレームの適合だけを行えば良いので、工業化住宅メーカにとってもコンプライアンスの強化に役立つ。このように、本発明によれば、実用上多くのメリットが得られる。
【００７３】
［工程ｅ２］
次に、単位水平荷重−軸力テーブルＴ１のみを用いて前記１スパンフレーム９の柱２に作用する軸力を計算し、柱２及び／又は梁３の強度を確認又は再設計する工程を行う例について述べる。
【００７４】
この工程ｅ２では、水平荷重のみが作用する単一荷重状態の１スパンフレームについては、工程ｅ１で説明した方法で各１スパンフレームの各柱２の軸力が計算される。
【００７５】
一方、垂直荷重のみが作用する１スパンフレームの柱の軸力については、応力解析を行わずに手計算で計算される。換言すれば、この工程ｅ２では、予め単位水平荷重−軸力テーブルＴ１のみを準備すれば良く、単位垂直荷重−軸力テーブルＴ２や単位曲げ加重−軸力テーブルＴ３を作成する必要がない。従って、工程ｄを大幅に簡素化できるメリットがある。
【００７６】
この工程ｅ２で、垂直荷重のみが作用している単一荷重状態の１スパンフレームの各柱２の軸力を計算するに際して、柱２及び斜材４ｂには軸変形が生じないという仮定が導入される。つまり、柱の軸変形が無視される。柱の軸変形は微小であり、このような仮定は、設計上、良く行われているもので安全上の問題はない。このため、例えば図１４の左側に示される８００００Ｎの垂直荷重のみが作用している単一荷重状態の１スパンフレーム９（９ｄ）は、３本の単純梁１０（梁Ａ乃至Ｃ）が、耐力フレーム４の柱４ａによって上下に接合されたフレーム１３と等価なものとして取り扱うことができる。
【００７７】
また、図１５に示されるように、上記フレーム１３の各梁Ａ乃至Ｃを接合する柱４ａに生じる軸力Ｒ１〜Ｒ４を未知数とする。そうすると、軸力Ｒ１〜Ｒ４と垂直荷重８０００Ｎとにより、梁Ａ、梁Ｂ及び梁Ｃに生じるそれぞれのたわみは、それらの間をつなぐ柱４ａの位置で同じとなる下記式が上記未知数分できる。
式１：梁Ａと梁Ｂとにおいて、軸力Ｒ１の作用位置でのたわみが同じ
式２：梁Ｂと梁Ｃとにおいて、軸力Ｒ２の作用位置でのたわみが同じ
式３：梁Ｂと梁Ｃとにおいて、軸力Ｒ３の作用位置でのたわみが同じ
式４：梁Ｃの軸力Ｒ４の作用位置でのたわみが零（柱４ａが基礎ｆ上に固定されるため）
【００７８】
そして、上記４つの一次連立方程式を解くことにより、未知数である軸力Ｒ１〜Ｒ４を計算することができる。
【００７９】
また、図１６に示されるように、上記フレーム１３に単一の曲げ荷重（この例では５０００Ｎ・ｍ）が作用する場合については、上記垂直荷重作用時と同様に、たわみの連立方程式により、端部モーメント荷重による柱２の各軸力Ｒ１〜Ｒ４を求めることができる。
【００８０】
［工程ｅ３又はｅ４］
単位水平荷重−軸力テーブルＴ１と単位垂直荷重−軸力テーブルＴ２とを用いる場合、曲げ荷重作用時の１スパンフレームの各柱の軸力は、工程ｅ２の例に従って計算することができる。同様に、単位水平荷重−軸力テーブルＴ１と単位曲げ荷重−軸力テーブルＴ３とを用いる場合、垂直荷重作用時の１スパンフレームの各柱の軸力は、工程ｅ２の例に従って計算することができる。
【００８１】
以上述べたように、工程ｅ２乃至ｅ４は、工程ｅ１に比べると、作成されるテーブルの数又は種類数を少なくできる。従って、工程ｅ２乃至ｅ４を採用した場合には、より簡単かつ低コストで工業化住宅の設計支援及び型式認定支援を行うことができる。
【００８２】
また、上記実施形態では、１スパンフレーム９の柱２に作用する軸力を計算し、柱２及び／又は梁３の強度を確認又は再設計するものとしたが、本発明は、１スパンフレーム９に配置された耐力フレーム４の最適な配置枚数を確認（十分か否か）は再設計（追加又は削除）する際にも利用することができる。
【００８３】
１スパンフレーム９の剛性は、耐力フレーム４の配置パターン、梁３のスパン長さ、柱２の高さ及び梁３の種類等によって異なる。現状の認定では、耐力フレーム４の剛性は、想定されるパターンで最も低い剛性を採用したり、剛性に基づいてグループで分類化していたため、実際よりも低い剛性値になっていることがある。剛性を低めに設定することが建物として本当に安全側となるかどうか分からないだけでなく、耐力性能が低くなるため、耐力壁の枚数が多く必要となるという問題がある。
【００８４】
そこで、この実施形態では、上述と同様に、図１７に示されるように、１スパンフレームの剛性に関するパラメータが記載された剛性テーブルＴ４を用いることにより、個々の１スパンフレーム９の剛性を算出することができ、最適な耐力フレームの配置が可能とするものである。この剛性テーブルＴ４は、前記架構体５の全ての１スパンフレームについて、１スパンフレーム内に含まれる任意の柱２に、単位水平荷重ＵHを作用させたときの１スパンフレーム９の剛性に関するパラメータの記載を含むものである。
【００８５】
図１７には、このような剛性テーブルＴ４の一例が示される。
該剛性テーブルＴ４には、単位水平荷重ＵHの荷重値（この例では１００００Ｎ）、荷重位置（図１７の左側の略図のように、どの位置に単位水平荷重を作用させたか）及びその場合の各階の層間変位（mm）が表形式で記載される。この層間変位は、予めコンピュータを用いた応力解析をベースとして計算される。
【００８６】
また、剛性テーブルＴ４も、前記単位水平荷重の位置を変化させた複数の荷重位置について作成される。好ましい例では、剛性テーブルＴ１は、少なくとも各階に水平荷重を作用させて作成される。
【００８７】
また、図１７のテーブルＴ４の上段の例では、２階屋根部に水平荷重１００００Ｎが作用したとき、２階には１０．７３４mm、１階には５．１１８mmの層間変位がそれぞれ生じることを示している。同様に、図１７のテーブルＴ４の下段の例では、２階床部に水平荷重１００００Ｎが作用したとき、１階には５．４８３mm、２階には−０．３５４mmの層間変位がそれぞれ生じることを示している。本実施形態では、このような「層間変位」が１スパンフレーム９の「剛性に関するパラメータ」として用いられている。ただし、このようなパラメータとしては、剛性に関するものであれば、「層間変位」に変えて例えば変位角などが用いられても良いのは言うまでもない。
【００８８】
次に、上記剛性テーブルＴ４を用いて、１スパンフレーム９の剛性を評価して該１スパンフレーム９に配置された耐力フレームの枚数が十分か否かの確認又は枚数の追加・削除といった再設計する工程について図１７に基づき説明する。
【００８９】
本実施形態では、建物に作用する水平力として地震力及び／又は風圧力が算出される（ステップＳ１）。建物全体に作用する地震力及び風圧力は、それぞれ次の計算式から算出することができる。
地震力＝ΣＷｉ×壁係数（地震）
風圧力＝ΣＡｉ×壁係数（風圧）
ここで、Ｗｉは各階の重量であり、ΣＷｉはその階より上の重量、Ａｉは各階外壁の見付け面積であり、ΣＡｉはその階より上の見付け面積である。
【００９０】
次に、柱・梁の構造体に耐力フレーム４を配置して架構体５が設計される（ステップＳ２）。
【００９１】
次に、上記架構体５の垂直構面の各１スパンフレーム９に、ステップＳ１で算出された建物全体に作用する地震力又は風圧力を分配する（言い換えれば、地震時等の各１スパンフレーム９が負担する水平力が計算される）。この分配は、各１スパンフレーム９の剛性（単位変形量当たりの水平力）及び建物全体のねじれによって決まる。
【００９２】
本実施形態では、先ず、１スパンフレーム９の剛性が計算される（ステップＳ３）。この剛性は、本実施形態では、１スパンフレーム９が１／２００変形した時の水平荷重から計算されるものとする。ただし、このような数値に限定されるものではないのは言うまでもない。１スパンフレーム９の各階の剛性は、配置された耐力フレーム４に対応する剛性テーブルＴ４を参照して、下記式（１）及び（２）を解くことにより計算される。
δ２＝Ｐ２／Ｐ×δ２ａ＋Ｐ１／Ｐ×δ２ｂ    …（１）
δ１＝Ｐ２／Ｐ×δ１ａ＋Ｐ１／Ｐ×δ１ｂ    …（２）
各符号の意味は次の通りである。
δ２：２階の１／２００の変形量（この例では１２．０mm）
δ１：１階の１／２００の変形量（この例では１２．０mm）
Ｐ２：１スパンフレームの２階に作用する水平力
Ｐ１：１スパンフレームの１階に作用する水平力
Ｐ：剛性テーブルの単位水平荷重（１００００Ｎ）
δ２ａ：剛性テーブルから得られる２階に単位水平荷重を与えたときの層間変位（１０．７３４mm）
δ２ｂ：剛性テーブルから得られる１階に単位水平荷重を与えたときの層間変位（−０．３５４mm）
δ１ａ：剛性テーブルから得られる２階に単位水平荷重を与えたときの層間変位（５．１１８mm）
δ１ｂ：剛性テーブルから得られる１階に単位水平荷重を与えたときの層間変位（５．４８３mm）
【００９３】
上記式（１）及び（２）を解くことにより、１スパンフレーム９の各階の作用する水平力Ｐ１、Ｐ２が求まる。従って、１スパンフレームの２階の剛性はＰ２／δ２で、１スパンフレーム９の１階の剛性は（Ｐ１＋Ｐ２）／δ１でそれぞれ求めることができる。
【００９４】
次に、上記１スパンフレーム９の剛性及び建物全体のねじれを用いて、各１スパンフレーム９が負担する水平力が計算される（ステップＳ４）。この計算には、建物全体の地震力を、各１スパンフレーム９の剛性比に基づいて分配する周知の手法が採用できる。
【００９５】
次に、地震時等における各１スパンフレーム９の変形量が計算される（ステップＳ５）。このステップでは、例えば、図１９に示されるように、任意の１スパンフレーム９が負担する水平力が９６００Ｎ（２階）及び８８００Ｎ（１階）である場合、前記剛性テーブルＴ４を用いて、下記の要領にて、当該１スパンフレーム９の変形量が計算される。
２階の変形：
δ２＝１０．７３４×９６００／１００００＋（−０．３５４）×８８００／１００００＝９．９９mm
１階の変形：
δ１＝５．１１８×９６００／１００００＋５．４８３×８８００／１００００＝９．７４mm
【００９６】
そして、上記変形量が適正か否かが判断される（ステップＳ６）。例えば、前記変形量と１／２００の変形量とを比較し、変形量が著しく小さい場合（ステップＳ６でＮ）には、耐力フレームの枚数が多い過剰設計となっている可能性がある。逆に、変形量が許容値を超えている場合（ステップＳ６でＮ）には、耐力フレームの枚数が少ない過小設計となっていることを意味する。従って、このような判断に基づき、各１スパンフレームの剛性を評価し、１スパンフレームに配置された耐力フレームの枚数を増減しながらその再設計を手計算にて容易に行うことができる。これにより、最適な耐力フレームの枚数乃至配置を見出すことができる。
【符号の説明】
【００９７】
２  柱
３  梁
４  耐力フレーム
５  架構体
７  垂直フレーム体
９  １スパンフレーム
１０  単純梁
Ｔ１  単位水平荷重−軸力テーブル
Ｔ２  単位垂直荷重−軸力テーブル
Ｔ３  単位曲げ荷重−軸力テーブル
Ｔ４  剛性テーブル
【図１】
2011018315.tif 000004
【図２】
2011018315.tif 000005
【図３】
2011018315.tif 000006
【図４】
2011018315.tif 000007
【図５】
2011018315.tif 000008
【図６】
2011018315.tif 000009
【図７】
2011018315.tif 000010
【図８】
2011018315.tif 000011
【図９】
2011018315.tif 000012
【図１０】
2011018315.tif 000013
【図１１】
2011018315.tif 000014
【図１２】
2011018315.tif 000015
【図１３】
2011018315.tif 000016
【図１４】
2011018315.tif 000017
【図１５】
2011018315.tif 000018
【図１６】
2011018315.tif 000019
【図１７】
2011018315.tif 000020
【図１８】
2011018315.tif 000021
【図１９】
2011018315.tif 000022