(57)【要約】【課題】小梁の配置の最適解を、短時間で求める。【解決手段】柱３と梁４とを含み、梁４は、柱３、３間を水平に継ぐ複数の大梁７と、大梁７で囲まれた水平架構面９をさらに区分する複数の小梁８とを含む建築物Ｂの架構体２を、コンピュータ１を用いて設計するための方法である。水平架構面９は、建築物Ｂの構造に基づいて小梁８が必要とされる小梁８の配置予定位置２１を含む。本発明の設計方法では、配置予定位置２１を含む設計制約条件を入力する工程Ｓ２と、設計制約条件に基づいて、小梁８の配置を特定するための数値情報である染色体情報２６の複数種類からなる集団３１を生成する集団生成工程Ｓ３と、集団３１を用いて、小梁８の配置の最適解を、遺伝的アルゴリズムに基づいて計算する最適化計算工程Ｓ４とを含む。集団生成工程Ｓ３は、配置予定位置２１を通る小梁８が必ず含まれるように染色体情報２６を生成する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱と梁とを含み、前記梁は、前記柱間を水平に継ぐ複数の大梁と、前記大梁で囲まれた水平架構面をさらに区分する複数の小梁とを含む建築物の架構体を、コンピュータを用いて設計するための方法であって、
前記水平架構面は、前記建築物の構造に基づいて前記小梁が必要とされる小梁の配置予定位置を含み、
前記コンピュータに、前記配置予定位置を含む設計制約条件を入力する工程と、
前記コンピュータが、前記設計制約条件に基づいて、前記小梁の配置を特定するための数値情報である染色体情報の複数種類からなる集団を生成する集団生成工程と、
前記コンピュータが、前記集団を用いて、前記小梁の配置の最適解を、遺伝的アルゴリズムに基づいて計算する最適化計算工程とを含み、
前記集団生成工程は、前記配置予定位置を通る小梁が必ず含まれるように前記染色体情報を生成することを特徴とする架構体の設計方法。
【請求項２】
前記配置予定位置は、前記水平架構面内において、少なくとも２つの座標値で特定される配置予定直線を含む請求項１に記載の架構体の設計方法。
【請求項３】
前記建築物は、前記水平架構面に開口部を有し、
前記配置予定直線は、前記開口部の周囲の少なくとも一部に設定される請求項２に記載の架構体の設計方法。
【請求項４】
前記配置予定位置は、前記水平架構面内において、１つの座標値で特定される配置予定点を含む請求項１乃至３のいずれかに記載の架構体の設計方法。
【請求項５】
前記建築物は、前記水平架構面で支持される小屋束を有し、
前記配置予定点は、前記小屋束を支える位置に設定される請求項４に記載の架構体の設計方法。
【請求項６】
前記染色体情報は、前記配置予定位置を通る第１小梁を定義するための第１情報部分と、前記配置予定位置とは無関係に定義される第２小梁を定義するための第２情報部分とを含む請求項１乃至５のいずれかに記載の架構体の設計方法。
【請求項７】
前記第１情報部分は、前記各第１小梁それぞれについて、前記第１小梁の配置が定義される第１小梁遺伝子が設定され、
前記第１小梁遺伝子は、前記第１小梁が前記水平架構面へ配置される順番を示す順番情報と、前記第１小梁の位置が予め指定された配置情報と、前記第１小梁の向きを示す方向情報とを含む請求項６記載の架構体の設計方法。
【請求項８】
前記各水平架構面は、前記小梁によって複数個の小架構面に区分され、
前記第２情報部分は、１本の第２小梁毎に第２小梁遺伝子が設定され、
前記第２小梁遺伝子は、前記第２小梁が水平架構面へ配置される順番を示す順番情報と、前記第２小梁が配置される前記水平架構面又は前記小架構面を特定する架構面情報と、前記第２小梁の向きを示す方向情報と、前記第２小梁の位置を特定する配置情報とを含む請求項６又は７に記載の架構体の設計方法。
【請求項９】
前記第２情報部分の前記第２小梁の前記順番は、前記第１情報部分で使用されている前記第１小梁の前記順番を除いて割り当てられる請求項８に記載の架構体の設計方法。
【請求項１０】
柱と梁とを含み、前記梁は、前記柱間を水平に継ぐ複数の大梁と、前記大梁で囲まれた水平架構面をさらに区分する複数の小梁とを含む建築物の架構体を、コンピュータを用いて設計するための方法であって、
前記水平架構面は、前記建築物の構造に基づいて前記小梁が配置できない配置禁止位置を含み、
前記コンピュータに、前記配置禁止位置を含む設計制約条件を入力する工程と、
前記コンピュータが、前記設計制約条件に基づいて、前記小梁の配置を特定するための数値情報である染色体情報の複数種類からなる集団を生成する集団生成工程と、
前記コンピュータが、前記集団を用いて、前記小梁の配置の最適解を、遺伝的アルゴリズムに基づいて計算する最適化計算工程とを含み、
前記集団生成工程は、前記配置禁止位置を通る小梁が含まれないように前記染色体情報を生成することを特徴とする架構体の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小梁の配置の最適解を、短時間で求めることができる架構体の設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、軸組工法による建築物の架構体は、柱及び梁等を含む構造部材を有している。また、梁は、柱間を水平に継ぐ複数の大梁と、大梁で囲まれた水平架構面をさらに区分する小梁とを含んでいる。
【０００３】
小梁は、建築物の形状や荷重条件に応じて、その配置や断面形状等を含む設計因子が決定される。従来、建築物の形状や荷重条件を満たしつつ、架構体の強度を高めることができる設計因子を、コンピュータを用いて求めることが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４７１２０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、小梁の配置の最適解を得るには、複数種類の小梁の配置パターンを作成して、小梁の配置の最適解を計算することが考えられる。しかしながら、このような方法では、例えば、小梁が必要とされる位置に、小梁が配置されていない望ましくない配置パターンが作成されてしまうという問題があった。このような望ましくない配置パターンは、小梁の配置の最適解から除外される。従って、望ましくない配置パターンの数が増えるほど、計算効率が低下し、小梁の配置の最適解を求めるのに、多くの時間が必要になるという問題があった。
【０００６】
本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、小梁の配置の最適解を、短時間で求めることができる架構体の設計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】
【０００７】
本発明に係る架構体の設計方法は、柱と梁とを含み、前記梁は、前記柱間を水平に継ぐ複数の大梁と、前記大梁で囲まれた水平架構面をさらに区分する複数の小梁とを含む建築物の架構体を、コンピュータを用いて設計するための方法であって、前記水平架構面は、前記建築物の構造に基づいて前記小梁が必要とされる小梁の配置予定位置を含み、前記コンピュータに、前記配置予定位置を含む設計制約条件を入力する工程と、前記コンピュータが、前記設計制約条件に基づいて、前記小梁の配置を特定するための数値情報である染色体情報の複数種類からなる集団を生成する集団生成工程と、前記コンピュータが、前記集団を用いて、前記小梁の配置の最適解を、遺伝的アルゴリズムに基づいて計算する最適化計算工程とを含み、前記集団生成工程は、前記配置予定位置を通る小梁が必ず含まれるように前記染色体情報を生成することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る前記架構体の設計方法は、前記配置予定位置は、前記水平架構面内において、少なくとも２つの座標値で特定される配置予定直線を含むのが望ましい。
【０００９】
本発明に係る前記架構体の設計方法は、前記建築物は、前記水平架構面に開口部を有し、前記配置予定直線は、前記開口部の周囲の少なくとも一部に設定されるのが望ましい。
【００１０】
本発明に係る前記架構体の設計方法は、前記配置予定位置は、前記水平架構面内において、１つの座標値で特定される配置予定点を含むのが望ましい。
【００１１】
本発明に係る前記架構体の設計方法は、前記建築物は、前記水平架構面で支持される小屋束を有し、前記配置予定点は、前記小屋束を支える位置に設定されるのが望ましい。
【００１２】
本発明に係る前記架構体の設計方法は、前記染色体情報は、前記配置予定位置を通る第１小梁を定義するための第１情報部分と、前記配置予定位置とは無関係に定義される第２小梁を定義するための第２情報部分とを含むのが望ましい。
【００１３】
本発明に係る前記架構体の設計方法は、前記第１情報部分は、前記各第１小梁それぞれについて、前記第１小梁の配置が定義される第１小梁遺伝子が設定され、前記第１小梁遺伝子は、前記第１小梁が前記水平架構面へ配置される順番を示す順番情報と、前記第１小梁の位置が予め指定された配置情報と、前記第１小梁の向きを示す方向情報とを含むのが望ましい。
【００１４】
本発明に係る前記架構体の設計方法は、前記各水平架構面は、前記小梁によって複数個の小架構面に区分され、前記第２情報部分は、１本の第２小梁毎に第２小梁遺伝子が設定され、前記第２小梁遺伝子は、前記第２小梁が水平架構面へ配置される順番を示す順番情報と、前記第２小梁が配置される前記水平架構面又は前記小架構面を特定する架構面情報と、前記第２小梁の向きを示す方向情報と、前記第２小梁の位置を特定する配置情報とを含むのが望ましい。
【００１５】
本発明に係る前記架構体の設計方法は、前記第２情報部分の前記第２小梁の前記順番は、前記第１情報部分で使用されている前記第１小梁の前記順番を除いて割り当てられるのが望ましい。
【００１６】
本発明に係る架構体の設計方法は、柱と梁とを含み、前記梁は、前記柱間を水平に継ぐ複数の大梁と、前記大梁で囲まれた水平架構面をさらに区分する複数の小梁とを含む建築物の架構体を、コンピュータを用いて設計するための方法であって、前記水平架構面は、前記建築物の構造に基づいて前記小梁が配置できない配置禁止位置を含み、前記コンピュータに、前記配置禁止位置を含む設計制約条件を入力する工程と、前記コンピュータが、前記設計制約条件に基づいて、前記小梁の配置を特定するための数値情報である染色体情報の複数種類からなる集団を生成する集団生成工程と、前記コンピュータが、前記集団を用いて、前記小梁の配置の最適解を、遺伝的アルゴリズムに基づいて計算する最適化計算工程とを含み、前記集団生成工程は、前記配置禁止位置を通る小梁が含まれないように前記染色体情報を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、柱と梁とを含み、梁は、柱間を水平に継ぐ複数の大梁と、大梁で囲まれた水平架構面をさらに区分する複数の小梁とを含む建築物の架構体を、コンピュータを用いて設計するための方法である。水平架構面は、建築物の構造に基づいて小梁が必要とされる小梁の配置予定位置を含んでいる。
【００１８】
本発明の架構体の設計方法では、コンピュータに、配置予定位置を含む設計制約条件を入力する工程と、設計制約条件に基づいて、小梁の配置を特定するための数値情報である染色体情報の複数種類からなる集団を生成する集団生成工程と、集団を用いて、小梁の配置の最適解を、遺伝的アルゴリズムに基づいて計算する最適化計算工程とを含んでいる。従って、本発明では、遺伝的アルゴリズムに基づいて、少ないサンプルから、染色体情報を時系列的に進化させることができるため、小梁の配置の最適解を短時間で得ることができる。
【００１９】
また、集団生成工程では、配置予定位置を通る小梁が必ず含まれるように染色体情報が生成される。このような架構体の設計方法では、配置予定位置に小梁が配置されていない望ましくない配置パターンを定義した染色体情報を防ぐことができる。従って、本発明の架構体の設計方法では、計算効率の低下を防ぐことができ、小梁の配置の最適解を、短時間で求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態の設計方法を実行するコンピュータの斜視図である。
【図２】建築物の架構体を示す斜視図である。
【図３】図２の架構体の平面図である。
【図４】（ａ）は、一本目の小梁が配置された水平架構面の平面図、（ｂ）は、二本目の小梁が配置された水平架構面の平面図である。
【図５】本実施形態の設計方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態の基本情報入力工程の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図７】建築物の架構体の斜視図である。
【図８】（ａ）は、小梁を省いた第１水平架構面の平面図、（ｂ）は、小梁が配置された第１水平架構面の平面図である。
【図９】染色体情報の複数種類からなる集団の概念図である。
【図１０】第１水平架構面の第１情報部分及び第２情報部分の一例を示す概念図である。
【図１１】本実施形態の集団生成工程の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１２】小梁が配置されていない水平架構面を示す平面図である。
【図１３】（ａ）、（ｂ）は、小梁が一本配置された水平架構面の平面図である。
【図１４】１本目の第２小梁の配置を説明する平面図である。
【図１５】第１開口小梁の配置を説明する平面図である。
【図１６】第１小屋束小梁の配置を説明する平面図である。
【図１７】第３開口小梁の配置を説明する平面図である。
【図１８】第２開口小梁の配置を説明する平面図である。
【図１９】２本目の第２小梁の配置を説明する平面図である。
【図２０】第４開口小梁の配置を説明する平面図である。
【図２１】最適化計算工程の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図２２】第１目標変数及び第２目標変数の計算結果を示す線図である。
【図２３】本実施形態の遺伝子操作工程の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図２４】本実施形態の次世代集団生成工程の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図２５】（ａ）は交叉前の染色体情報を示す概念図、（ｂ）は交叉後の染色体情報を示す概念図である。
【図２６】突然変異を説明する概念図である。
【図２７】（ａ）、（ｂ）は、本発明の他の実施形態の水平架構面を示す平面図である。
【図２８】本発明の他の実施形態の染色体情報である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
本実施形態の架構体の設計方法（以下、単に「設計方法」ということがある）は、例えば、工業化住宅等の建築物の架構体を、コンピュータを用いて設計するための方法である。
【００２２】
図１は、本実施形態の設計方法を実行するコンピュータの斜視図である。コンピュータ１は、本体１ａ、キーボード１ｂ、マウス１ｃ及びディスプレイ装置１ｄを含んでいる。この本体１ａには、例えば、演算処理装置（ＣＰＵ）、ＲＯＭ、作業用メモリ、磁気ディスクなどの記憶装置及びディスクドライブ装置１ａ１、１ａ２が設けられている。
【００２３】
また、記憶装置には、本実施形態の設計方法の処理手順（プログラム）が予め記憶されている。この処理手順は、コンピュータ１の演算処理装置によって実行される。従って、コンピュータ１は、本発明の設計方法を実施するための設計装置１Ａとして構成される。
【００２４】
図２は、建築物の架構体を示す斜視図、図３は、図２の架構体の平面図である。建築物Ｂの架構体２は、例えば、柱３及び梁４を含む構造部材を有している。梁４は、柱３、３間を水平に継ぐ複数の大梁７と、大梁７で囲まれた水平架構面９をさらに区分する小梁８とを含んでいる。これらの大梁７及び小梁８は、２階以上の床（図示省略）を支持するための床梁、又は、屋根１０を支持するための屋根梁として構成される。また、大梁７及び小梁８は、例えば、略横Ｈ字状の形鋼等から構成されている。
【００２５】
さらに、建築物Ｂには、各水平架構面９に、階段や吹き抜け等の開口部１１、及び、水平架構面９で支持される小屋束１２を有している。開口部１１は、大梁７又は小梁８によって形成される。本実施形態の開口部１１は、例えば、図３の左下の水平架構面９において、第１辺１１ａ、第２辺１１ｂ、第３辺１１ｃ及び第４辺１１ｄから構成され、略矩形状に形成されている。また、小屋束１２は、図３の左下の水平架構面９において、一つ配置された第１小屋束１２ａから構成されている。このような小屋束１２は、その下端に、大梁７又は小梁８が配置されることにより、水平架構面９で支持される。
【００２６】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、水平架構面の平面図である。図４（ａ）に示されるように、各水平架構面９は、一本目の小梁８ａが配置されることにより、二個の小架構面１３に区分される。さらに、図４（ｂ）に示されるように、水平架構面９は、二本目の小梁８ｂが、二個の小架構面１３の何れかに配置されることにより、三個の小架構面１３に区分される。このように、水平架構面９は、小梁８が配置されることにより、複数個の小架構面１３に区分される。
【００２７】
本実施形態では、図４（ａ）において、二個の小架構面１３に区分された場合、水平架構面９の左下側の頂点である基準点１５ａに最も近い小架構面１３を第１小架構面１３ａとし、他方の小架構面１３を第２小架構面１３ｂとしている。さらに、本実施形態では、図４（ｂ）において、第２小架構面１３ｂ（図４（ａ）に示す）がさらに２個の小架構面１３に区分された場合、第２小架構面１３ｂの左下側の頂点である基準点１５ｂに最も近い小架構面１３を第２小架構面１３ｂとし、他方の小架構面１３を第３小架構面１３ｃとしている。
【００２８】
図５は、本実施形態の設計方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。この設計方法では、小梁８（図４に示す）の配置の最適解が計算され、その最適解に基づいて、架構体２及び建築物Ｂが製造される。
【００２９】
本実施形態の設計方法では、先ず、コンピュータ１に、建築物Ｂの基本情報が入力される（基本情報入力工程Ｓ１）。図６は、本実施形態の基本情報入力工程の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【００３０】
本実施形態の基本情報入力工程Ｓ１では、先ず、建築物Ｂの形状が、コンピュータ１に入力される（工程Ｓ１１）。図７は、建築物の架構体の斜視図である。この工程Ｓ１１では、例えば、図２及び図３に示した建築物Ｂの柱３、大梁７、水平架構面９及び屋根１０の形状や配置位置が、コンピュータ１に入力される。なお、この工程Ｓ１１では、最適解が計算される小梁８（図２及び図３に示す）は入力されない。
【００３１】
図７に示されるように、柱３及び大梁７は、予め定められた水平モジュール又は垂直モジュールを基準として、その配置や長さ等が設定されている。また、柱３及び大梁７は、例えば、ボルトがモデル化されたピン１６により固定される。これにより、小梁８（図２に示す）を除いた架構体２及び水平架構面９が設定される。さらに、本実施形態の大梁７は、その長手方向がＸ軸方向、又は、Ｙ軸方向に沿って配置されている。
【００３２】
また、柱３及び大梁７には、例えば、それらの断面形状や、断面２次モーメント等の構造計算に必要なパラメータが設定されている。このような柱３及び大梁７の配置等やパラメータは、いずれも数値データとして、コンピュータ１に記憶される。
【００３３】
本実施形態の水平架構面９は、屋根１０（図３に示す）を支持する第１水平架構面９ａ〜第４水平架構面９ｄと、二階の床を支持する第５水平架構面９ｅ〜第８水平架構面９ｈとを含んでいる。
【００３４】
図８（ａ）は、小梁８を省いた第１水平架構面９ａの平面図、図８（ｂ）は、小梁８が配置された第１水平架構面９ａの平面図である。図８（ａ）に第１水平架構面９ａが代表して示されるように、各水平架構面９ａ〜９ｈには、水平モジュールに準じて、等間隔に配された複数の節点１７が定義されている。このような各水平架構面９ａ〜９ｈは、コンピュータ１に記憶される。
【００３５】
屋根１０（図３に示す）は、柱３及び梁４と同様に、水平モジュール又は垂直モジュールを基準として、その配置や形状が設定されている。このような屋根１０の配置等は、数値データとして、コンピュータ１に記憶される。
【００３６】
次に、本実施形態では、建築物Ｂ（図２に示す）の荷重条件が、コンピュータ１に入力される（工程Ｓ１２）。荷重条件は、建築物Ｂに作用する外力に関する情報である。荷重条件は、建築物Ｂの各種仕様、例えば、外壁仕様、床仕様、屋根葺材、耐火仕様、耐震等級又は耐風等級などに基づいて入力される。このような荷重条件も数値データであり、コンピュータ１に記憶される。
【００３７】
建築物基本情報は、一般的なＣＡＤや一貫構造計算システム等のソフトウェアを用いて設定することができる。本実施形態では、二階建ての建築物Ｂが一例として示されたが、例えば、一階建てや、三階建て以上のものでも良い。
【００３８】
次に、コンピュータ１に、小梁８を架構体２に配置するための設計制約条件が入力される（工程Ｓ２）。本実施形態の設計制約条件としては、図８（ａ）に示されるように、各水平架構面９ａ〜９ｈにおいて、小梁８の向き及び固定可能位置が含まれる。
【００３９】
図８（ｂ）に示されるように、本実施形態の小梁８の向きとしては、その長手方向を基準として定義される。この長手方向は、図において、Ｘ軸方向、又は、Ｙ軸方向に限定される。なお、長手方向は、このような態様に限定されるわけではなく、例えば、Ｘ軸方向の成分と、Ｙ軸方向の成分とを含む任意の方向に限定されてもよい。
【００４０】
本実施形態の小梁８の固定可能位置としては、水平モジュールに準じて定義された節点１７を基準に配置される。小梁８の両端８ｔ、８ｔ（図４に示す）は、大梁７又は小梁８に定義される節点１７に当接するように配置される。なお、大梁７又は小梁８の勝ち負けは、図において、「●」が勝ちを示し、「○」が負けを示している。
【００４１】
さらに、設計制約条件には、各水平架構面９ａ〜９ｈに配置される小梁８の本数の上限値が含まれている。この上限値は、各水平架構面９ａ〜９ｈに配置可能な小梁８の最大本数以下に設定される。また、上限値は、架構体２に必要な強度や、コスト等の諸条件に応じて、任意に設定することができる。本実施形態の上限値には、例えば「７」が設定される。
【００４２】
図８（ａ）に示されるように、設計制約条件には、小梁８の配置予定位置２１が含まれている。配置予定位置２１は、建築物Ｂ（図２に示す）の構造に基づき、各水平架構面９ａ〜９ｈにおいて、小梁８が必要とされる位置である。このような配置予定位置２１に基づいて、小梁８の配置パターンが生成されることにより、配置予定位置２１を通る小梁８（図８（ｂ）に示す）を必ず含ませることができる。なお、配置予定位置２１を通る小梁８は、小梁８が配置予定位置２１の全域に配置されればよく、例えば、小梁８が配置予定位置２１からはみ出して配置されてもよい。
【００４３】
配置予定位置２１は、各水平架構面９ａ〜９ｈの各節点１７を基準に設定される。本実施形態の配置予定位置２１は、各水平架構面９ａ〜９ｈに定義される配置予定直線２１ａと、配置予定点２１ｂとが含まれる。
【００４４】
配置予定直線２１ａは、各水平架構面９ａ〜９ｈにおいて、少なくとも２つの座標値（本実施形態では、２つの座標値）で特定される。この座標値は、配置予定直線２１ａの両端が配置される節点１７、１７の座標値である。このような配置予定直線２１ａは、例えば、開口部１１（図３に示す）の周囲や手摺（図示省略）の配置位置に設定される。本実施形態の配置予定直線２１ａは、開口部１１の周囲の少なくとも一部に設定され、開口予定位置２２として定義されている。この開口予定位置２２は、水平架構面９ａ〜９ｈ毎に設定される。
【００４５】
開口予定位置２２は、例えば、第１水平架構面９ａにおいて、開口部１１の第１辺１１ａ（図３に示す）の位置を定義する第１開口予定位置２２ａ、第２辺１１ｂ（図３に示す）の位置を定義する第２開口予定位置２２ｂ、第３辺１１ｃ（図３に示す）の位置を定義する第３開口予定位置２２ｃ、及び、第４辺１１ｄ（図３に示す）の位置を定義する第４開口予定位置２２ｄが含まれる。
【００４６】
配置予定点２１ｂは、各水平架構面９ａ〜９ｈにおいて、１つの節点１７の座標値で特定される。このような配置予定点２１ｂは、例えば、小屋束１２を支える位置や、太陽光パネル設置用架台の支柱位置（フラット屋根の場合）等に設定される。本実施形態の配置予定点２１ｂは、小屋束１２を支える位置に設定され、小屋束予定位置２３として定義される。この小屋束予定位置２３は、水平架構面９ａ〜９ｈ毎に設定される。
【００４７】
小屋束予定位置２３は、例えば、第１水平架構面９ａにおいて、図３に示した第１小屋束１２ａの配置位置を定義する第１小屋束予定位置２３ａが含まれる。これらの設計制約条件は、コンピュータ１に記憶される。
【００４８】
次に、コンピュータ１が、設計制約条件に基づいて、染色体情報の複数種類からなる集団を生成する（集団生成工程Ｓ３）。染色体情報は、小梁８（図４に示す）の配置を特定するための数値情報である。図９は、染色体情報の複数種類からなる集団の概念図、図１０は、第１水平架構面９ａの第１情報部分及び第２情報部分の一例を示す概念図である。また、図１１は、本実施形態の集団生成工程Ｓ３の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【００４９】
本実施形態の集団生成工程Ｓ３では、先ず、コンピュータ１に、小梁８（図８（ｂ）に示す）が定義される（工程Ｓ３１）。小梁８は、断面形状や、断面２次モーメント等が定義された数値データである。このような数値データは、コンピュータ１に記憶される。
【００５０】
次に、コンピュータ１に、染色体情報が定義される（工程Ｓ３２）。図９に示されるように、各染色体情報２６は、水平架構面９ａ〜９ｈ毎に、配置予定位置２１を通る第１小梁２９（図８（ｂ）に示す）を定義するための第１情報部分２７と、配置予定位置２１とは無関係に定義される第２小梁３０（図８（ｂ）に示す）を定義するための第２情報部分２８とを含んでいる。このような染色体情報２６が複数種類設定されることによって、集団３１が生成される。
【００５１】
第１情報部分２７には、各第１小梁２９の配置を定義する第１小梁遺伝子が格納可能な第１小梁遺伝子座３３が設定される。第１小梁遺伝子座３３は、各水平架構面９ａ〜９ｈにおいて、１本の第１小梁２９（図８（ｂ）に示す）毎に割り当てられる。
【００５２】
図８（ｂ）に示されるように、本実施形態の第１小梁２９は、例えば、第１水平架構面９ａにおいて、第１開口予定位置２２ａ（図８（ａ）に示す）を通る第１開口小梁２９ａと、第２開口予定位置２２ｂ（図８（ａ）に示す）を通る第２開口小梁２９ｂと、第３開口予定位置２２ｃ（図８（ａ）に示す）を通る第３開口小梁２９ｃと、第４開口予定位置２２ｄ（図８（ａ）に示す）を通る第４開口小梁２９ｄとが含まれる。さらに、第１小梁２９は、第１小屋束予定位置２３ａ（図８（ａ）に示す）を通る第１小屋束小梁２９ｅが含まれる。従って、図１０に示されるように、第１水平架構面９ａの第１情報部分２７は、第１開口小梁２９ａ〜第４開口小梁２９ｄ、及び、第１小屋束小梁２９ｅが割り当てられた５個の第１小梁遺伝子座３３が定義される。
【００５３】
本実施形態の第１小梁遺伝子は、第１小梁２９（図８（ｂ）に示す）が配置される順番を示す順番情報と、第１小梁２９の位置が予め指定された配置情報と、第１小梁２９の向きを示す方向情報とが含まれている。従って、各第１小梁遺伝子座３３は、順番情報を格納可能な順番遺伝子座３３ａと、配置情報を格納可能な配置遺伝子座３３ｂと、方向情報を格納可能な方向遺伝子座３３ｃとが設定される。このような第１情報部分２７は、コンピュータ１に記憶される。
【００５４】
第２情報部分２８は、１本の第２小梁３０（図８（ａ）に示す）毎に、第２小梁遺伝子が設定される。従って、第２情報部分２８には、第２小梁遺伝子が格納される少なくとも一つの第２小梁遺伝子座３４が設定される。
【００５５】
第２小梁遺伝子座３４は、各水平架構面９ａ〜９ｈ（図７に示す）において、設計制約条件で設定された小梁８の本数の上限値（本実施形態では、７個）と、第１情報部分２７の第１小梁遺伝子座３３の個数（本実施形態では５個）との差と同一の個数分（本実施形態では、２個）のみ作成される。これにより、染色体情報２６は、各水平架構面９ａ〜９ｈにおいて、第１小梁遺伝子座３３と、第２小梁遺伝子座３４とを合わせて、設計制約条件で設定された小梁８の本数の上限値分の遺伝子座を設定することができる。
【００５６】
本実施形態の第２小梁遺伝子は、第２小梁３０が配置される順番を示す順番情報と、第２小梁３０が配置される水平架構面９又は小架構面１３を特定する架構面情報と、第２小梁３０の向きを示す方向情報と、第２小梁３０の位置を特定する配置情報とが含まれる。このため、第２小梁遺伝子座３４は、順番情報を格納可能な順番遺伝子座３４ａと、架構面情報を格納可能な架構面遺伝子座３４ｂと、方向情報を格納可能な方向遺伝子座３４ｃと、配置情報を格納可能な配置遺伝子座３４ｄとが含まれる。このような第２情報部分２８は、コンピュータ１に記憶される。
【００５７】
次に、コンピュータ１が、染色体情報２６の第１情報部分２７に、第１小梁遺伝子を格納する（工程Ｓ３３）。第１小梁遺伝子は、上述のとおり、順番遺伝子座３３ａに格納される順番情報、配置遺伝子座３３ｂに格納される配置情報、及び、方向遺伝子座３３ｃに格納される方向情報が含まれている。
【００５８】
順番情報は、各水平架構面９ａ〜９ｈ（図７に示す）において、第１小梁２９（図８（ｂ）に示す）が配置される順番を示すものである。図１０に示されるように、本実施形態の順番情報は、各水平架構面９ａ〜９ｈにおいて、第１情報部分２７で定義される第１小梁２９、及び、第２情報部分２８で定義される第２小梁３０（図８（ｂ）に示す）を含めた順番が定義される。本実施形態では、設計制約条件で定義された小梁８の本数の上限値が「７」であるため、順番情報は、１〜７の整数で定義される。なお、順番情報の数値が小さい順から、第１小梁２９又は第２小梁３０が配置される。本実施形態の順番情報は、乱数関数に従ってランダムに決定され、順番遺伝子座３３ａに格納される。
【００５９】
配置情報は、第１小梁２９の位置を予め指定するものである。図８（ａ）に示されるように、本実施形態の配置情報は、設計制約条件で定義された小梁８の配置予定位置２１である。図１０に示されるように、第１水平架構面９ａにおいて、本実施形態の第１開口小梁２９ａ〜第４開口小梁２９ｄの配置遺伝子座３３ｂには、第１開口予定位置２２ａ〜第４開口予定位置２２ｄの両端の節点１７、１７（図８（ａ）に示す）の座標値が設定される。第１小屋束小梁２９ｅの配置遺伝子座３３ｂには、第１小屋束１２ａの一つの節点１７（図８（ａ）に示す）の座標値が設定される。このような配置情報により、第１小梁２９が配置される配置予定位置２１が指定される。これらの配置情報は、第１開口小梁２９ａ〜第４開口小梁２９ｄ、及び、第１小屋束小梁２９ｅ毎に、コンピュータ１によって一意に定義される。本実施形態の配置情報の詳細は、次のとおりである。
Ａ：第１開口予定位置の両端の節点の座標値
Ｂ：第２開口予定位置の両端の節点の座標値
Ｃ：第３開口予定位置の両端の節点の座標値
Ｄ：第４開口予定位置の両端の節点の座標値
Ｅ：第１小屋束予定位置の節点の座標値
【００６０】
方向情報は、第１小梁２９の向きを示すものである。本実施形態の方向情報は、第１小梁２９の長手方向の向きが定義される。また、方向情報は、少なくとも一桁の文字又は数値、本実施形態では少なくとも一桁の数値で定義される。本実施形態の方向情報がとり得る各数値は１又は２であり、詳細は次のとおりである。
１：Ｘ軸方向と平行
２：Ｙ軸方向と平行
【００６１】
なお、第１水平架構面９ａにおいて、第１開口小梁２９ａ〜第４開口小梁２９ｄの方向情報は、第１開口予定位置２２ａ〜第４開口予定位置２２ｄ（図８（ａ）に示す）の配置情報に基づいて、一意に定められる。
【００６２】
一方、第１小屋束小梁２９ｅの方向情報は、第１小屋束予定位置２３ａ（図８（ａ）に示す）が一つの節点１７からなるため、第１小屋束小梁２９ｅの方向が一意に定まらない。従って、第１小屋束小梁２９ｅの方向情報は、乱数関数に従ってランダムに決定される。
【００６３】
次に、コンピュータ１が、染色体情報２６の第２情報部分２８に、第２小梁遺伝子を格納する（工程Ｓ３４）。図１０に示されるように、第２小梁遺伝子は、順番遺伝子座３４ａに格納される順番情報、架構面遺伝子座３４ｂに格納される架構面情報、方向遺伝子座３４ｃに格納される方向情報、及び、配置遺伝子座３４ｄに格納される配置情報が含まれている。
【００６４】
順番情報は、各水平架構面９ａ〜９ｈ（図７に示す）において、第２小梁３０（図８（ｂ）に示す）が配置される順番を示すものである。本実施形態の順番情報は、第１小梁遺伝子の順番情報と同様に、各水平架構面９ａ〜９ｈにおいて、第１小梁２９及び第２小梁３０を含めた順番が定義される。第２小梁３０の順番は、第１情報部分２７で使用されている第１小梁２９の順番（本実施形態では、２、３、４、５及び７）を除いて割り当てられる。これにより、第１小梁２９の順番と、第２小梁３０の順番とが重複するのを防ぐことができる。なお、第２小梁３０の順番情報は、第２小梁３０が複数存在する場合、乱数関数に従ってランダムに決定されるのが望ましい。
【００６５】
架構面情報は、各水平架構面９ａ〜９ｈ（図７に示す）において、第２小梁３０が配置される水平架構面９又は小架構面１３（図４（ａ）、（ｂ）に示す）を特定するものである。本実施形態の架構面情報は、最後の小梁８（７本目の小梁８）が配置されることによって区分される小架構面１３（本実施形態では第８小架構面（図示省略））を除いて定義される。本実施形態の架構面情報は、例えば次のとおりである。
０：第２小梁の配置なし
１：水平架構面又は第１小架構面
２：第２小架構面
３：第３小架構面
４：第４小架構面
５：第５小架構面
６：第６小架構面
７：第７小架構面
【００６６】
図１２は、小梁８が配置されていない水平架構面９を示す平面図である。例えば、架構面遺伝子座３４ｂの架構面情報が「１」の場合、第２小梁３０は、水平架構面９に配置される。一方、架構面情報が「０」の場合、第２小梁３０は、水平架構面９に配置されない。
【００６７】
図１３（ａ）、（ｂ）は、小梁８が一本配置された水平架構面９の平面図である。この第１水平架構面９ａには、第１小架構面１３ａ及び第２小架構面１３ｂが形成されている。図１３（ａ）に示されるように、架構面遺伝子座３４ｂの架構面情報が「１」の場合、第２小梁３０は、第１小架構面１３ａに配置される。図１３（ｂ）に示されるように、架構面情報が「２」の場合、第２小梁３０は、第２小架構面１３ｂに配置される。
【００６８】
本実施形態では、架構面情報が、該当する小架構面１３が存在しない「３」以上の場合、例えば、水平架構面９に区分されている小架構面１３のうち、最後に区分された小架構面１３（本実施形態では、第２小架構面１３ｂ）に、第２小梁３０が配置される。なお、このような態様に限定されるわけではなく、例えば、架構面情報の数値に基づいて、第１小架構面１３ａから最後の小架構面１３（本実施形態では、第２小架構面１３ｂ）までの間で巡回させて、第２小梁３０が配置される小架構面１３が決定されてもよい。例えば、架構面情報が「３」の場合は、１番目の第１小架構面１３ａ、及び、２番目の第２小架構面１３ｂを経て、３番目の第１小架構面１３ａに第２小梁３０が配置される。
【００６９】
このように、架構面情報は、第２小梁３０が配置される水平架構面９又は小架構面１３を特定することができる。本実施形態の架構面情報は、上記の架構面情報０〜７から、乱数関数に従ってランダムに決定される。
【００７０】
方向情報は、第２小梁３０の向きを示すものである。本実施形態の方向情報は、第１小梁遺伝子の方向情報と同様に、第２小梁３０の長手方向の向きが定義される。本実施形態の方向情報がとり得る各数値は１又は２であり、詳細は次のとおりである。なお、方向情報は、乱数関数に従ってランダムに決定される。
１：Ｘ軸方向と平行
２：Ｙ軸方向と平行
【００７１】
配置情報は、第２小梁３０の位置を特定するものである。図１２に示されるように、本実施形態の第２小梁３０の位置は、一対の端部８ｔ、８ｔのうち、水平架構面９の基準点１５ａに最も近い端部（以下、単に「基準端部」ということがある。）１８に基づいて設定される。配置情報は、第２小梁３０が配置される水平架構面９又は小架構面１３（図１３に示す）において、基準端部１８が当接する辺３５の長さＬ２と、基準点１５ａと第２小梁３０の基準端部１８との距離Ｌ１との比（Ｌ１／Ｌ２）で定義される。従って、配置情報がとりうる数値は、０．００〜１．００である。なお、配置情報は、乱数関数に従って、ランダムに決定される。
【００７２】
例えば、架構面遺伝子座３４ｂの架構面情報が「１」、方向遺伝子座３４ｃの方向情報が「２」、及び、配置遺伝子座３４ｄの配置情報が「０．３５」の場合、第２小梁３０の基準端部１８の位置は、基準端部１８が当接する辺３５（Ｘ軸方向）の長さＬ２に対して、水平架構面９の基準点１５ａからの距離Ｌ１（Ｘ軸方向）が０．３５近傍の節点１７で定義される。
【００７３】
図１３（ｂ）に示されるように、例えば、架構面遺伝子座３４ｂの架構面情報が「２」、方向遺伝子座３４ｃの方向情報が「１」、及び、配置遺伝子座３４ｄの配置情報が「０．６５」の場合、第２小梁３０の基準端部１８の位置は、基準端部１８が当接する辺３５（Ｙ軸方向）の長さＬ２に対して、第２小架構面１３ｂの左下側の頂点である基準点１５ｂからの距離Ｌ１（Ｙ軸方向）が０．６５近傍の節点１７で定義される。
【００７４】
このように、本実施形態の配置情報は、第２小梁３０の基準端部１８の固定位置を定義することができる。従って、第２小梁３０の配置は、架構面情報、方向情報及び配置情報によって定義される。
【００７５】
また、架構面遺伝子座３４ｂの架構面情報が「０」の場合、当該第２小梁３０が配置されないため、配置遺伝子座３４ｄの配置情報には、例えば、他の位置情報と区別する記号（例えば、「＊」等）が入力されてもよい。
【００７６】
なお、本実施形態の配置情報は、第２小梁３０が、開口部１１（図８（ｂ）に示す）の内部を横切って配置されない値が設定されるまで、生成が繰り返されるのが望ましい。これにより、開口部１１の内部を横切る第２小梁３０が設定されるのを防ぐことができる。
【００７７】
図１０に示されるように、本実施形態の第１水平架構面９ａでは、順番遺伝子座３４ａに格納される順番情報が「１」の１本目の第２小梁３０から配置される。図１４は、１本目の第２小梁３０の配置を説明する平面図である。順番情報が「１」の第２小梁３０は、架構面遺伝子座３４ｂの架構面情報が「１」、及び、方向遺伝子座３４ｃの方向情報が「２」である。このため、第２小梁３０は、第１水平架構面９ａにおいて、その長手方向がＹ軸と平行に配置される。また、配置遺伝子座３４ｄの配置情報は、「０．３５」である。このため、第２小梁３０の基準端部１８の位置は、基準端部１８が当接する辺３５（Ｘ軸方向）の長さＬ２に対して、水平架構面９の基準点１５ａからの距離Ｌ１（Ｘ軸方向）が０．３５近傍の位置に配される節点１７で定義される。これにより、順番情報が「１」の第２小梁３０の配置が定義される。なお、設計制約条件により、小梁８の両端８ｔ、８ｔは、大梁７又は小梁８に当接することが決められている。このため、第２小梁３０の他端は、基準端部１８のＹ軸方向の延長線上に配置される大梁７に当接する。
【００７８】
次に、図１０に示されるように、順番遺伝子座３３ａに格納される順番情報が「２」の第１小梁２９（第１開口小梁２９ａ）が配置される。図１５は、第１開口小梁２９ａの配置を説明する平面図である。第１開口小梁２９ａは、配置遺伝子座３３ｂの配置情報が「Ａ」、及び、方向遺伝子座３３ｃの方向情報が「１」である。このため、第１開口小梁２９ａは、第１開口予定位置２２ａに沿って配置される。また、第１開口小梁２９ａの両端は、第１開口予定位置２２ａのＸ軸方向の延長線上に配置される第２小梁３０、及び、大梁７に当接するように、第１開口予定位置２２ａからＸ軸方向にはみ出して配置される。
【００７９】
次に、図１０に示されるように、順番遺伝子座３３ａに格納される順番情報が「３」の第１小梁２９（第１小屋束小梁２９ｅ）が配置される。図１６は、第１小屋束小梁２９ｅの配置を説明する平面図である。第１小屋束小梁２９ｅは、配置遺伝子座３３ｂの配置情報が「Ｅ」、及び、方向遺伝子座３３ｃの方向情報が「１」である。このため、第１小屋束小梁２９ｅは、第１小屋束予定位置２３ａを通り、かつ、その長手方向がＸ軸と平行に配置される。また、第１小屋束小梁２９ｅの両端は、第１小屋束予定位置２３ａのＸ軸方向の延長線上に配置される第２小梁３０、及び、大梁７に当接するように、第１小屋束予定位置２３ａからはみ出して配置される。
【００８０】
次に、図１０に示されるように、順番遺伝子座３３ａに格納される順番情報が「４」の第１小梁２９（第３開口小梁２９ｃ）が配置される。図１７は、第３開口小梁２９ｃの配置を説明する平面図である。第３開口小梁２９ｃは、配置遺伝子座３３ｂの配置情報が「Ｃ」、及び、方向遺伝子座３３ｃの方向情報が「２」である。このため、第３開口小梁２９ｃは、第３開口予定位置２２ｃに沿って配置される。また、第３開口小梁２９ｃの両端は、第３開口予定位置２２ｃのＹ軸方向の延長線上に配置される大梁７、及び、第１開口小梁２９ａに当接するように、第３開口予定位置２２ｃからはみ出して配置されている。
【００８１】
次に、図１０に示されるように、順番遺伝子座３３ａに格納される順番情報が「５」の第１小梁２９（第２開口小梁２９ｂ）が配置される。図１８は、第２開口小梁２９ｂの配置を説明する平面図である。第２開口小梁２９ｂは、配置遺伝子座３３ｂの配置情報が「Ｂ」、及び、方向遺伝子座３３ｃの方向情報が「１」であるため、第２開口予定位置２２ｂに沿って配置される。また、第２開口小梁２９ｂの両端は、第２開口予定位置２２ｂのＸ軸方向の延長線上に配置される大梁７、及び、第３開口小梁２９ｃに当接するように、第２開口予定位置２２ｂからはみ出して配置されている。
【００８２】
次に、図１０に示されるように、順番遺伝子座３４ａに格納される順番情報が「６」の２本目の第２小梁３０が配置される。図１９は、２本目の第２小梁３０の配置を説明する平面図である。順番情報が「６」の第２小梁３０は、架構面遺伝子座３４ｂの架構面情報が「４」、及び、方向遺伝子座３４ｃの方向情報が「１」である。このため、第２小梁３０は、第４小架構面１３ｄにおいて、その長手方向がＸ軸と平行に配置される。また、配置遺伝子座３４ｄの配置情報は、「０．６」である。このため、第２小梁３０の基準端部１８の位置は、基準端部１８が当接する辺３５（Ｙ軸方向）の長さＬ２に対して、第４小架構面１３ｄの基準点１５ｂからの距離Ｌ１（Ｙ軸方向）が０．６の位置に配される節点１７で定義される。これにより、順番情報が「６」の第２小梁３０の配置が定義される。また、順番情報が「６」の第２小梁３０の他端は、基準端部１８のＸ軸方向の延長線上に配置される順番情報が「１」の第２小梁３０に当接する。
【００８３】
次に、図１０に示されるように、順番遺伝子座３３ａに格納される順番情報が「７」の第１小梁２９（第４開口小梁２９ｄ）が配置される。図２０は、第４開口小梁２９ｄの配置を説明する平面図である。第４開口小梁２９ｄは、配置遺伝子座３３ｂの配置情報が「Ｄ」、及び、方向遺伝子座３３ｃの方向情報が「２」であるため、第４開口予定位置２２ｄに沿って配置される。また、第４開口小梁２９ｄの両端は、第１開口小梁２９ａ及び第２開口小梁２９ｂに当接して配置されている。
【００８４】
これにより、第１水平架構面９ａの第１情報部分２７及び第２情報部分２８は、第１水平架構面９ａの小梁８の配置（図８（ｂ）に示す）を定義することができる。なお、このようなデコード処理は、次の最適化計算工程Ｓ４の計算工程Ｓ４１において実施される。さらに、工程Ｓ３３及び工程Ｓ３４では、第１水平架構面９ａと同様に、各水平架構面９ｂ〜９ｈにおいて、第１情報部分２７及び第２情報部分２８が設定される。これにより、各染色体情報２６は、各水平架構面９ａ〜９ｈにおいて、小梁８がそれぞれ配置された一つの架構体２（設計サンプル）を特定することができる。集団生成工程Ｓ３では、このような染色体情報２６が複数種類形成される。これにより、複数種類の染色体情報２６からなる集団３１が生成される。
【００８５】
また、本実施形態の工程Ｓ３３及び工程Ｓ３４では、第１情報部分２７の順番情報、及び、配置予定点２１ｂに対応する方向情報、並びに、第２情報部分２８の順番情報、方向情報、架構面情報、及び、配置情報が、コンピュータ１によってランダムに設定されるため、様々なバリエーションの染色体情報２６を容易に設定することができる。このような染色体情報２６からなる集団は、数値データとして、コンピュータ１に記憶される。
【００８６】
なお、本実施形態では、第１小梁２９又は第２小梁３０が重複しない場合が例示されたが、例えば、第１小梁２９又は第２小梁３０が重複する場合、後に配置される第１小梁２９又は第２小梁３０の配置が無視される。これにより、第１小梁２９又は第２小梁３０が重複する配置が排除される。
【００８７】
本実施形態の集団生成工程Ｓ３では、第１情報部分２７を定義する工程Ｓ３３により、配置予定位置２１を通る小梁８（図８（ｂ）に示す）が必ず含まれるように染色体情報２６が生成される。これにより、本発明の設計方法では、配置予定位置２１に小梁８が配置されていない望ましくない配置パターンを定義した染色体情報２６を防ぐことができる。このような望ましくない配置パターンは、小梁８の配置の最適解から除外されるものである。従って、本発明の設計方法では、次の最適化計算工程Ｓ４において、計算効率の低下を防ぐことができ、小梁８の配置の最適解を、短時間で求めることができる。
【００８８】
次に、コンピュータ１が、集団３１を用いて、小梁８（図８（ｂ）に示す）の配置の最適解を、遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）に基づいて計算する（最適化計算工程Ｓ４）。
【００８９】
遺伝的アルゴリズムは、生物が環境に適応して進化していく過程を、工学的に模倣した学習的アルゴリズムである。この遺伝的アルゴリズムでは、遺伝子で表現した複数の染色体情報に対して、交叉、又は突然変異等の遺伝子操作を繰り返す。これにより、遺伝的アルゴリズムでは、少ないサンプルから、染色体情報を時系列的に進化させて、最適解を短時間で得ることができる。図２１は、本実施形態の最適化計算工程Ｓ４の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【００９０】
本実施形態の最適化計算工程Ｓ４では、先ず、集団３１の各染色体情報２６に基づいて、架構体２の第１目標変数及び第２目標変数が計算される（計算工程Ｓ４１）。
【００９１】
図２２は、第１目標変数及び第２目標変数の計算結果を示す線図である。本実施形態の第１目標変数は、架構体２の概算のコストである。このコストは、例えば、染色体情報２６に設定される小梁８（図４に示す）の重量に、該小梁８の単位重量当たりの単価を乗じて合算する方法や、小梁８毎に、データベース化された部材価格に基づいて合算する方法等により計算される。
【００９２】
また、第１目標変数は、数値が小さいほど良好である。さらに、第１目標変数の許容範囲は、例えば、目標コストの１．１０倍以下である。目標コストは、例えば、建築物Ｂの予算等に基づいて、適宜設定される。このような第１目標変数は、染色体情報２６毎に計算され、コンピュータ１に記憶される。
【００９３】
第２目標変数は、染色体情報で定義される架構体２の設計制約条件への適応度である。この適応度は、例えば、架構体２の強度等の設計制約条件への違反数や、違反度合いに基づいて計算される。なお、第２目標変数と、第１目標変数とは、互いに独立した変数である。
【００９４】
架構体の強度は、例えば、建築基準法で指定されている保有水平耐力計算（所謂ルート３計算）等によって求められる。この第２目標変数は、数値が高い程良好であり、１．０以上であれば、架構体２に求められる条件を満足する。このような第２目標変数は、染色体情報２６（図１０に示す）毎に計算され、コンピュータ１に記憶される。なお、適応度が１．０未満である場合は、架構体２のコストである第１目標変数に、ペナルティとして数値を加算しても良い。
【００９５】
次に、コンピュータ１が、第１目標変数及び第２目標変数をともに満足する少なくとも一つの染色体情報２６（以下、単に「最適解」ということがある）が存在するか否かを判断する（判断工程Ｓ４２）。本実施形態の判断工程Ｓ４２では、集団３１を構成する全ての染色体情報２６のうち、最適解が存在すると判断された場合、次の製造工程Ｓ５が実行される。
【００９６】
一方、最適解が存在しないと判断された場合は、コンピュータ１が、少なくとも一部の染色体情報２６に対して、交叉及び突然変異等の遺伝子操作を行い、染色体情報２６を再構成する（遺伝子操作工程Ｓ４３）。そして、再構成した染色体情報２６に基づいて、計算工程Ｓ４１及び判断工程Ｓ４２が再度実行される。これにより、最適化計算工程Ｓ４では、最適解を確実に得ることができる。
【００９７】
本実施形態の判断工程Ｓ４２では、最適解が存在するか否かのみが判断されたが、これに限定されるわけではない。例えば、判断工程Ｓ４２では、上記の条件に加え、第１目標変数で表される架構体２のコストが最も低い染色体情報２６が、複数回（例えば、５〜１５回）更新されない場合にのみ、次の製造工程Ｓ５が実行されるものでもよい。
【００９８】
図２３は、本実施形態の遺伝子操作工程Ｓ４３の処理手順の一例を示すフローチャートである。本実施形態の遺伝子操作工程Ｓ４３では、先ず、図２２に示されるように、コンピュータ１が、集団３１に属する複数の染色体情報２６を、第１目標変数で表される架構体２のコストが低い順に順位付けする（工程Ｓ４３１）。
【００９９】
次に、コンピュータ１が、各染色体情報２６を、エリート群４１と、非エリート群４２とに分類する（工程Ｓ４３２）。エリート群４１は、集団３１に属する全ての染色体情報２６のうち、最適化度が相対的に高い染色体情報２６から構成される。一方、非エリート群４２は、エリート群４１の染色体情報２６よりも最適化度が低い染色体情報２６から構成される。エリート群４１の割合は、適宜設定することができるが、例えば、集団３１（図１０に示す）を構成する全ての染色体情報２６の５〜２０％程度のものと定めてもよい。
【０１００】
次に、コンピュータ１が、次の計算工程Ｓ４１で用いる染色体情報２６の新たな集団３１を生成する（次世代集団生成工程Ｓ４３３）。図２４は、本実施形態の次世代集団生成工程Ｓ４３３の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【０１０１】
次世代集団生成工程Ｓ４３３では、先ず、コンピュータ１が、エリート群４１の染色体情報２６を、交叉又は突然変異させることなく、新たな集団３１に含める（工程Ｓ７１）。これにより、計算工程Ｓ４１では、エリート群４１の染色体情報２６が含まれるため、最適解から遠ざかるのを防ぐことができる。このエリート群４１の染色体情報２６は、新たな集団３１を構成する染色体情報２６として、コンピュータ１に記憶される。
【０１０２】
次に、コンピュータ１が、図１０に示した集団３１を構成する一部の染色体情報２６を対象に交叉を実施する（交叉工程Ｓ７２）。図２５（ａ）は、交叉前の染色体情報を示す概念図、図２５（ｂ）は交叉後の染色体情報を示す概念図である。
【０１０３】
本実施形態の交叉工程Ｓ７２では、例えば、一対の染色体情報２６ａ、２６ｂ間において、二つの交叉点４３、４３で挟まれた第１小梁遺伝子座３３又は第２小梁遺伝子座３４（図示省略）に格納されている第１小梁遺伝子又は第２小梁遺伝子が入れ替えられる。このような交叉は、一対の染色体情報２６ａ、２６ｂ間において、同一の小梁８（例えば、第２開口小梁２９ｂ）を定義する第１小梁遺伝子又は第２小梁遺伝子同士を入れ替えることができる。従って、交叉は、第１小梁遺伝子及び第２小梁遺伝子を改めて設定することなく、染色体情報２６を容易に再構成することができる。この再構成された染色体情報２６は、新たな集団３１を構成する染色体情報２６として、コンピュータ１に記憶される。なお、交叉点４３、４３は、コンピュータ１によってランダムに設定されるのが望ましい。
【０１０４】
本実施形態において、交叉は、二つの交叉点４３、４３で挟まれた第１小梁遺伝子又は第２小梁遺伝子を入れ換える二点交叉である場合が例示されたが、これに限定されるわけではない。交叉としては、例えば、一点交叉、多点交叉、又は一様交叉などでもよく、これらを組み合わせて実施されるものでもよい。
【０１０５】
次に、コンピュータ１が、図１０に示した集団３１を構成する一部の染色体情報２６を対象に突然変異を実施する（突然変異工程Ｓ７３）。本実施形態の工程Ｓ７３では、第１小梁遺伝子座３３において、順番情報、及び、方向情報（第１小屋束小梁２９ｅのみ）を対象に、突然変異が実施される。また、第２小梁遺伝子座３４においては、順番情報、架構面情報、方向情報、及び、配置情報を対象に突然変異が実施される。なお、第１小梁遺伝子座３３の配置情報、及び、第１開口小梁２９ａ〜第４開口小梁２９ｄの方向情報については、各遺伝子座３３に固定され、突然変異が実施されない。これにより、工程Ｓ７３では、配置予定位置２１を通らない小梁８の配置が定義されるのを防ぐことができる。
【０１０６】
図２６は、突然変異を説明する概念図である。本実施形態では、先ず、各染色体情報２６において、第１小屋束小梁２９ｅの方向遺伝子座３３ｃ、第２小梁遺伝子座３４の架構面遺伝子座３４ｂ、方向遺伝子座３４ｃ、又は、配置遺伝子座３４ｄがランダムに選択される。次に、選択された方向遺伝子座３３ｃ、架構面遺伝子座３４ｂ、方向遺伝子座３４ｃ、又は、配置遺伝子座３４ｄに格納された方向情報、架構面情報、又は、配置情報が、それらが取りうる全ての数値からランダムに選択された数値に置換される。
【０１０７】
第１小梁遺伝子座３３及び第２小梁遺伝子座３４の各順番情報については、例えば、巡回セールスマン問題（ Traveling Salesman Problem : TSP ）等において代表的に適用される Grefenstette らによる手法に基づいて、突然変異が実施される。これにより、重複や欠落等の整合性がない順番情報が格納されるのを防ぎつつ、第１小梁遺伝子座３３及び第２小梁遺伝子座３４間で、順番情報をランダムに設定することができる。なお、 Grefenstette らによる手法の具体的な手順については、例えば、文献（ システム制御情報学会編、「遺伝アルゴリズムと最適化」、第４刷、株式会社朝倉書店、２００４年、Ｐ３７−Ｐ３９）の記載に基づいて実施することができる。
【０１０８】
このような突然変異は、交叉とは異なり、集団３１を構成する各染色体情報２６に定義されている順番情報、架構面情報、方向情報、又は、配置情報に限定されることなく、新たな順番情報、架構面情報、方向情報、又は、配置情報を用いて、染色体情報２６を再構成することができる。従って、突然変異は、局所的な最適解に陥ることを防ぎうる。この再構成された染色体情報２６は、新たな集団３１を構成する染色体情報２６として、コンピュータ１に記憶される。
【０１０９】
このように、本実施形態の最適化計算工程Ｓ４では、図２２に示されるように、第１目標変数及び第２目標変数の最適化度が高いエリート群４１の染色体情報２６を残しつつ、残りの染色体情報２６を再構成し、新たな進化を試みることができる。これにより、本発明の設計方法では、少ないサンプルで、小梁８（図８（ｂ）に示す）の配置を進化させることができる。従って、本発明の設計方法は、最適解を短時間で求めることができる。
【０１１０】
突然変異させる染色体情報２６の割合は、適宜設定することができるが、例えば、集団３１を構成する全ての染色体情報２６の１０〜４０％程度のものと定めてもよい。突然変異させる染色体情報２６の割合が１０％未満の場合、遺伝子情報を十分に進化させることができないおそれがある。逆に、突然変異される染色体情報２６の割合が、４０％を超える場合、設計制約条件に違反する遺伝子情報が大幅に増加し、最適解を短時間で求めることができないおそれがある。
【０１１１】
また、第１目標変数で表される架構体２のコストが許容範囲に収まり、かつ、第２目標変数で表される適応度を満足する染色体情報２６が現れてからは、概ね最適解近傍を探索できていると判断することができる。このため、次世代集団生成工程Ｓ４３３では、比較的良好な染色体情報２６同士の交叉による進化を優先させるのが望ましい。これにより、最適化計算工程Ｓ４では、最適解を短時間で求めることができる。この場合、突然変異の割合は、集団３１を構成する全ての染色体情報２６の５〜１０％程度に設定されてもよい。
【０１１２】
また、集団３１に属する染色体情報２６の個数は、１５〜５０個が望ましい。なお、染色体情報２６の個数が１５個未満であると、遺伝子情報を十分に進化させることができないおそれがある。逆に、染色体情報２６の個数が５０個を超えると、多くの計算時間を要するおそれがある。
【０１１３】
さらに、集団３１に属する染色体情報２６の個数は、例えば、建築物の階数及び延べ床面積によっても決定されるのが望ましい。例えば、本実施形態のような二階建ての建築物Ｂの場合には、下記の延べ床面積毎に設定された個数に従って、染色体情報２６が設定されるのが望ましい。また、三階建ての建築物（図示省略）の場合には、下記の個数に５個プラスした個数分の染色体情報２６が設定されるのが望ましい。さらに、一階建ての建築物（図示省略）の場合には、下記個数に５個マイナスした個数分の染色体情報２６が設定されるのが望ましい。
１００ｍ2未満：２０個
１００〜１２０ｍ2：２５個
１２０〜１４０ｍ2：３０個
１４０〜１６０ｍ2：３５個
１６０〜１８０ｍ2：４０個
１８０〜２００ｍ2：４５個
２００ｍ2以上：５０個
【０１１４】
次に、最終世代の集団３１において、最適化度が最も高い染色体情報２６に基づいて、図２に示した架構体２及び建築物Ｂが製造される（製造工程Ｓ５）。これにより、本実施形態の設計方法では、架構体２のコストを所定の範囲に抑えつつ、配置予定位置２１に小梁８が通る適応度が最も高い架構体２及び建築物Ｂを、容易かつ確実に製造することができる。
【０１１５】
なお、最適化度が最も高い染色体情報２６とは、例えば、第２目標変数が１以上である全ての染色体情報２６のうち、第１目標変数が、最も低い第１目標変数の１．１０倍以下であり、かつ、第２目標変数の計算に用いられる架構体２の適応度が最も高い染色体情報２６と定めることができる。
【０１１６】
本実施形態の設計方法では、設計制約条件として、小梁８が必要とされる小梁８の配置予定位置２１（図８（ａ）に示す）を含むものが示されたが、これに限定されるわけではない。設計制約条件には、配置予定位置２１に代えて、例えば、建築物Ｂの構造に基づいて小梁８が配置できない配置禁止位置が含まれてもよい。
【０１１７】
図２７（ａ）、（ｂ）は、本発明の他の実施形態の水平架構面を示す平面図である。本実施形態の配置禁止位置５１は、水平架構面９に設定される開口部１１（図２に示す）に定義される。この配置禁止位置５１は、該配置禁止位置５１を小梁８が横切るものを禁止するものであり、配置禁止位置５１の外周に沿って配置される小梁８は許容される。このような配置禁止位置５１は、水平架構面９ａ〜９ｈ（図７に示す）毎に設定される。本実施形態の配置禁止位置５１は、矩形状に形成される。この配置禁止位置５１は、その頂点に配置される４つの節点１７の座標値によって定義される。
【０１１８】
図２８は、この実施形態の染色体情報２６である。この実施形態の染色体情報２６は、各水平架構面９ａ〜９ｈにおいて、前実施形態の第２情報部分２８のみから構成される。また、第２情報部分２８の第２小梁遺伝子座３４は、設計制約条件で設定された小梁８の本数の上限値の個数だけ作成される。このような染色体情報２６は、第１情報部分２７（図１０に示す）を含まないため、染色体情報２６を簡略化できる。
【０１１９】
集団生成工程Ｓ３では、配置禁止位置５１を含む設計制約条件に基づいて、染色体情報２６が生成される。集団生成工程Ｓ３では、配置禁止位置５１を横切る第２小梁３０が設定された場合、架構面情報、方向情報及び配置情報が再度更新され、配置禁止位置５１を横切らない第２小梁３０に置き換えられる。これにより、図２７（ｂ）に示されるように、集団生成工程Ｓ３では、開口部１１を通る小梁８が含まれる配置パターンが生成されるのを防ぐことができる。なお、このような配置禁止位置５１は、前実施形態の設計方法の設計制約条件に含まれてもよい。
【０１２０】
以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。
【符号の説明】
【０１２１】
３      柱
４      梁
７      大梁
８      小梁
９      水平架構面
２１      配置予定位置
２６      染色体情報
３１      集団
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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