(57)【要約】【課題】建築部材の断面について、所定の基準を満たす構造設計を支援する。【解決手段】設計支援装置は、構造部材を含む建築部材の配置を示す建築物の三次元モデルを記憶装置から読み出し、当該三次元モデルに含まれる建築部材の断面を仮の大きさに設定した構造計算用の構造解析モデルに変換するモデル生成部と、構造解析モデルを用いて構造計算を行い、所定の基準を満たすまで、構造解析モデルに含まれる構造部材の断面の拡大を繰り返すことで断面算定を行う断面算定部とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造部材を含む建築部材の配置を示す、建築物の三次元モデルを記憶装置から読み出し、当該三次元モデルに含まれる前記建築部材の断面を仮の大きさに設定した構造計算用の構造解析モデルに変換するモデル生成部と、
前記構造解析モデルを用いて構造計算を行い、所定の基準を満たすまで、前記構造解析モデルに含まれる前記構造部材の断面の拡大を繰り返すことで断面算定を行う断面算定部と、
を備える設計支援装置。
【請求項２】
前記モデル生成部は、ユーザが入力したスパン及び階高に基づいて前記構造解析モデルに柱及び大梁を配置し、
前記断面算定部は、ユーザが入力した床面の用途に基づいて、当該用途に対応付けて予め記憶装置に記憶されている標準的な荷重を読み出し、前記構造計算に用いる
請求項１に記載の設計支援装置。
【請求項３】
所定の規則に基づいて、前記構造解析モデルに対し２次部材を配置する２次部材設計部をさらに備え、
前記断面算定部は、２次部材が配置された構造解析モデルを用いて前記断面算定を行う
請求項１又は２に記載の設計支援装置。
【請求項４】
前記構造部材のうち主架構について、断面を拡大させ且つ鉄筋の数を増加させる順序が予め定められており、
前記建築物が鉄筋コンクリート構造の場合、前記断面算定部は、前記主架構の断面に生じる最大応力を算出し、最大応力が許容応力度を超えるときは、前記順序に基づいて当該主架構の断面を拡大すると共に鉄筋の数を増加させる
請求項１から３のいずれか一項に記載の設計支援装置。
【請求項５】
前記建築物が鉄筋コンクリート構造の場合、前記断面算定部は、最大層間変形角が所定の条件を満たすように予め定められた順に前記構造部材の断面を拡大し、その後に前記建築物の階ごとの保有水平耐力が所定の必要保有水平耐力を満たすまで前記構造部材の断面を拡大する
請求項１から４のいずれか一項に記載の設計支援装置。
【請求項６】
前記建築物が鉄筋コンクリート構造であって、耐力壁を有する場合、前記断面算定部は、前記建築物の塔状比に基づいて耐力壁の耐力を向上させるか低下させるか切り替える
請求項１から５のいずれか一項に記載の設計支援装置。
【請求項７】
前記建築物が鉄骨構造であって、ブレースを有する場合、保有水平耐力に対する耐力壁の水平耐力の総和の比で表されるβｕ値に応じてブレース断面又は梁断面を拡大する
請求項１から３のいずれか一項に記載の設計支援装置。
【請求項８】
梁成の最大値を定めておき、
梁の断面に生じる最大応力が許容応力度を超える場合は、予め定められた順に前記梁の断面を拡大させると共に、予め定められた梁成の最大値を超えるときは、梁幅を拡大させる
請求項１から７のいずれか一項に記載の設計支援装置。
【請求項９】
前記断面算定部が断面を拡大した後の構造解析モデルを用いて前記建築物に用いられる躯体数量の積算を行う躯体数量算出部をさらに備える
請求項１から８のいずれか一項に記載の設計支援装置。
【請求項１０】
構造部材を含む建築部材の配置を示す、建築物の三次元モデルを記憶装置から読み出し、当該三次元モデルに含まれる前記建築部材の断面を仮の大きさに設定した構造計算用の構造解析モデルに変換するモデル生成ステップと、
前記構造解析モデルを用いて構造計算を行い、所定の基準を満たすまで、前記構造解析モデルに含まれる前記構造部材の断面の拡大を繰り返すことで断面算定を行う断面算定ステップと、
をコンピュータが実行する設計支援方法。
【請求項１１】
構造部材を含む建築部材の配置を示す、建築物の三次元モデルを記憶装置から読み出し、当該三次元モデルに含まれる前記建築部材の断面を仮の大きさに設定した構造計算用の構造解析モデルに変換するモデル生成ステップと、
前記構造解析モデルを用いて構造計算を行い、所定の基準を満たすまで、前記構造解析モデルに含まれる前記構造部材の断面の拡大を繰り返すことで断面算定を行う断面算定ステップと、
をコンピュータに実行させる設計支援プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、設計支援装置、設計支援方法及び設計支援プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、設計者が操作して入力を行う入力操作手段と、各種画面を表示する表示手段と、入力操作手段による入力信号を受けて信号処理して表示手段に出力する演算処理装置を備えたコンピュータシステムが提案されている（例えば、特許文献１）。本コンピュータシステムは、建物の階数に応じた柱、梁、床の基本構成要素の大きさ・構造を構造計算して予めその標準を決め記録したデータベースを有し、演算処理装置は、設計者の入力操作手段の操作によりＸスパン数、Ｙスパン数、階数、各スパン長、各階高などの建物の規模、構造の種類および建物の用途などの基本構造データを設定する基本構造データ設定手段と、基本構造データ設定手段により設定された建物の階数および用途に基づきデータベースから検索して基本構成要素の大きさ・構造の標準を設定する基本構成要素データ設定手段と、設計者の入力操作手段の操作により基本構造データおよび基本構成要素データを変更した変更データを設定する変更データ設定手段と、設定された基本構造データと基本構成要素データおよび設定された変更データに基づいて建物の形状，柱，梁を配置して構造モデルを構成する構造モデル構成手段と、構造モデル構成手段が構成した構造モデルの階ごとのおよびスパンごとの構造モデル図等を表示手段に表示させる画像処理手段と、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３４３００６号公報
【特許文献２】特開２００１−２０７５２１号公報
【特許文献３】特開２０１０−２５０５６６号公報
【特許文献４】特開２０１５−０６０４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、建物の階数に応じた柱、梁、床の基本構成要素の大きさ・構造を構造計算して予めその標準を決め記録したデータベースを有し、演算処理装置は、設計者の入力操作手段の操作によりＸスパン数、Ｙスパン数、階数、各スパン長、各階高などの建物の規模、構造の種類および建物の用途などの基本構造データを設定すると共に、設定された建物の階数および用途に基づきデータベースから検索して基本構成要素の大きさ・構造の標準を設定するという技術が提案されていた。しかしながら、あらゆる設計に適用できるように部材の大きさ・構造の標準を決めておくのは困難であった。
【０００５】
建築部材の断面について、所定の基準を満たす構造設計を支援するための技術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】
【０００６】
本発明に係る設計支援装置は、構造部材を含む建築部材の配置を示す、建築物の三次元モデルを記憶装置から読み出し、当該三次元モデルに含まれる建築部材の断面を仮の大きさに設定した構造計算用の構造解析モデルに変換するモデル生成部と、構造解析モデルを用いて構造計算を行い、所定の基準を満たすまで、構造解析モデルに含まれる構造部材の断面の拡大を繰り返すことで断面算定を行う断面算定部とを備える。
【０００７】
所定の基準を満たすように断面を拡大する処理を繰り返すことで、構造部材の断面を適切な大きさに設計することができるようになる。すなわち、建築部材の断面について、所定の基準を満たす構造設計を支援することができる。
【０００８】
また、モデル生成部は、ユーザが入力したスパン及び階高に基づいて構造解析モデルに柱及び大梁を配置し、断面算定部は、ユーザが入力した床面の用途に基づいて、当該用途に対応付けて予め記憶装置に記憶されている標準的な荷重を読み出し、構造計算に用いるようにしてもよい。このようにすれば、想定される標準的な荷重に基づいて構造計算ができるようになる。
【０００９】
また、所定の規則に基づいて、構造解析モデルに対し２次部材を配置する２次部材設計部をさらに備え、断面算定部は、２次部材が配置された構造解析モデルを用いて断面算定を行うようにしてもよい。このようにすれば、小梁や間柱、耐風梁といった２次部材について標準的な規則に基づいて配置し、ヒンジが発生する順番等についてより実際的な応力状態に基づいて解析できる解析モデルを作成することができる。
【００１０】
また、構造部材のうち主架構について、断面を拡大させ且つ鉄筋の数を増加させる順序が予め定められており、建築物が鉄筋コンクリート構造の場合、断面算定部は、主架構の断面に生じる最大応力を算出し、最大応力が許容応力度を超えるときは、順序に基づいて当該主架構の断面を拡大すると共に鉄筋の数を増加させるようにしてもよい。断面を拡大させ且つ鉄筋の数を増加させる順序を予め定めておくことにより、例えば断面に収まらない数の鉄筋を配置するような設計が出力されることを回避し、主架構の断面と配置される鉄筋をバランスよく増大させることができる。
【００１１】
また、建築物が鉄筋コンクリート構造の場合、断面算定部は、最大層間変形角が所定の条件を満たすように予め定められた順に構造部材の断面を拡大し、その後に前記建築物の階ごとの保有水平耐力が所定の必要保有水平耐力を満たすまで前記構造部材の断面を拡大するようにしてもよい。先に最大層間変形角を基準として断面を拡大しておくことにより、２次設計において保有水平耐力を基準として構造部材の断面を拡大する処理の量を減らすことができる。すなわち、最終的に建築物に要求される基準を満たす設計を早期に完成させることができ、処理の繰り返し回数を低減させることができる。
【００１２】
建築物が鉄筋コンクリート構造であって、耐力壁を有するとき、断面算定部は、建築物の塔状比に基づいて耐力壁の耐力を向上させるか低下させるか切り替えるようにしてもよい。なお、当該処理は例えば保有水平耐力の計算と共に行われる。このようにすれば、破壊モードに応じた適切な設計を選択することができる。すなわち、せん断破壊させるか、曲げ破壊させるかを選択させ費用対効果のよい設計を実現し得る。
【００１３】
建築物が鉄骨構造であって、ブレースを有するとき、保有水平耐力に対する耐力壁の水平耐力の総和の比で表されるβｕ値に応じてブレース断面又は梁断面を拡大するようにしてもよい。なお、当該処理は例えば保有水平耐力の計算と共に行われる。このような基準を用いることで、耐力を負担する部材を適切に決定することができる。
【００１４】
また、梁成の最大値を定めておき、梁の断面に生じる最大応力が許容応力度を超える場合は、予め定められた順に梁の断面を拡大させると共に、予め定められた梁成の最大値を超えるときは、梁幅を拡大させるようにしてもよい。このようにすれば、例えばユーザが指定した梁成の最大値という意匠的な要求を満たし、且つ構造的な要求を満たす設計を行うことができる。
【００１５】
また、断面算定部が断面を拡大した後の構造解析モデルを用いて建築物に用いられる躯
体数量の積算を行う躯体数量算出部をさらに備えるようにしてもよい。このようにすれば、設計支援装置が所定の基準を満たすように構造設計を行った後の構造解析モデルを用いて必要になる材料の量の概算値を求めることができる。
【００１６】
なお、課題を解決するための手段に記載の内容は、本発明の課題や技術的思想を逸脱しない範囲で可能な限り組み合わせることができる。また、課題を解決するための手段の内容は、コンピュータ等の装置若しくは複数の装置を含むシステム、コンピュータが実行する方法、又はコンピュータに実行させるプログラムとして提供することができる。該プログラムはネットワーク上で実行されるようにすることも可能である。また、当該プログラムを保持する記録媒体を提供するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、建築部材の断面について、所定の基準を満たす構造設計を支援することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】設計支援装置の一例を示すブロック図である。
【図２】設計支援処理の一例を示す処理フロー図である。
【図３】構造解析モデルの一例を示す模式的な斜視図である。
【図４】構造解析モデルの一例を示す模式的な平面図である。
【図５】柱の断面の初期値の一例を示す図である。
【図６】１次設計に基づく主架構の自動設計の一例を示す処理フロー図である。
【図７】床面の主要用途と荷重との対応付けの一例を示す図である。
【図８】ＲＣ造の場合の大梁について、断面の拡大と鉄筋の数の増加の順序を定義したテーブルの一例を示す図である。
【図９】ＲＣ造の場合の２次設計に基づく主架構の自動設計を行う処理の一例を示す処理フロー図である。
【図１０】ＲＣ造の場合の２次設計に基づく主架構の自動設計を行う処理の一例を示す処理フロー図である。
【図１１】Ｓ造の場合の２次設計に基づく主架構の自動設計処理の一例を示す処理フロー図である。
【図１２】基礎の自動設計処理の一例を示している。
【図１３】基礎の自動設計処理の一例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００２０】
＜装置構成＞
図１は、本発明に係る設計支援装置の一例を示すブロック図である。設計支援装置は、建築物の設計作業の一部を自動化し、ユーザの負担を軽減するための装置である。設計支援装置は、建築物の設計データに対し柱や梁といった建築部材を配置すると共に、構造計算を行い、所定の基準を満たすように建築部材の断面の大きさを決定する。
【００２１】
本発明に係る設計支援装置１は一般的なコンピュータであり、通信Ｉ／Ｆ（Interface
）１１と、記憶装置１２と、入出力Ｉ／Ｆ（Interface）１３と、プロセッサ１４と、バ
ス１５とを備えている。
【００２２】
通信Ｉ／Ｆ１１は、例えば有線のネットワークカード又は無線の通信モジュール等であり、図示していないネットワークを介し他のコンピュータとの間で情報を送受信する。
【００２３】
記憶装置１２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等の主記憶装置及びＨＤＤ（Hard-disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）、フラッシュメモリ等の補助記憶装置（二次記憶装置）である。主記憶装置は、プロセッサが読み出したプログラムやデータをキャッシュしたり、プロセッサの作業領域を確保したりする。補助記憶装置は、プロセッサが実行するプログラムやＢＩＭ（Building Information Modeling）等の規格に従って表される設計データを記憶する。
【００２４】
入出力Ｉ／Ｆ１３は、例えばキーボード、マウス、タッチパネル等の入力装置や、プリンタ等の出力装置と接続される。入出力Ｉ／Ｆ１３を介して、ユーザの操作を受け付けたり、ユーザへ情報を出力したりする。
【００２５】
プロセッサ１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置であり、プ
ログラムを実行することにより本実施の形態に係る各処理を行う。具体的には、プロセッサ１４は、モデル生成部１４１、２次部材設計部１４２、断面算定部１４３及び躯体数量算出部１４４として機能する。
【００２６】
モデル生成部１４１は、建築物の意匠を表す設計情報である意匠ＢＩＭモデルに基づいて、建築物の構造躯体を表す設計情報である構造解析モデルを生成する。２次部材設計部１４２は、構造解析モデルに対し、小梁、耐風梁、間柱といった２次部材を配置する。断面算定部１４３は、構造解析モデルを用いて構造計算を行うと共に、建築物が所定の基準を満たしていない場合、大梁、柱といった主架構や基礎の断面を拡大したり、ＲＣ造の場合は鉄筋の量を増加させたりする。躯体数量算出部１４４は、構造解析モデルに基づいて、コンクリート、型枠、鉄筋、鉄骨等の総量等の躯体数量を算出する。
【００２７】
以上のような構成要素が、バス１５を介して接続されている。なお、設計支援装置１は、例えば通信Ｉ／Ｆ１１や入出力Ｉ／Ｆ１３のような一部の構成要素を備えていなくてもよい。また、設計支援装置１は、インターネット等の図示していないネットワークを介して他のコンピュータに対し本実施形態に係る処理の結果を出力するものであってもよい。
【００２８】
＜設計支援処理＞
図２は、本実施形態に係る設計支援処理の一例を示す処理フロー図である。設計支援装置１のモデル生成部１４１は、記憶装置１２に予め記憶されている、構造部材を含む建築部材の配置を示す三次元（３Ｄ）モデルを読み出す（図２：Ｓ１）。三次元モデルは、ＢＩＭモデルを構成するデータであってもよい。また、三次元モデルとして、いわゆるＣＡＤ（Computer-Aided Design）データ、その他の三次元モデルを利用するようにしてもよ
い。例えば、建築物の意匠を表す３Ｄモデル等の設計情報である意匠ＢＩＭモデルを読み出すものとする。意匠ＢＩＭモデルは、ユーザが作成した平面上のエスキース等から変換して生成される３Ｄモデルであってもよい。また、モデル生成部１４１は、意匠ＢＩＭモデルを構造解析モデルに変換し、変換後の構造解析モデルを記憶装置１２に記憶させる（Ｓ２）。構造解析モデルとは、建築物の構造躯体を表す３Ｄモデル等の設計情報をいうものとする。
【００２９】
図３は、Ｓ２において出力される構造解析モデルの一例を示す模式的な斜視図である。図４は、Ｓ２において出力される構造解析モデルの一例を示す模式的な平面図である。なお、図３においては壁面の描画を省略している。なお、図３及び図４は一例であって、同一の建築物を表すものではない。Ｓ２において出力される構造解析モデルは、意匠ＢＩＭモデルに対し、ユーザが入力したスパン、階高、柱の位置、壁の位置、床の位置、床面の用途を含む情報に基づいて、モデル生成部１４１が柱や大梁等を配置した簡易的なＢＩＭモデルである。このとき、モデル生成部１４１は、柱や大梁の断面は、想定される最低の大きさのように、十分に小さい仮の大きさの初期値を設定する。
【００３０】
なお、図４に例示するように、大梁には、一般部、共用部又は低層部のような領域の属性ごとに、柱を介して直線状に接続される大梁であってスパン（長さ）の等しいものに同一の符号を付し、同一の符号が付された大梁については後述する処理において断面を統一するようにしてもよい。また、直線状に配置される異なる階の柱についても同一の符号を付し（図示せず）、同一の符号が付された柱については後述する処理において断面を統一するようにしてもよい。
【００３１】
図５は、柱の断面の初期値の一例を示す図である。図５の例では、１階建て〜４階建ての例を示している。また、図５の表は、ｂ×Ｄ、及び鉄筋の各属性を有している。ｂ×Ｄのフィールドには、柱の断面の大きさが記憶される。ｂは柱幅（見付幅）であり、Ｄは柱成（奥行き）である。なお、図５の例では大きさを符号で表している。鉄筋のフィールドには、奥行き方向の主筋の本数及び鉄筋の材種がハイフンで接続されている。
【００３２】
なお、大梁についても同様に初期値があらかじめ定められているものとする。また、図５は鉄筋コンクリート構造（ＲＣ造）の例を示しているが、鉄骨構造（Ｓ造）の場合には鉄骨の種別（形状）及び各部の大きさによって定められる断面の初期値が、柱及び大梁について定められているものとする。Ｓ造の場合において大梁は、端部と中心部とについてそれぞれ部材が定められていてもよい。
【００３３】
また、設計支援装置１の２次部材設計部１４２は、Ｓ２で出力された構造解析モデルに対し、２次部材を配置する（図２：Ｓ３）。本ステップでは、小梁、間柱、耐風梁等の２次部材を所定の規則に基づいて配置する。例えば小梁は、所定の面積の床面に対して所定数の小梁が配置されるよう、大梁間に所定の間隔で配置される。間柱は、壁の端部に配置される。耐風梁は、壁に設けられた開口部の上下に配置される。
【００３４】
また、設計支援装置１の断面算定部１４３は、１次設計に基づく主架構の自動設計を行う（図２：Ｓ４）。本ステップの詳細は、図６に基づいて説明する。
【００３５】
図６は、１次設計に基づく主架構の自動設計の一例を示す処理フロー図である。断面算定部１４３は、Ｓ３で２次部材が配置された構造解析モデルに基づいて荷重計算を行う（図６：Ｓ１１）。本ステップでは、予め床面の用途に対応づけられた荷重に基づいて、想定される荷重を算出する。
【００３６】
図７は、床面の主要用途と荷重との対応付けの一例を示す図である。図７の例では、屋根、居室、廊下、バルコニー、エントランスホール、設備室、車路、倉庫、・・・といった主要用途と対応付けて、各用途が設定された領域の単位面積当たりの力の大きさ（Ｎ／ｍ２）が記憶されている。このような荷重の情報を用いて、床面の各領域について荷重の大きさを算出する。荷重の情報は、積載荷重と仕上荷重とを定義しておき、利用するようにしてもよい。
【００３７】
また、断面算定部１４３は、応力解析を行う（図６：Ｓ１２）。本ステップでは、柱及び大梁にかかる応力を算出する。すなわち、断面算定部１４３は、柱や大梁といった部材に生じる単位面積当たりの垂直応力やせん断力を算出する。応力の計算は、既存の手法を用いることができる。また、各部材について、当該部材が受ける応力を算出するものとする。
【００３８】
また、断面算定部１４３は、柱及び大梁について、曲げ応力度（縁応力度）やせん断応力度を算出する（Ｓ１３）。縁応力度やせん断応力度は、既存の手法により、例えば断面係数を用いて算出することができる。
【００３９】
そして、断面算定部１４３は、算出された縁応力度やせん断応力度が許容応力度を超えないか判断する（Ｓ１４）。許容応力度は、建築部材の断面積並びに主筋の本数及び材種等に応じて定められる。また、本ステップは、柱や大梁といった主架構の応力度について許容応力度を超えないか判断する。
【００４０】
構造解析モデルの部材にかかる曲げ応力が、所定の許容応力度を超えると判断された場合（Ｓ１４：ＮＯ）、断面算定部１４３は、当該部材について断面を拡大する（Ｓ１５）。なお、例えば図５に初期値を示したような梁成、梁幅、鉄筋本数及び材種の組み合わせが予め複数定められ、断面を拡大する順序と対応付けられているものとする。
【００４１】
図８は、ＲＣ造の場合の大梁について、断面の拡大と鉄筋の数の増加の順序を定義したテーブルの一例を示す図である。Ｓ１５においては、図８のようなテーブルに規定された順序に従い、部材の断面を拡大し且つ鉄筋の数を増加させる処理を行う。すなわち、断面の大きさに対して十分に収まる数の主筋を配置した断面を予め定義しておくことによって、自動的に施工可能な設計を行うことができる。なお、このときコンクリートの強度は変更しないものとする。また、柱成、柱幅および柱の鉄筋の配置は、大梁の断面および鉄筋の配置に応じて決定される。具体的には、図８に示す大梁の各断面および鉄筋の配置に対応付けて、柱の断面および鉄筋の配置を定めておいてもよいし、図８に示す大梁の各断面および鉄筋の配置から所定の規則に基づいて柱の断面および鉄筋の配置を決めるようにしてもよい。
【００４２】
また、Ｓ１３で算出されるせん断応力度が、Ｓ１４において許容応力度を満たしていないと判断された場合には、予め適用する順序が定められたせん断補強筋（柱におけるフープ筋（帯筋）又は梁におけるスターラップ筋（肋筋））の本数とその材種の組み合わせを記憶するテーブルを記憶装置１２から読み出し、順序に従ってせん断補強筋を増加させ、又は材種を変更する。
【００４３】
また、Ｓ造の場合は、鉄骨の断面及び材種について拡大する順序を定義するテーブルを予め記憶装置１２に記憶させておき、Ｓ１５においては、当該テーブルに基づいて断面を拡大するものとする。
【００４４】
また、Ｓ造、ＲＣ造において、ユーザが意匠データとして梁成の上限値を予め設定しておくようにしてもよい。この場合、上述のテーブルに従って梁の断面を拡大すると梁成の上限を超えてしまうときは、梁成の大きさを上限を超えない値に固定し、梁幅のみを拡大させるようにしてもよい。
【００４５】
一方、Ｓ１４において応力度が許容応力度を超えていないと判断された場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、断面算定部１４３は、断面の大きさを統一する。本ステップでは、例えば柱を介して直線状に接続される大梁であってスパンの等しいものについて断面の大きさ及び鉄筋の配置を統一するようにしてもよい。また、上下階において対応する位置に存在する柱についても断面の大きさ及び鉄筋の配置を統一するようにしてもよい。
【００４６】
以上で１次設計に基づく主架構の自動設計処理を終了する。
【００４７】
また、断面算定部１４３は、２次設計に基づく主架構の自動設計を行う（図２：Ｓ５）。本ステップの詳細は、ＲＣ造の場合に行う処理とＳ造の場合に行う処理とに分けて説明する。
【００４８】
図９は、ＲＣ造の場合の２次設計に基づく主架構の自動設計を行う処理の一例を示す処
理フロー図である。なお、荷重計算や応力解析を、図６のＳ１１〜Ｓ１２と同様に予め行うものとする。
【００４９】
断面算定部１４３は、最大層間変形角が所定の基準以下であるか判断する（図９：Ｓ２１）。最大層間変形角は、地震時における各階の水平変位を階高で除した値のうち、最も大きいものとして求められる。最大層間変形角も、既存の手法で求めることができる。また、所定の基準は、法定された基準（例えば１／２００）よりも小さい値を採用する。
【００５０】
最大層間変形角が所定の基準を超えると判断された場合（Ｓ２１：ＮＯ）、架構の剛性を向上させる。本ステップでは、断面算定部１４３は、当該階及び上階の梁幅、並びに当該階の柱成を拡大する。
【００５１】
具体的には、梁幅及び柱成についてそれぞれ所定の大きさを加算して応力解析を行い（Ｓ２２）、Ｓ２１の判断に戻る。１次設計に基づく自動設計の終了後、２次設計に基づく自動設計の開始にあたり、層間変形角が所定の基準を満たすように梁幅や柱成を決めることで、後述するＳ３２で行われる処理の繰り返しを低減させることができる。
【００５２】
一方、Ｓ２５において最大層間変形角が所定の基準以下であると判断された場合、（Ｓ２５：ＹＥＳ）、断面算定部１４３は、断面計算を行う（Ｓ２３）。本ステップでは、断面算定部１４３は、柱及び大梁について、曲げ応力度やせん断応力度を算出する。縁応力度やせん断応力度は、既存の手法により、例えば断面係数を用いて算出することができる。
【００５３】
また、断面算定部１４３は、構造解析モデルを用いて保有水平耐力を算出する（Ｓ２４）。保有水平耐力は（Ｑｕ）は、各階の柱、耐力壁及びブレース（筋交い）の水平せん断力の総和として求められる。保有水平耐力の算出手法は、既存の技術を利用することができる。
【００５４】
また、断面算定部１４３は、すべての階において保有水平耐力が所定の基準を満たしているか判断する（Ｓ２５）。所定の基準は、必要保有水平耐力又はこれに基づく値を採用することができる。また、各階の必要保有水平耐力（Ｑｕｎ）は、例えば以下の式（１）によって求められる。
Ｑｕｎ＝Ｄｓ×Ｆｅｓ×Ｑｕｄ      ・・・（１）
なお、Ｄｓは、各階の構造特性係数、Ｆｅｓは各階の形状特性係数、Ｑｕｄは地震力によって各階に生じる水平力である。ステップＳ２２では、必要保有水平耐力よりもＳ２１で求めた保有水平耐力が大きいか判断するようにしてもよいし、安全のために必要保有水平耐力に所定の係数を乗じた値を基準として、当該基準よりもＳ２１で求めた保有水平耐力が大きいか判断するようにしてもよい。
【００５５】
すべての階において保有水平耐力が所定の基準を超えると判断された場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、２次設計に基づく主架構の自動設計処理を終了する。一方、いずれかの階において保有水平耐力が所定の基準を超えないと判断された場合（Ｓ２５：ＮＯ）、不具合のある部分を解消する（Ｓ２６）。本ステップでは、脆性破壊部材に対しせん断補強筋の数を増加させる。例えば、梁の脆性破壊部材に対しスターラップ筋（肋筋）を増加させる。鉄筋の増加については、本数と材種の組合せについて増加させる順序を予め定めたテーブルに基づいて行うものとする。また、柱ヒンジを解消して梁ヒンジとなるように柱の鉄筋を増加させるようにしてもよい。その後、処理は接続子Ａを介して図１０へ遷移する。
【００５６】
また、断面算定部１４３は、耐力壁を有するか判断する（図１０：Ｓ２７）。なお、耐力壁は、例えば図２のＳ１において読み出される意匠ＢＩＭモデルにおいて配置されてい
る場合、又はユーザがＳ２７までに構造解析モデルにブレースを追加した場合（いずれも図示せず）に、配置されている。耐力壁を有しない場合（Ｓ２７：ＮＯ）、耐力不足階が存在するか判断し、存在するときは梁の補強を行う（Ｓ２８）。本ステップでは、当該階及び上階の梁について、早期にヒンジが発生する部材の鉄筋の数を増加させると共に、梁幅が不足する場合は梁幅を所定の大きさ拡大し、接続子Ｂを介してＳ２４の処理に戻る。鉄筋の数に対し梁幅が十分であるか否かについては、例えば鉄筋の数と必要な梁幅とを対応付けて予めテーブルに記憶させておき、テーブルの情報に基づいて判断する。
【００５７】
また、Ｓ２７において耐力壁を有すると判断された場合（Ｓ２７：ＹＥＳ）、断面算定部１４３は、耐力不足階を特定する（Ｓ２９）。
【００５８】
また、断面算定部１４３は、塔状比が閾値以下であるか判断する（Ｓ３０）。塔状比は、建築物の幅に対する建築物の高さの比として求められる。塔状比が閾値以下でない場合（Ｓ３０：ＮＯ）、壁たて筋を減少させる（Ｓ３１）。本ステップでは、所定の最低値を超えない範囲で、予め定められたテーブルに従い壁たて筋の本数と材種を変更する。耐震壁については、内壁又は外壁ごと且つ階数ごとに、タテ筋及びヨコ筋の鉄筋の太さ及び配置する間隔が、図５に示したような初期値のテーブル及び図８に示したような順序を示すテーブルに予め記憶されているものとする。
【００５９】
また、断面算定部１４３は、耐力壁方向の主筋を減少させる。耐力壁方向の主筋についても、所定の最低値を超えないように、予め定められたテーブルに従い本数と材種を変更する。その後、接続子Ｂを介して図９のＳ２４へ戻る。
【００６０】
一方、Ｓ３０において塔状比が閾値以下であると判断された場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、壁厚を拡大し、又は配筋を増加させる（Ｓ３２）。本ステップでも、壁厚と配筋の数との組み合わせについて増大させる順序が予め定められたテーブルに従い、壁厚を拡大し、又は配筋を増加させる。その後、接続子Ｂを介して図９のＳ２４へ戻る。
【００６１】
塔状比に基づいて、耐力不足階の鉄筋を減らして耐力を低下させるか、鉄筋を増やして耐力を向上させるか変更することにより、破壊モードに応じた適切な設計を選択することができる。すなわち、せん断破壊させるか、曲げ破壊させるかを選択させ費用対効果のよい設計を実現することができる。
【００６２】
以上のように、保有水平耐力がすべての階で基準を満たすまで処理を繰り返す。
【００６３】
図１１は、Ｓ造の場合の２次設計に基づく主架構の自動設計処理の一例を示す処理フロー図である。なお、荷重計算や応力解析、断面計算を、図６のＳ１１〜Ｓ１３と同様に予め行うものとする。断面算定部１４３は、構造解析モデルを用いて保有水平耐力を算出する（図１１：Ｓ４１）。保有水平耐力（Ｑｕ）の算出は、図９のＳ２１の処理と同様である。
【００６４】
また、断面算定部１４３は、すべての階において保有水平耐力が所定の基準を満たしているか判断する（Ｓ４２）。本ステップの処理も、図９のＳ２２と同様である。
【００６５】
すべての階において保有水平耐力が所定の基準を超えると判断された場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、２次設計に基づく主架構の自動設計処理を終了する。一方、いずれかの階において保有水平耐力が所定の基準を超えないと判断された場合（Ｓ４２：ＮＯ）、断面算定部１４３は、基準を満たさない階についてブレースの有無を判断する（Ｓ４３）。なお、ブレースは、例えば図２のＳ１において読み出される意匠ＢＩＭモデルにおいて配置されている場合、又はユーザが図１１のＳ４３までに構造解析モデルにブレースを追加した場合
（いずれも図示せず）に、配置されている。
【００６６】
ブレースが存在しない場合（Ｓ４３：ＮＯ）、断面算定部１４３は、梁部材の断面を拡大する（Ｓ４４）。本ステップでも、鉄骨の種別及び各部の大きさについて増大させる順序を定めたテーブルに従い、梁の断面を拡大する。
【００６７】
一方、Ｓ４３においてブレースが存在すると判断された場合（Ｓ４３：ＹＥＳ）、断面算定部１４３は、βｕ値が閾値未満であるか判断する（Ｓ４５）。βｕの値は、保有水平耐力に対する耐力壁の水平耐力の総和の比として求めることができる。βｕ値が閾値未満でない場合（Ｓ４５：ＮＯ）、断面算定部１４３は、ブレースの断面を拡大する（Ｓ４６）。本ステップでは、鉄骨の種別及び各部の大きさについて増大させる順序を定めたテーブルに従い、ブレースの断面を拡大する。そして、Ｓ４１の処理に戻る。
【００６８】
また、βｕ値が閾値以上である場合（Ｓ４５：ＹＥＳ）、断面算定部１４３は、梁部材の断面を拡大する（Ｓ４７）。本ステップでも、鉄骨の種別及び各部の大きさについて増大させる順序を定めたテーブルに従い、梁の断面を拡大する。また、Ｓ４５で用いる閾値（第１の閾値）よりも小さい第２の閾値を用いて、βｕ値が第２の閾値以下になるまで梁の断面を拡大する処理をＳ４５において繰り返すようにしてもよい。そして、Ｓ４１の処理に戻る。
【００６９】
以上のように、保有水平耐力がすべての階で基準を満たすまで処理を繰り返す。
【００７０】
また、断面算定部１４３は、基礎の自動設計処理を行う（図２：Ｓ６）。本ステップの詳細は、図１２に基づいて説明する。図１２は、杭底部を拡大させる拡底工法（アースドリル工法）によって形成される場所打ち杭の自動設計処理の一例を示している。また、地盤条件等の設定が予めなされており、コンクリート強度は一定であるものとする。なお、図１２に示すような処理を、短期許容せん断力及び長期許容せん断力の各々について行うようにしてもよい。
【００７１】
断面算定部１４３は、杭の中央部分である中杭部が負担するせん断力を算出する（図１２：Ｓ５１）。本ステップでは、例えば所定の計算式に基づいて許容せん断力を算出する。
【００７２】
また、断面算定部１４３は、杭が所定の強度を有するか判断する（Ｓ５２）。本ステップでは、断面算定部１４３は、例えば許容せん断力が、例えばせん断応力の所定数倍よりも大きいか判断する。所定の強度を有しないと判断された場合（Ｓ５２：ＮＯ）、断面算定部１４３は杭の軸径を拡大する（Ｓ５３）。本ステップでは、断面算定部１４３は、軸径に所定の値を加算する。そして、Ｓ５１の処理に戻る。
【００７３】
一方、Ｓ５２において杭が所定の強度を有すると判断された場合（Ｓ５２：ＹＥＳ）、断面算定部１４３は、配筋が所定の条件を満たすか検証を行う（Ｓ５４）。所定の条件は、例えば主筋の鉄筋間隔が所定の大きさ以上であること、フープ筋の間隔が所定の大きさ以下であること、主筋量が所定値以上であること等を定めることができる。例えば主筋の間隔は、杭の直径から仮の鋼管厚を減じた値を直径として算出される円周の長さを鉄筋本数で除した値として求められる。
【００７４】
また、断面算定部１４３は、配筋が十分であるか判断する（Ｓ５５）。本ステップでは、断面算定部１４３は、Ｓ５４に示した所定の条件を満たすか否か判断する。配筋が十分でないと判断された場合（Ｓ５５：ＮＯ）、断面算定部１４３は、杭の軸径を拡大する（Ｓ５６）。本ステップでは、断面算定部１４３は、軸径に所定の値を加算する。軸径を拡
大することにより、杭に収容する鉄筋の量を増やすことができる。そして、Ｓ５５の処理に戻る。
【００７５】
一方、Ｓ５５において配筋が十分であると判断された場合（Ｓ５５：ＹＥＳ）、接続子Ｃを介して図１３の処理に遷移する。図１３も、場所打ち杭の自動設計処理の一例を示す処理フロー図である。
【００７６】
断面算定部１４３は、杭の鋼管部について、鋼管厚を決定する（図１３：Ｓ５７）。本ステップでは、図１２の処理で決定された中杭部の軸径に応じて鋼管厚を決定する。
【００７７】
次に、断面算定部１４３は、杭の支持力が十分でない場合に拡底部の径を拡大させることにより指示力を向上させる。まず、断面算定部１４３は、杭支持力を算定する（Ｓ５８）。本ステップでは、断面算定部１４３は、所定の算定式に従って杭支持力（ｋＮ／本）を算出する。また、断面算定部１４３は、杭支持力は所定の閾値以上であるか判断する（Ｓ５９）。本ステップでは、断面算定部１４３は、Ｓ５８において算出された杭支持力が、閾値として予め定められた杭設計用の軸力以上であるか判断する。また、杭支持力が閾値未満であると判断された場合、（Ｓ５９：ＮＯ）、断面算定部１４３は、有効拡底径を拡大する（Ｓ６０）。有効拡底径は、例えば施工拡底径から所定の値を減じた値として求めることができる。本ステップでは、断面算定部１４３は、有効拡底径に所定の値を加算する。
【００７８】
また、断面算定部１４３は、軸径が十分であるか判断する（Ｓ６２）。軸径に対応付けて有効拡底径の範囲を予め記憶装置１２に記憶させておき、本ステップでは、断面算定部１４３は、軸径に対する有効拡底径の大きさが許容範囲に収まっているか判断する。
【００７９】
軸径が十分でないと判断された場合、断面算定部１４３は、軸径を拡大する（Ｓ６２）。本ステップでは、断面算定部１４３は、軸径に所定の値を加算する。そして、Ｓ６１の処理に戻る。
【００８０】
一方、Ｓ６１において軸径が十分であると判断された場合（Ｓ６１：ＹＥＳ）、基礎の自動設計処理を終了する。
【００８１】
また、躯体数量算出部１４４は、躯体数量を算出（積算）する（図２：Ｓ７）。本ステップでは、躯体数量算出部１４４は、構造解析モデルを用いて、コンクリートの総量（ｍ３）、型枠の総量（ｍ２）、鉄筋の総量（ｔ）、鉄骨の総量（ｔ）、延床あたりのコンクリート、型枠、鉄筋及び鉄骨の量、コンクリートの単位量あたりの鉄筋及び型枠の量等を算出する。また、躯体数量算出部１４４は、算出した躯体数量を、入出力Ｉ／Ｆ１３を介してユーザに出力してもよいし、断面を拡大した後の構造解析モデルを他のプログラムが利用してもよい。また、躯体数量算出部１４４又は他のプログラムが、Ｓ７で算出されたコンクリートの量や鉄筋の量を用いてコストの見積もりを算出するようにしてもよい。
【００８２】
以上で、本実施形態に係る設計支援処理を終了する。なお、構造解析の建築部材は上述した処理によって自動的に設計されるほか、ユーザが適宜建築部材の配置や大きさを変更できるようにしてもよい。
【００８３】
＜効果＞
実施形態に係る設計支援装置によれば、１次設計及び２次設計において、所定の基準を満たすように断面を拡大する処理を繰り返すことで、構造部材の断面を適切な大きさに設計することができるようになる。すなわち、建築部材の断面について、所定の基準を満たす構造設計を支援することができる。また、小梁や間柱、耐風梁といった２次部材につい
て標準的な規則に基づいて自動的に配置することによって、ヒンジが発生する順番等についてより実際的な応力状態に基づいて解析できる解析モデルを作成することができる。
【００８４】
また、解析モデルを用いて建築部材の断面を自動的に拡大することにより、例えば建築物に必要な安全性についての要求を満たす三次元モデルを生成することができる。特にＢＩＭモデルについてこのような処理を行うことにより、また、生成された三次元モデルを用いて躯体数量を出力することができ、例えば必要とされるコンクリートの量や鉄筋の量に関する精度の高い見積もりをユーザに手間をかけることなく出力できるようになる。
【００８５】
具体的には、ＲＣ造においては、図８に示すようなテーブルを予め定めておくことにより、例えば断面に収まらない数の鉄筋を配置するような設計が出力されることを回避し、主架構の断面と配置される鉄筋をバランスよく増大させることができる。また、図９のＳ２１〜Ｓ２２によれば、最大層間変形角を基準として断面を概略拡大することにより、最終的に建築物に要求される基準を満たす設計を早期に完成させることができ、処理の繰り返し回数を低減させることができる。また、図１０のＳ３０〜Ｓ３２によれば、耐力壁を有する場合、塔状比に応じて破壊モードの異なる適切な設計を選択することができる。すなわち、せん断破壊させるか、曲げ破壊させるかを選択させ費用対効果のよい設計を実現し得る。
【００８６】
また、図６のＳ１５、図１１のＳ４４、Ｓ４７に示す断面の拡大においては、予め定められた梁成の最大値を超えるときは、梁幅を拡大させるようにしてもよい。このようにすれば、例えばユーザが指定した梁成の最大値という意匠的な要求を満たし、且つ構造的な要求を満たす設計を行うことができる。
【００８７】
＜その他＞
なお、実施形態は例示であり、本発明は上述した構成には限定されない。また、本発明の対象は、上述した処理を実行するコンピュータプログラムや、当該プログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体を含む。当該プログラムが記録された記録媒体は、プログラムをコンピュータに実行させることにより、上述の処理が可能となる。
【００８８】
なお、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、データやプログラム等の情報を電気的、磁気的、光学的、機械的、または化学的作用によって蓄積し、コンピュータから読み取ることができる記録媒体をいう。このような記録媒体のうちコンピュータから取り外し可能なものとしては、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、光ディスク、磁気テープ、メモリカード等がある。また、コンピュータに固定された記録媒体としては、ＨＤＤやＳＳＤ（Solid State Drive）、ＲＯＭ等がある。
【符号の説明】
【００８９】
１      ：設計支援装置
１１    ：通信Ｉ／Ｆ
１２    ：記憶装置
１３    ：入出力Ｉ／Ｆ
１４    ：プロセッサ
１４１  ：モデル生成部
１４２  ：２次部材設計部
１４３  ：断面算定部
１４４  ：躯体数量算出部
１５    ：バス
【図１】
2019168838.tif 000003
【図２】
2019168838.tif 000004
【図３】
2019168838.tif 000005
【図４】
2019168838.tif 000006
【図５】
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【図６】
2019168838.tif 000008
【図７】
2019168838.tif 000009
【図８】
2019168838.tif 000010
【図９】
2019168838.tif 000011
【図１０】
2019168838.tif 000012
【図１１】
2019168838.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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