(57)【要約】【課題】建物の構造材の選択をほぼ全自動化し、設計者による確認処理の負担を最小限にする。【解決手段】部位毎計算モジュール２６は、建物の部位毎に指定された条件に従ってその部位に使用される構造材２０の配置を決定し、部位の全ての場所に使用することができる単数または複数の構造材２０を選択する。検定計算モジュール２８は、選択する構造材２０が、指定された条件を満たしているかどうかを検定する。接合部計算モジュール３０は、選択した構造材２０のうち接合部２２を有するものについて、データベース３８から読み出したデータを比較して、接合部構造４６が共通するものを候補データ５０に残す。複数の構造材の候補には評価５６を付す。全ての場所に対して、評価５６が最高位の構造材２０を採用する。構造計算モジュール３７は、所定の構造計算をして、その構造計算の結果を出力する。【選択図】図１
2015179347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の構造設計を自動的に実行する部位毎計算モジュールと、検定計算モジュールと、接合部計算モジュールと構造計算モジュールと構造設計用のデータベースを記憶する記憶装置とを備え、
上記データベースは、構造設計に使用される全ての構造材の諸元を示す構造材データと、その構造材の接合部に採用される可能性のある少なくとも一種の接合部構造を含み、
上記部位毎計算モジュールは、指定された条件に従って建物の部位に使用される構造材の配置を決定し、上記データベースを参照して、上記部位の全ての場所に使用することができる単数または複数の構造材を選択して、選択した構造材に評価を付した候補データを生成する機能を持ち、
上記検定計算モジュールは、部位毎計算モジュールの選択する構造材が、指定された条件を満たしているかどうかを検定して、適合するものを上記候補データに残す機能を持ち、
上記接合部計算モジュールは、上記部位毎計算モジュールが選択した構造材のうち接合部を有するものについて、上記データベースから読み出したデータを比較して、接合部構造が共通するものを上記候補データに残す機能を持ち、
上記構造計算モジュールは、同一の箇所で複数の構造材の候補が選択されている場合に、上記複数の構造材を所定の評価基準でランク付けをするための評価が上記各候補データに付加されたとき、上記部位の全ての場所に対して、上記評価が最高位の構造材を採用する処理が実行された後に、所定の構造計算をして、その構造計算の結果を出力する機能を持つことを特徴とする構造設計装置。
【請求項２】
請求項１に記載の構造設計装置において、
上記構造計算モジュールは、上記所定の構造計算において、建物全体に対して要求されている全ての条件を満たすかどうかの構造計算を実行し、この計算の結果が不適という判断がでた場合には、該当する部分の構造材を上記の候補データから除外して、上記評価が最高位の構造材を採用した結果を受け入れて再度所定の構造計算を実行することを特徴とする構造設計装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の構造設計装置において、
上記データベースは、上記構造材の接合部に採用される可能性のある少なくとも一種の接合部構造と、その接合部構造に使用される可能性のある少なくとも一種の金物データとを含み、
上記候補データは、目的とする建物に複数の部位があるとき、それらの部位の全ての場所に使用することが可能な構造材とその接合部構造と金物データとを評価を付して列挙したものであって、
上記接合部計算モジュールは、上記部位の場所毎に選択された構造材のうち、同じ箇所で接合される複数の構造材について、それらの接合部に採用される可能性のある接合部構造と金物とを相互に比較して、接合部構造を示すデータが共通する構造材を候補データに残すことを特徴とする構造設計装置。
【請求項４】
請求項２に記載の構造設計装置において、
上記構造計算モジュールが上記構造計算の後に出力する処理結果には、全ての部位について使用する構造材と、全ての構造材の接合部構造と金物データと構造計算の結果を含み、
自動的に再度上記所定の構造計算を実行したときは、計算過程を処理結果に含めることを特徴とする構造設計装置。
【請求項５】
構造設計に使用される全ての構造材の種別を示す構造材データと、その構造材の接合部に採用される可能性のある少なくとも一種の接合部構造を含むデータベースを記憶装置に記憶させておき、
コンピュータにより構成されたモジュールの計算処理による、
指定された条件に従って建物の部位に使用される構造材の配置を決定するステップと、
上記データベースを参照して、上記部位の全ての場所に使用することができる単数または複数の構造材を選択して、指定された条件を満たしているかどうかを検定して、適合するものを候補データに残すステップと、
上記候補データに含まれた構造材のうち接合部を有するものについて、上記データベースから読み出したデータを比較して、接合部構造が共通するものを上記候補データに残すステップと、
同一の箇所で複数の構造材の候補が選択されている場合に、上記複数の構造材を所定の評価基準でランク付けをするための評価を付加するステップと、
上記部位の全ての場所に対して、上記評価が最高位の構造材を採用する処理を実行するステップと、
採用された構造材を使用した建物全体に対して要求されている全ての条件を満たすかどうかの構造計算を実行するステップと、
この計算の結果が不適という判断がでた場合には、該当する部分の構造材を上記の候補データから除外して、上記評価が最高位の構造材を採用した結果を受け入れて再度所定の構造計算を実行するステップと、
構造計算の処理結果を出力するステップと、
を含むことを特徴とする構造設計方法。
【請求項６】
コンピュータを、請求項１に記載の構造設計装置として機能させる構造設計プログラム。
【請求項７】
請求項６に記載の構造設計プログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の構造材の選択を可能な限り自動化する構造設計装置と構造設計方法と構造設計プログラム及びその記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
注文住宅を建てる場合には、施主の希望する間取りを決定し、主要な構造部材の配置を決める。その結果について構造計算をして評価する処理を、コンピュータにより自動化する様々な技術が開発されている。また、構造材を自動的に選択して設計者を支援する技術も開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−４１４１８号公報
【特許文献２】特開２０１３−１１９６１号公報
【特許文献３】特開２００１−１８８８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
既知の従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
建物の設計を自動化する場合には、例えば、要求される間取りに応じた耐力壁の配置を決め、求められる強度の柱や梁の配置を決めながら屋根や床の構造を決定し、基礎構造を決定していく。これらに使用する構造材を選定するには、必要な強度を持つ構造材の候補を抽出した上で、要求される断面寸法や材料強度等を考慮して最も施工コストの安いものを選択する。
【０００５】
木造軸組工法により施工される住宅の場合には、構造材の接合部を要求される強度の金物で接合することが行われる。その構造材の接合部では、構造材の一部を切り欠いたり金物の形状に合わせて切削したりすることが行われる。このとき、無切削の構造材を組み合わることを前提として行った強度計算の結果と実際との間に差異が生じることがある。その結果、その設計は安全でないという総合判定が出されると設計のやり直しになる。
【０００６】
また、使用するべき金物の寸法と構造材の寸法とが合致しないことがあり、その場合にも、設計をやり直すことになる。コンピュータを用いて構造材を自動的に選択して、評価をしながら繰り返し再設計をさせて、最適設計を得ることは技術的にみて不可能なことではない。
【０００７】
しかしながら、木造軸組工法による住宅の場合、構造材の接合部が多数存在し、その接合構造も多種多様である。一箇所の構造材を変更したとき、他の箇所にも影響が及ぶ。従って、再設計のための繰り返し演算処理時間が膨大になる。しかも、最適設計に到達するまでの計算時間の予測がたたない。
【０００８】
これを防止するために、一般には、自動設計を部分的に行い、そのつどその建物の構造を熟知した設計者による修正と確認を行いながら設計作業を進める方法が採用されてきた。この場合には、熟練した設計者の負担が大きく、生産性の向上が容易でない。また、安全を見越した設計をすることにより、過剰な品質の構造材が選択されてコストが高くなる場合もあった。
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は次のような構造設計装置と構造設計方法と構造設計プログラム及びその記録媒体を提供することを目的とする。
（１）建物の構造材の選択をほぼ全自動化し、設計者による確認処理の負担を最小限にする。
（２）木造軸組工法の建物の設計に最適なシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。
【００１１】
＜構成１＞
建物の構造設計を自動的に実行する部位毎計算モジュールと、検定計算モジュールと、接合部計算モジュールと構造計算モジュールと構造設計用のデータベースを記憶する記憶装置とを備え、
上記データベースは、構造設計に使用される全ての構造材の諸元を示す構造材データと、その構造材の接合部に採用される可能性のある少なくとも一種の接合部構造を含み、
上記部位毎計算モジュールは、指定された条件に従って建物の部位に使用される構造材の配置を決定し、上記データベースを参照して、上記部位の全ての場所に使用することができる単数または複数の構造材を選択して、選択した構造材に評価を付した候補データを生成する機能を持ち、
上記検定計算モジュールは、部位毎計算モジュールの選択する構造材が、指定された条件を満たしているかどうかを検定して、適合するものを上記候補データに残す機能を持ち、
上記接合部計算モジュールは、上記部位毎計算モジュールが選択した構造材のうち接合部を有するものについて、上記データベースから読み出したデータを比較して、接合部構造が共通するものを上記候補データに残す機能を持ち、
上記構造計算モジュールは、同一の箇所で複数の構造材の候補が選択されている場合に、上記複数の構造材を所定の評価基準でランク付けをするための評価が上記各候補データに付加されたとき、上記部位の全ての場所に対して、上記評価が最高位の構造材を採用する処理が実行された後に、所定の構造計算をして、その構造計算の結果を出力する機能を持つことを特徴とする構造設計装置。
【００１２】
＜構成２＞
構成１に記載の構造設計装置において、
上記構造計算モジュールは、上記所定の構造計算において、建物全体に対して要求されている全ての条件を満たすかどうかの構造計算を実行し、この計算の結果が不適という判断がでた場合には、該当する部分の構造材を上記の候補データから除外して、上記評価が最高位の構造材を採用した結果を受け入れて再度所定の構造計算を実行することを特徴とする構造設計装置。
【００１３】
＜構成３＞
構成１または２に記載の構造設計装置において、
上記データベースは、上記構造材の接合部に採用される可能性のある少なくとも一種の接合部構造と、その接合部構造に使用される可能性のある少なくとも一種の金物データとを含み、
上記候補データは、目的とする建物に複数の部位があるとき、それらの部位の全ての場所に使用することが可能な構造材とその接合部構造と金物データとを評価を付して列挙したものであって、
上記接合部計算モジュールは、上記部位の場所毎に選択された構造材のうち、同じ箇所で接合される複数の構造材について、それらの接合部に採用される可能性のある接合部構造と金物とを相互に比較して、接合部構造を示すデータが共通する構造材を候補データに残すことを特徴とする構造設計装置。
【００１４】
＜構成４＞
構成２に記載の構造設計装置において、
上記構造計算モジュールが上記構造計算の後に出力する処理結果には、全ての部位について使用する構造材と、全ての構造材の接合部構造と金物データと構造計算の結果を含み、
自動的に再度上記所定の構造計算を実行したときは、計算過程を処理結果に含めることを特徴とする構造設計装置。
【００１５】
＜構成５＞
構造設計に使用される全ての構造材の種別を示す構造材データと、その構造材の接合部に採用される可能性のある少なくとも一種の接合部構造を含むデータベースを記憶装置に記憶させておき、
コンピュータにより構成されたモジュールの計算処理による、
指定された条件に従って建物の部位に使用される構造材の配置を決定するステップと、
上記データベースを参照して、上記部位の全ての場所に使用することができる単数または複数の構造材を選択して、指定された条件を満たしているかどうかを検定して、適合するものを候補データに残すステップと、
上記候補データに含まれた構造材のうち接合部を有するものについて、上記データベースから読み出したデータを比較して、接合部構造が共通するものを上記候補データに残すステップと、
同一の箇所で複数の構造材の候補が選択されている場合に、上記複数の構造材を所定の評価基準でランク付けをするための評価を付加するステップと、
上記部位の全ての場所に対して、上記評価が最高位の構造材を採用する処理を実行するステップと、
採用された構造材を使用した建物全体に対して要求されている全ての条件を満たすかどうかの構造計算を実行するステップと、
この計算の結果が不適という判断がでた場合には、該当する部分の構造材を上記の候補データから除外して、上記評価が最高位の構造材を採用した結果を受け入れて再度所定の構造計算を実行するステップと、
構造計算の処理結果を出力するステップと、
を含むことを特徴とする構造設計方法。
【００１６】
＜構成６＞
コンピュータを、構成１に記載の構造設計装置として機能させる構造設計プログラム。
【００１７】
＜構成７＞
構成６に記載の構造設計プログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
【発明の効果】
【００１８】
＜構成１の効果＞
データベースを参照して、上記部位の全ての場所に使用することができる単数または複数の構造材を選択し、接合部構造を考慮した構造材に評価を付した候補データを生成するので、接合部構造が適合しないために計算を始めからやり直す処理を防止することができる。
＜構成２の効果＞
構造計算をした結果、一部の構造材の強度不足等が判明したとき、候補データに含まれた次候補の構造材に切り替えて再計算をするので、速やかに再計算ができ、繰り返し演算処理の時間を短縮できる。
＜構成３の効果＞
建物の各部に使用する全ての構造材を、共通のデータベースから選択することができるので、データベースの管理を容易にすることができる。また、接合部に採用される可能性のある接合部構造と金物とを相互に比較すれば、接合部構造を示すデータが共通する構造材を候補データに残すことにより、選択した構造材の範囲を容易に絞り込むことができる。
＜構成４の効果＞
構造計算の結果を設計者の目で評価をして、総合的に適否を確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１のシステムの主要機能を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は小屋組、（ｂ）は床組、（ｃ）は構造材の接合部の例を示す斜視図である。
【図３】データベースの一例説明図である。
【図４】基本設計フェーズにおける処理動作フロー図である。
【図５】全ての構造材とその接合部構造を決定するまでの大きな流れのフロー図である。
【図６】部位毎に構造材を選択する具体的な動作フロー図である。
【図７】接合部計算モジュールの具体的な動作フロー図である。
【図８】候補データに評価を付加する処理の具体的なフロー図である。
【図９】候補データの最終処理動作を説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を実施例毎に詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は実施例１のシステムの主要機能を示すブロック図である。また、図２（ａ）は小屋組、（ｂ）は床組、（ｃ）は構造材の接合部の例を示す斜視図である。
建物の構造設計は、コンピュータを使用して次のような手順で実行される。この処理を、基本設計フェーズと部分設計フェーズとに分けて説明する。なお、構造設計装置１２を構成するコンピュータはディスプレイ１３と演算処理装置１６と記憶装置１８とを備えている。
【００２２】
［基本設計フェーズ］
始めに、図１に示すように、ディスプレイ１３の操作画面１４に間取り図データ１５を表示する。間取り図データ１５は、予め作成された建物の基本仕様１７から取得すればよい。この間取り図データ１５中の壁を配置する位置を全て選択し、そこに耐力要素を配置するか、それ以外の構造の壁にするかを決定する。その後、基礎計算モジュール３９が基礎構造を決定する。
【００２３】
ここまでの処理は、例えば、定型化された間取り図の壁配置データを自動的に当てはめる自動処理でもよいし、設計者がマウス等で指定をした場所に耐力要素を配置すると決める処理でもよい。自動処理の結果を設計者が適切に修正して建物の基本構造データ１９を決定するとよい。この基本構造データ１９を入力信号にして、部分設計フェーズを開始する。
【００２４】
［部分設計フェーズ］
図１に示すように、コンピュータの演算処理装置１６は、部位毎計算モジュール２６と検定計算モジュール２８と接合部計算モジュール３０とを備えている。これらのモジュールは一定の機能を有する装置に相当し、後で説明するコンピュータプログラムを実行することにより実現する。部分設計フェーズでは、部位毎計算モジュール２６と検定計算モジュール２８と接合部計算モジュール３０とが連携して自動計算をする。
【００２５】
例えば、木造軸組工法による建物は、小屋と床と壁や柱といった部位に区分して設計を進めることができる。そのために、部位毎計算モジュール２６は、図１に示すように、小屋計算モジュール３２と床計算モジュール３４と壁計算モジュール３６と基礎計算もモジュールを含むように構成されている。
【００２６】
一方、コンピュータの記憶装置１８には、上記の建物の基本仕様１７や間取り図データ１５や基本構造データ１９のほかに、データベース３８や候補データ５０や評価基準データ５８等が記憶される。基本構造データ１９とその他の予め指定された条件によって、小屋部分や小屋部分を支える壁や柱や床等の構造材の配置を決定することができる。即ち、例えば、図２（ａ）に示す小屋組や、図２（ｂ）に示す床組を決定する。
【００２７】
構造材２０は、これらの架構を構成する全ての柱や梁等の耐力要素のことをいう。図２（ｃ）は構造材２０の接合部２２を示す。なお、この出願明細書中では、各部の構造材２０を区別して取り扱わないので、図面では全て統一の符号を使用する。接合部２２についても同様である。接合部２２では、構造材２０の一部を切削したり、金物２４を取り付けて構造材２０を接合したりする加工を施す。金物２４を取り付けるときには構造材２０の一部を切削することもある。
【００２８】
構造材２０の一部を切削すれば、無切削のものに比べてその強度が低下する場合がある。そのときには、さらに断面寸法の大きい構造材２０を使用しないと、設計強度を満たさないことがある。即ち、設計強度を満たすように全ての構造材２０を選択しても、接合部２２の構造を決定した段階で、一部の構造材２０の選択を変更するといったことが少なくない。ところが、予定したものよりも太い構造材２０に変更すると、その構造材を接合するための金物２４が大型になり、再び接合部２２の金物２４の納まりが整合しなくなって他の構造材２０の選択に影響するという場合も生じる。
【００２９】
木造軸組工法のように多数の構造材２０を複雑に組み合わせる場合には、一部の構造材２０の変更がその周辺の構造材２０の変更につながり、構造設計がきわめて煩雑になる。従って、熟練者が、経験値に基づいて多少構造強度に余裕のある構造材を選択して、計算のやり直しを防ぐといった方法が採用されていた。その場合には、強度や材質や寸法的に過剰ぎみの設計になり、コストダウンや建物の軽量化の妨げになる。また、平面空間や天井高さなどに影響が発生するおそれもある。
【００３０】
本発明では、この設計をほぼ全自動化するために、図１に示すように、予め固有のデータベース３８を作成して記憶装置１８に記憶させている。部位データ４０と構造材の配置データ４２とを対応させたデータは、図２の（ａ）や（ｂ）に示したような建物の部位毎の構造材２０の配置を決定するために使用される。例えば、部位データ４０は、切り妻や陸屋根といった屋根の意匠や種別を示し、構造材の配置データ４２はそれぞれの構造材の基本的な配置を示す。この配置データ４２には、各場所に配置される構造材の適切な断面寸法や材質の範囲を示す情報も含められるとよい。屋根の寸法や間取りを入力すると、具体的な全ての構造材の配置が算出されるというように使用される。
【００３１】
構造材の配置データを選択するための建物の意匠等の条件は、設計者が指定するようにすればよい。一方、その後の各構造材２０の選択や構造材２０の接合部２２の選択は、原則として上記の各モジュールが全て自動処理をする。設計者は結果だけを確認すればよいようにする。
【００３２】
記憶装置１８に記憶されている次の一組のデータは、構造材データ４４と接合部構造４６データと金物データ４８とを含む。構造材データ４４は、建物の構造設計に使用される全ての構造材２０を特定するデータである。即ち、構造材データ４４は、構造材２０の識別記号と諸元（材質、断面寸法、形状、材料強度等）を含むデータである。諸元は、少なくとも以下の構造設計に必要なデータを含めばよい。接合部構造４６データは、その構造材２０の接合部２２に採用される可能性のある全ての接合部構造４６を示すデータである。金物データ４８は、それらの接合部構造４６に使用される可能性のある全ての金物２４を特定するデータで、金物２４の識別記号や諸寸法や材料強度等を含むデータである。
【００３３】
以下、各モジュールの動作とともに、このデータベース３８の使用方法を説明する。まず、部位毎計算モジュール２６は、建物を複数の部位に区分して、部位毎に指定された条件に従って構造材２０の配置を決定する。この処理は上記のように、小屋や床や壁といった部位毎に実行する。さらに、その部位に使用される全ての構造材２０について、指定された設計強度等の条件を満たすように、それぞれ特定の構造材２０を選択する。
【００３４】
例えば、最初は、場所毎に、条件を満たす多数の構造材を選択するとよい、その後、検定計算モジュール２８と接合部計算モジュール３０に計算を実行させて、条件に適合する構造材のみを残していき、最終的に全ての部位の全ての構造材２０を決定するとよい。
【００３５】
検定計算モジュール２８は、部位毎計算モジュール２６の選択した構造材が、それぞれ例えば、法規制等の制約条件を満たしているかどうかを検定する機能を持つ。理論的な強度だけでなく、法規制による材質や強度や寸法等の条件を満たすものを残して、それ以外の構造材を選択の対象から除外する。
【００３６】
接合部計算モジュール３０は、部位毎計算モジュール２６が配置を決定した構造材２０の接合部構造４６を決定する。例えば、ある接合部２２で接合される２本の構造材２０があるとする。それらの構造材２０の構造材データ４４に対応する接合部構造４６と金物データ４８を比較する。共通する接合部構造４６と金物データ４８があれば、その構造の接合部を選択する。複数あれば、いずれも候補に選択して、候補データ５０を生成する。
【００３７】
図３はデータベースの一例説明図である。
図のＡ、Ｂ、Ｃは、構造材データａ1の構造材の接合部構造等を示すデータである。図のＤ、Ｅは、構造材データａ２の構造材の接合部構造等を示すデータである。図のＦ、Ｇは、構造材データａ３の構造材の接合部構造等を示すデータである。ここで、構造材データａ1と構造材データａ2の構造材が、相互に一箇所で接合されるとする。このとき、両者の接合部構造４６と金物データ４８とを比較する。接合部構造４６と金物データ４８とが共通する場合には、両構造材２０が正常に接合可能であると判断する。
【００３８】
上記の例では、ＡとＤが該当するから、構造材データａ1の構造材と構造材データａ２の構造材とは、接合部構造ｂ1で、金物データｃ1の金物により接合することができるということが分かる。採用可能な接合部構造４６と金物２４の種類は一つとは限らない。該当する場合が複数あれば全てのデータの組を候補に残す。
【００３９】
一方、構造材データａ1と構造材データａ3の構造材２０とが、相互に一箇所で接合されるものとする。このとき、接合部構造４６と金物データ４８とを比較しても共通のものがない。その場合には、いずれか一方の構造材２０を候補から除外して、別の構造材を選択する。構造材の配置場所毎に複数の構造材を候補にあげて、接合部があれば、どの構造材の場合には、どの接合部構造４６と金物２４を採用するというデータを候補としてリストアップする。
【００４０】
こうしておけば、候補データ中のどの構造材を採用しても、候補データ中に必ず適合する接合部構造と金物データが存在することになる。また、候補データ中に含まれた別の構造材に変更をしても、必ず適合する接合部構造と金物データを有する他の構造材が存在することになる。従って、構造計算をしながら最適な構造材を決定する処理のための計算時間を十分に短縮できる。
【００４１】
構造材２０の候補データ５０は、図１に示すように、構造材の場所５２と構造材の候補５４と接合部構造４６と金物データ４８と評価５６とを含む。構造材を配置する全ての場所について、一種または二種以上の構造材の候補を挙げた候補データ５０が生成される。同一の場所で複数の構造材の候補５４が選択されている場合に、複数の構造材２０を所定の評価基準でランク付けをして、最終的に最高位の構造材２０を採用する。評価５６は、そのランク付けのために使用される。
【００４２】
評価基準は、図１に示すように、記憶装置１８に評価基準データ５８として記憶されている。例えば、コスト面では○○点、サイズ（重量）面では○○点、工数（施工時間）の面では○○点という評価をして、合計点数が評価５６になる。例えば、選択された候補を採用したときのコストを算出して、コストが低いほど高い点数を付ける。また、サイズ（重量）が軽いほど高い点数を付ける。施工時間が短いほど高い点数を付ける。点数は５段階評価のようなものでよい。その評価点の算定式が評価基準データ５８に含められる。
【００４３】
全ての候補について、評価５６を算出して、構造材の場所毎に最高点数のものを優先的に選択して、その場所毎に一種類の構造材２０を決定する。小屋計算モジュール３２と床計算モジュール３４と壁計算モジュール３６とは、それぞれ同様の計算をしてその結果を出力する。なお、いずれのモジュールも、その後の結果修正を容易にするために、生成した候補データ５０を記憶装置１８に残しておく。
【００４４】
以上の計算によって、全ての部位について、全ての場所に使用される構造材とその接合部の構造とが決定された。構造計算モジュール３７は、その結果を入力データとして、建物全体の構造計算を実行し、荷重条件と構造と強度との関係で、建物に対して要求されている全ての条件を満たすかどうかを計算する。この計算の結果不適という判断がでた場合には、該当する部分の構造材を上記の候補データ５０から除外して、次候補の構造材２０を採用し再計算をする。
【００４５】
そして、再度構造計算モジュール３７による構造計算を実行する。処理結果は、全ての部位について使用する構造材と、全ての構造材の接合部構造と、構造計算の結果を含み、これをディスプレイに表示したり、図示しないプリンタにより印刷したりして出力する。なお、自動処理により再計算をした場合には、設計担当者が確認し易いようにその経過を処理結果６０に含めるとよい。また、設計者の目で評価をして一部再計算をすることができるように、処理結果の出力データに候補データ５０を含めておくとよい。
【００４６】
以上の実施例では、部位毎計算モジュール２６が選択した構造材を検定計算モジュール２８が検定し、接合部計算モジュール３０が接合部の計算をした。この連携のタイミングは任意である。例えば、部位毎計算モジュール２６が、ひとつの部位全体の構造材を選択した後で検定計算モジュール２８と接合部計算モジュール３０が順に計算処理をしても構わない。順番に候補データ５０を更新しながら完成させていけばよい。
【実施例２】
【００４７】
図４〜図９は、上記のモジュールを使用した構造設計手順を示すフロー図である。
これらの図を用いて、構造設計方法と構造設計プログラムの具体例を説明する。構造設計プログラムは、任意の記録媒体に記録され図１に示したコンピュータにインストールされる。
【００４８】
図４は基本設計フェーズにおける処理動作フロー図である。
まず、ステップＳ１１で、構造設計装置１２のディスプレイ１３に操作画面１４の表示をする。次に、ステップＳ１２で、記憶装置１８から間取り図データ１５を取得して、操作画面１４に表示する。ステップＳ１３では、例えば、設計担当者が耐力壁の位置をマウスで選択し、構造設計装置１２はその結果を受付ける。
【００４９】
さらに、ステップＳ１４で、設計者が既存の図示しないデータを利用してそれぞれの壁構造を決定する。さらに、ステップＳ１５で基礎構造の決定をする。その結果を含めて、ステップＳ１６で基本構造データ１９を生成して、記憶装置１８に記憶させる。
【００５０】
図５は全ての構造材とその接合部構造を決定するまでの大きな流れのフロー図である。
まず、ステップＳ２１でデータベース３８をオープンして、全てのモジュールがこれを参照する準備をする。ステップＳ２２では、部位毎計算モジュールと検定計算モジュールによる構造材の選択処理が実行される。その具体的な処理は図６で説明する。
【００５１】
ステップＳ２３では、接合部計算モジュールによる接合部構造と金物の選択処理が実行される。その具体的な処理は図７で説明する。上記の処理を経て、候補データ５０が生成される。ステップＳ２５では、候補データ５０に付加された評価の最も高い構造材を自動的に選択して、全構造材と接続構造を決定する。その後、ステップＳ２６で構造計算モジュール３７による構造計算が実行される。
【００５２】
ここで建物全体の総合的な構造計算をして、ステップＳ２７で構造材の選択が「適合」かどうかという判断をする。適合しなければステップＳ２５の処理に戻って、別の候補データを選択する。適合していれば、ステップＳ２８で処理結果６０を出力する。なお、このとき、構造計算の結果構造材が再選択されたという自動処理の計算過程は、処理結果６０に含めるとよい。専門の技術者がこの計算過程をみて、再計算前の構造材の選択に戻すことも可能にする。これで、構造計算の適合かどうかの基準がやや厳しいとき、コストを優先するような条件変更も可能になる。
【００５３】
図６は、部位毎に構造材を選択する具体的な動作フロー図である。
処理対象となる部位が小屋と壁と床であれば、それらの部位を順に選択して、このフローを実行する。まず、ステップＳ３１でこれから処理する部位の選択をする。次に、ステップＳ３２で条件の入力受付をする。意匠等の条件が入力される。ステップＳ３３では、構造材の配置を決定する。図２に示したような配置である。
【００５４】
その後部位毎計算モジュール２６が、ステップＳ３４では、データベース３８を参照する。そして、ステップＳ３５以下で、場所毎の構造材の選択を始める。ステップＳ３６では、検定計算モジュール２８による検定計算が実行される。その検定の結果に基づいて、ステップＳ３７で「適合」かどうかという判断をする。
【００５５】
この判断の結果がイエスのときはステップＳ３８の処理に移行し、ノーのときはステップＳ３４の処理に戻って、別の構造材を選択する。ステップＳ３８では、選択の結果から候補データ５０を生成する。なお、この候補データ５０は、後で数回更新されるので、そのバージョンをＶ１と表示した。
【００５６】
図７は、接合部計算モジュール３０の具体的な動作フロー図である。
ステップＳ４１で、図６の処理で得られた候補データを読み取る。そして、ステップＳ４２で、その構造材を使用した接合部があるかどうかを判断する。この判断の結果がイエスのときはステップＳ４３の処理に移行し、ノーのときはステップＳ４６の処理に移行する。ステップＳ４３では、接合部を構成する構造材データの比較をする。
【００５７】
ステップＳ４４では、接合部を構成する構造材の共通する接合部構造と金物を選択する。その結果を利用して、ステップＳ４５で候補データ５０の生成をする。ステップＳ４６では、「全ての場所が終了したか」という判断をする。構造材を配置すべき全ての場所の処理が終了していればこの判断の結果がイエスで、ステップＳ４７の処理に移行する。ノーのときはステップＳ４１の処理に戻る。ステップＳ４７では、「全ての部位が終了したか」という判断をする。全ての部位の処理が終了していなければステップＳ４１の処理に戻る。
【００５８】
ここで生成された候補データ５０はまだ評価５６が付加されていないので、そのバージョンをＶ２と表示した。この評価は次の図８に示す処理で付加される。
【００５９】
図８は、候補データに評価を付加する処理の具体的なフロー図である。
この処理は部位毎計算モジュール２６が実行する。ステップＳ５１では、これまでに生成された候補データ５０の読み取りをする。ステップＳ５２では、評価基準データ５８の読み取りをする。ステップＳ５３では、その候補データの評価を算出する。ステップＳ５４では、算出結果をもとに、候補データに評価を付け加えて更新をする。ステップＳ５５では、「全ての候補データ更新」かどうかという判断をする。この判断の結果がイエスのときは処理を終了し、ノーのときはステップＳ３１の処理に戻る。
【００６０】
この処理の結果得られた候補データのバージョンを（Ｖ３）と表示した。これで目的とする候補データ５０（図１）が完成する。このとき得られた候補データ５０は、目的とする建物の各部位の全ての場所にそれぞれ使用することが可能な構造材とその接合部構造と金物データとを評価を付して列挙したものである。いずれの構造材を採用しても検定計算モジュールによる検定の結果は適合とされるものであるが、最後の構造計算により適合しないという結果が出る可能性があり、次候補を含めたものが列挙されている。
【００６１】
図９は、候補データの最終処理動作を説明するフロー図である。
ステップＳ６１では、これまでの処理で生成した評価済みの候補データを読み取る。ステップＳ６２では、同一の場所に配置される構造材の評価を比較する。そして、ステップＳ６３で評価が最上位のものを選択して、構造材を決定する。ステップＳ６４では、「全ての場所が終了したか？」という判断をする。この判断の結果がイエスのときはステップＳ６５の処理に移行し、ノーのときはステップＳ６１の処理に戻って別の候補についての処理をする。
【００６２】
ステップＳ６５では、全ての構造材決定後の構造計算を実行する。構造計算では、全ての部位の構造を総合し、上記の基礎構造データも含めた建物各部の強度計算を行う。そして、ステップＳ６６で「適合」かどうかという判断をする。この判断の結果がイエスのときはステップＳ６９の処理に移行し、処理結果の出力をし、全ての処理を終了する。ノーのときはステップＳ６７と６８の処理を経由して、ステップＳ６５の処理に戻る。即ち、ステップＳ６７で、不適の原因になった構造材を削除する。ステップＳ６８では、次の順位の構造材を決定する。その後、再び構造計算を実行する。
【００６３】
以上説明をした実施例によれば、建物の各部の構造材２０を選択する場合に、設計の最終段階で決定される接合部２２の構造を予測できるようにデータベース３８を設計している。構造設計をするモジュールがこのデータベース３８を参照しながら構造材２０を選択する。このとき、その後採用される可能性のある接合部の構造を判断要素に含めながら構造材の候補を選択するので、最終的に構造計算をしてから、多数の構造材２０の選択や接合部２２の構造の選択を始めからやり直すような処理が生じるのを防ぐことができる。
【００６４】
即ち、建物の各部位に配置される全ての構造材の候補を選択して、それぞれ候補データを生成し、その候補データに評価を付加して、最も評価の高いものを組み合わせるようにするので、常にコストパフォーマンスの高い構造材を自動的に優先的に採用することができる。
【００６５】
さらに、構造材データと接合部構造と金物データを組み合わせたデータベースは、建物の全ての部位の構造材の選択に共通に利用できるので、データベースの管理運用が容易になるという効果もある。
【００６６】
同時に、各構造材に接合部が存在するとき、それらの構造材に採用される可能性のある全ての接合部構造を候補データに含めておくので、接合部を構成する全ての構造材の候補データが生成された後で各候補データを比較して、同一の接合部構造を採用できる構造材を自動的に決定することができる。しかも、その後の構造計算の結果、適合しないと判断されたときには、上記評価の順に自動的に別の候補データを採用すればよいから、すみやかに自動的に構造材の再選択ができる。
【００６７】
従って、上記の実施例の方法によれば、構造材の選択から構造計算までの処理を無人で全自動で処理することができる。例えば、従来方法により部分的な自動設計を利用して、専門の設計者が手を加えながら約１５時間をかけて設計した建物がある。これに上記の全自動設計を採用すると、最終結果を専門の設計者が確認する時間を含めても全体で３分の１程度の時間で設計と確認処理が終了することがわかった。さらに、高度に熟練した設計者が拘束される時間を大幅に短縮できる。即ち、コンピュータで自動処理をさせて処理結果を出力し、これを設計者が検証すれば足りる。
【００６８】
また、詳細なデータベース３８を使用して構造材２０の選択処理をするので、評価基準データを適切に設定すれば、過少あるいは過剰な構造材２０を使用した設計を防止し、完成度の高い最適設計が自動的に作成できる。
【００６９】
構造材２０を選択する処理を実行するために、複数のモジュールに対して部位毎に構造材２０の選択処理を実行させるとともに、建物のいずれの部位についても共通した形式のデータベース３８を参照して計算をすることができるので、データベース３８の更新処理も簡素化できる。これは、特に木造軸組工法の場合に顕著な効果が期待できる。さらに、法令や技術基準の改正等にも容易に対応できる保守性と柔軟性を備えるという効果がある。
【００７０】
なお、上記の実施例で説明したデータ名やモジュール名はその性質を表すために使用したものであって、同等の役割を持つデータに自由に置き換えることができる。また、モジュールも、同等の機能を持つものに置き換えることができ、各モジュールをさらに細分化してもよいし、いずれかのモジュールを一体化しても構わない。一台のコンピュータにこれらのモジュールやデータが全て格納されていなくてもよく、複数台のコンピュータに分散されていてもよい。また、スタンドアローン型のシステムを利用してもよいし、クラウド型のシステムを利用しても構わない。
【００７１】
また、上記の装置は木造軸組工法以外の構造設計にも応用できる。また、上記の実施例では、複数の部位が存在する建物について、部位毎に構造材を選択する計算を実行したが、構造材の選択をする部位が一箇所しかない建物についても、同様の演算処理を実行することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１２  構造設計装置
１３  ディスプレイ
１４  操作画面
１５  間取り図データ
１６  演算処理装置
１７  建物の基本仕様
１８  記憶装置
１９  基本構造データ
２０  構造材
２２  接合部
２４  金物
２６  部位毎計算モジュール
２８  検定計算モジュール
３０  接合部計算モジュール
３２  屋根計算モジュール
３４  床計算モジュール
３６  壁計算モジュール
３７  構造計算モジュール
３８  データベース
３９  基礎計算モジュール
４０  部位データ
４２  構造材の配置データ
４４  構造材データ
４６  接合部構造
４８  金物データ
５０  候補データ
５２  構造材の場所
５４  構造材の候補
５６  評価
５８  評価基準データ
６０  処理結果
【図１】
2015179347.tif 000003
【図２】
2015179347.tif 000004
【図３】
2015179347.tif 000005
【図４】
2015179347.tif 000006
【図５】
2015179347.tif 000007
【図６】
2015179347.tif 000008
【図７】
2015179347.tif 000009
【図８】
2015179347.tif 000010
【図９】
2015179347.tif 000011