(57)【要約】【課題】基礎としてのケーソン構造物を設計する際に、構造検討の脱漏を回避し、真の経済性と安全性を兼備する設計を可能とした上で、設計者の過重な負担を抑止する。【解決手段】自動設計されたケーソン構造物の設計値と予め設定された設定範囲とを比較し、設定範囲内の設計値を持つ場合には経済性を指標とした第１評価基準値を算出し、設計範囲の全てについて設計が終了したものと判別された場合に、全ての第１評価基準値の中から最小値を求め、求めた最小値から一定の範囲にある第１評価基準値を選出し、第１評価基準値の最小値並びに選出した第１評価基準値を持つ設計されたケーソン構造物を最適設計条件グループとし、最適設計条件グループに属する各ケーソン構造物について安全性を指標とする第２評価基準値を荷重条件、地盤条件、並びにそれぞれの設計値に基づいて算出し、算出した第２評価基準値が最大となるケーソン構造物の設計値を出力する。【選択図】  図１
2008291480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーソン構造物に作用し得る荷重条件、ケーソン構造物の支持地盤に関する地盤条件、ケーソン構造物の基礎形状に関する設計範囲の入力を受け付ける入力手段と、
上記入力手段により入力された上記設計範囲内から一のケーソン構造物の形状を抽出し、当該抽出した上記一のケーソン構造物を上記荷重条件、上記地盤条件に基づいて自動的に設計する自動設計手段と、
上記自動設計手段により自動設計されたケーソン構造物の設計値と予め設定された設定範囲とを比較し、上記設定範囲内の設計値を持つ場合には経済性を指標とする第１評価基準値を上記荷重条件、上記地盤条件、当該設計値に基づいて算出する第１評価基準値算出手段と、
上記設計範囲の全てについて上記自動設計手段による設計が終了したものと判別された場合に、上記第１評価基準値算出手段により算出された全ての第１評価基準値の中から最小値を求め、求めた最小値から一定の範囲にある第１評価基準値を選出し、上記第１評価基準値の最小値並びに上記選出した第１評価基準値を持つ上記設計されたケーソン構造物を最適設計条件グループとする選出手段と、
上記最適設計条件グループに属する各ケーソン構造物について安全性を指標とする第２評価基準値を上記荷重条件、上記地盤条件、並びにそれぞれの設計値に基づいて算出する第２評価基準値算出手段と、
上記第２評価基準値算出手段により算出された第２評価基準値が最大となるケーソン構造物の設計値を出力する出力手段とを備えること
を特徴とするケーソン構造物の自動設計装置。
【請求項２】
上記第１評価基準値算出手段は、上記第１評価基準値Ｘを以下の算式（１）に基づいて算出すること
Ｘ＝Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３＋Ｘ４  ・・・・・・・・・（１）
（但し、Ｘ１はケーソン構築工費、Ｘ２はケーソン設備工費、Ｘ３はケーソン沈下掘削工費、Ｘ４は共通仮設費）
を特徴とする請求項１記載のケーソン構造物の自動設計装置。
【請求項３】
上記第２評価基準値算出手段は、上記第２評価基準値ＳＰを以下の算式（２）に基づいて算出すること
ＳＰ＝ＰＦｙ／ＰＰｕ  ・・・・・・・・・・・・（２）
（但し、ＳＰは耐力比で第２評価基準値、ＰＦｙはケーソン基礎の降伏耐力、ＰＰｕは脚部の終局耐力）
を特徴とする請求項１又は２に記載のケーソン構造物の自動設計装置。
【請求項４】
上記第２評価基準値算出手段は、上記第２評価基準値ＳＰを以下の算式（３）に基づいて算出すること
2008291480.tif 000009
（但し、ＳＰ１は水平方向の耐力比、ＳＰ２はＳＰ１の方向の水平直角方向の耐力比）
を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載のケーソン構造物の自動設計装置。
【請求項５】
ケーソン構造物に作用し得る荷重条件、ケーソン構造物の支持地盤に関する地盤条件、ケーソン構造物の基礎形状に関する設計範囲の入力を受け付ける入力ステップと、
上記入力ステップにおいて入力された上記設計範囲内から１のケーソン構造物の形状を抽出し、当該抽出した上記１のケーソン構造物を上記荷重条件、上記地盤条件に基づいて自動的に設計する自動設計ステップと、
上記自動設計ステップにおいて自動設計されたケーソン構造物の設計値と予め設定された設定範囲とを比較し、上記設定範囲内の設計値を持つ場合には経済性を指標とする第１評価基準値を上記荷重条件、上記地盤条件、当該設計値に基づいて算出する第１評価基準値算出ステップと、
上記設計範囲の全てについて上記自動設計ステップにおける設計が終了したものと判別された場合に、上記第１評価基準値算出ステップにおいて算出された全ての第１評価基準値の中から最小値を求め、求めた最小値から一定の範囲にある第１評価基準値を選出し、上記第１評価基準値の最小値並びに上記選出した第１評価基準値を持つ上記設計されたケーソン構造物を最適設計条件グループとする選出ステップと、
上記最適設計条件グループに属する各ケーソン構造物について安全性を指標とする第２評価基準値を上記荷重条件、上記地盤条件、並びにそれぞれの設計値に基づいて算出する第２評価基準値算出ステップと、
上記第２評価基準値算出ステップにおいて算出した第２評価基準値が最大となるケーソン構造物の設計値を出力する出力ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とするケーソン構造物の自動設計プログラム。
【請求項６】
上記第１評価基準値算出ステップは、上記第１評価基準値Ｘを以下の算式（１）に基づいて算出すること
Ｘ＝Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３＋Ｘ４  ・・・・・・・・・（１）
（但し、Ｘ１はケーソン構築工費、Ｘ２はケーソン設備工費、Ｘ３はケーソン沈下掘削工費、Ｘ４は共通仮設費）
を特徴とする請求項５記載のケーソン構造物の自動設計プログラム。
【請求項７】
上記第２評価基準値算出ステップは、上記第２評価基準値ＳＰを以下の算式（２）に基づいて算出すること
ＳＰ＝ＰＦｙ／ＰＰｕ  ・・・・・・・・・・・・（２）
（但し、ＳＰは耐力比で第２評価基準値、ＰＦｙはケーソン基礎の降伏耐力、ＰＰｕは脚部の終局耐力）
を特徴とする請求項５又は６に記載のケーソン構造物の自動設計プログラム。
【請求項８】
上記第２評価基準値算出ステップは、上記第２評価基準値ＳＰを以下の算式（３）に基づいて算出すること
2008291480.tif 000010
（但し、ＳＰ１は水平方向の耐力比、ＳＰ２はＳＰ１の方向の水平直角方向の耐力比）
を特徴とする請求項５〜７のうち何れか１項記載のケーソン構造物の自動設計プログラム。
【請求項９】
請求項５〜８のうち何れか１項記載の自動設計プログラムが記録された記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設分野における基礎構造物としてのケーソンを自動的に設計可能なケーソン構造物の自動設計装置並びにケーソン構造物の自動設計プログラム、当該プログラムが記録された記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
土木構造物の構造寸法は、その構造物に必要な設計を満足した上で、かつ経済性を考慮して決定されることが一般的であり、基礎構造物としてケーソンを適用する場合においても例外ではない。
【０００３】
従来は、経済面の観点から基礎構造物形状を決定する場面も多かったが、近年では、平成１７年施行の「公共工事の品質確保の促進に関する法律」の基本理念を代表例として、安全面での優位性または品質確保に重点をおくことで形状決定に関する指標を設けるケースが増大している。
【０００４】
また、従来方法による基礎構造物の設計計算によれば、設計者が最小工事費となる構造物形状を必ずしも選定しているわけではない事実がある。この背景には、想定し得る全構造について設計計算するには多大な労力を要することもあり、仮に幾種の従来方法による計算結果を比較した場合には、同等に最小工事費を得られる構造物形状が複数種類現れることもあった。
【０００５】
つまり、数パターンの設計計算の結果のみによって、単純にその内の最小工事費となる構造物形状を選定して当該形状を最良のものと断定する傾向があり、先述の最小工事費が複数種類現れるような場合には、従来の設計採用例や実施工例に倣って形状選定する例も存在した。その理由として、構造設計と工事積算との繰り返し計算により得られる構造物形状を最適状態に収束させることに関し、設計者に対する労働負荷が過大となる等現実問題として完全な収束点が得られないことが挙げられる。なお、ケーソン基礎の設計に関する先行研究では非特許文献１および特許文献１が開示されている。
【０００６】
これより、構造物設計を満足した上でかつ最小工事費となるような、真の経済性と安全性との双方について同時に極限まで追求した設計手法が確立されていなかった。
【０００７】
【非特許文献１】「ニューマチックケーソン基礎自動設計の合理化に関する研究」、土木学会論文報告集第２５７号、１９７７年、６１頁〜６４頁
【特許文献１】特開２００６−１７７０６５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、基礎としてのケーソン構造物を設計する際に、設計条件及び施工条件を満足する範囲において全形状のケーソン構造物を自動的に設計計算し、さらにその中から経済性並びに安全性の双方の観点から最適なケーソン構造物を自動的に選び出し、その設計値を出力可能とすることにより、（１）構造検討の脱漏を回避し、（２）真の経済性と安全性を追求する設計を可能とした上で、（３）設計者の過重な負担を抑止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的の達成及び課題を解決するために、本発明は次のように構成される。
【００１０】
本願請求項１に係るケーソン構造物の自動設計装置は、ケーソン構造物に作用し得る荷重条件、ケーソン構造物の支持地盤に関する地盤条件、ケーソン構造物の基礎形状に関する設計範囲の入力を受け付ける入力手段と、上記入力手段により入力された上記設計範囲内から１のケーソン構造物の形状を抽出し、当該抽出した上記１のケーソン構造物を上記荷重条件、上記地盤条件に基づいて自動的に設計する自動設計手段と、上記自動設計手段により自動設計されたケーソン構造物の設計値と予め設定された設定範囲とを比較し、上記設定範囲内の設計値を持つ場合には経済性を指標とする第１評価基準値を上記荷重条件、上記地盤条件、当該設計値に基づいて算出する第１評価基準値算出手段と、上記設計範囲の全てについて上記自動設計手段による設計が終了したものと判別された場合に、上記第１評価基準値算出手段により算出された全ての第１評価基準値の中から最小値を求め、求めた最小値から一定の範囲にある第１評価基準値を選出し、上記第１評価基準値の最小値並びに上記選出した第１評価基準値を持つ上記設計されたケーソン構造物を最適設計条件グループとする選出手段と、上記最適設計条件グループに属する各ケーソン構造物について安全性を指標とする第２評価基準値を上記荷重条件、上記地盤条件、並びにそれぞれの設計値に基づいて算出する第２評価基準値算出手段と、上記第２評価基準値算出手段により算出された第２評価基準値が最大となるケーソン構造物の設計値を出力する出力手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本願請求項２に係るケーソン構造物の自動設計装置は、請求項１に記載の発明において、上記第１評価基準値算出手段は、上記第１評価基準値Ｘを以下の算式（１）に基づいて算出すること
Ｘ＝Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３＋Ｘ４  ・・・・・・・・（１）
（但し、Ｘ１はケーソン構築工費、Ｘ２はケーソン設備工費、Ｘ３はケーソン沈下掘削工費、Ｘ４は共通仮設費）を特徴とする。
【００１２】
本願請求項３に係るケーソン構造物の自動設計装置は、請求項１又は２に記載の発明において、上記第２評価基準値算出手段は、上記第２評価基準値ＳＰを以下の算式（２）に基づいて算出すること
ＳＰ＝ＰＦｙ／ＰＰｕ  ・・・・・・・・・・・（２）
（但し、ＳＰは耐力比で第２評価基準値、ＰＦｙはケーソン基礎の降伏耐力、ＰＰｕは脚部の終局耐力）を特徴とする。
【００１３】
本願請求項４に係るケーソン構造物の自動設計装置は、請求項１〜３のうち何れか１項
記載の発明において、上記第２評価基準値算出手段は、上記第２評価基準値ＳＰを以下の算式（３）に基づいて算出すること
2008291480.tif 000003
（但し、ＳＰ１は水平方向の耐力比、ＳＰ２はＳＰ１の方向の水平直角方向の耐力比）を特徴とする。
【００１４】
本願請求項５に係るケーソン構造物の自動設計プログラムは、ケーソン構造物に作用し得る荷重条件、ケーソン構造物の支持地盤に関する地盤条件、ケーソン構造物の基礎形状に関する設計範囲の入力を受け付ける入力ステップと、上記入力ステップにおいて入力された上記設計範囲内から１のケーソン構造物の形状を抽出し、当該抽出した上記１のケーソン構造物を上記荷重条件、上記地盤条件に基づいて自動的に設計する自動設計ステップと、上記自動設計ステップにおいて自動設計されたケーソン構造物の設計値と予め設定された設定範囲とを比較し、上記設定範囲内の設計値を持つ場合には経済性を指標とする第１評価基準値を上記荷重条件、上記地盤条件、当該設計値に基づいて算出する第１評価基準値算出ステップと、上記設計範囲の全てについて上記自動設計ステップにおける設計が終了したものと判別された場合に、上記第１評価基準値算出ステップにおいて算出された全ての第１評価基準値の中から最小値を求め、求めた最小値から一定の範囲にある第１評価基準値を選出し、上記第１評価基準値の最小値並びに上記選出した第１評価基準値を持つ上記設計されたケーソン構造物を最適設計条件グループとする選出ステップと、上記最適設計条件グループに属する各ケーソン構造物について安全性を指標とする第２評価基準値を上記荷重条件、上記地盤条件、並びにそれぞれの設計値に基づいて算出する第２評価基準値算出ステップと、上記第２評価基準値算出ステップにおいて算出した第２評価基準値が最大となるケーソン構造物の設計値を出力する出力ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１５】
本願請求項６に係るケーソン構造物の自動設計プログラムは、請求項５に記載の発明において、上記第１評価基準値算出ステップは、上記第１評価基準値Ｘを以下の算式（１）に基づいて算出すること
Ｘ＝Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３＋Ｘ４  ・・・・・・・・・（１）
（但し、Ｘ１はケーソン構築工費、Ｘ２はケーソン設備工費、Ｘ３はケーソン沈下掘削工費、Ｘ４は共通仮設費）を特徴とする。
【００１６】
本願請求項７に係るケーソン構造物の自動設計プログラムは、請求項５又は６に記載の発明において、上記第２評価基準値算出ステップは、上記第２評価基準値ＳＰを以下の算式（２）に基づいて算出すること
ＳＰ＝ＰＦｙ／ＰＰｕ  ・・・・・・・・・・・・（２）
（但し、ＳＰは耐力比で第２評価基準値、ＰＦｙはケーソン基礎の降伏耐力、ＰＰｕは脚部の終局耐力）を特徴とする。
【００１７】
本願請求項８に係るケーソン構造物の自動設計プログラムは、請求項５〜７のうち何れか１項記載の発明において、上記第２評価基準値算出手段は、上記第２評価基準値ＳＰを以下の算式（３）に基づいて算出すること
2008291480.tif 000004
（但し、ＳＰ１は水平方向の耐力比、ＳＰ２はＳＰ１の方向の水平直角方向の耐力比）を特徴とする。
【００１８】
請求項９に係る記録媒体は、請求項５〜８のうち何れか１項記載の自動設計プログラムが記録されている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、基礎としてのケーソン構造物を設計する際に、設計条件及び施工条件を満足する範囲において全形状のケーソン構造の設計計算を可能とするため構造検討の脱漏が回避され、真の経済性と安全性を追求する設計が可能となり、さらに設計者の過重な負担を抑止することを可能とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態として、橋梁基礎に適用されるケーソン基礎構造を設計する場合を例にして図面を参照しながら説明する。
【００２１】
まず、図１は本発明の実施形態のケーソン構造物の設計手順を示すフローチャートである。図１に示すように、基礎構造物としてケーソンを設計する場合、設計における基礎となる設計条件・施工条件Ｓ１を初期条件として用意し、設計方法、設計荷重、地盤条件及び構造物の基礎形状（平面形状や構造物深度等）に関する設計範囲等の構造物設計に必須のデータ、及び積算オフセット値や施工条件等の構造物施工に必要なデータを用意し設計計算機内に入力する。ちなみに、この設計計算機は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等で具体化されるものである。この設計計算機内においてインストールされている設計計算プログラムを介して以下に説明する本発明の構成が実行可能とされている。
【００２２】
次に、設計条件・施工条件Ｓ１にて入力された諸条件の内、構造物の基礎形状に関する設計範囲において、任意の組合せによる形状及び寸法を選定することでケーソン形状設定Ｓ２を行ない、ただ一つの構造物形状を設計計算の対象として設定する。
【００２３】
ここから計算ステップに入り、まずは数量計算Ｓ３により工種毎の施工数量を算出する。
【００２４】
次に、安定計算Ｓ４に移り構造物の安定計算によって、設計基準に定められている所要の安全率の充足度について数量計算Ｓ３の結果を基に計算評価Ｓ５で判定する。ここで、安定計算結果に従い結果良好（ＳＡＦＥ）であれば工程計算Ｓ６に進み、結果不良（ＯＵＴ）の場合は計算終了Ｓ８の判定を経てケーソン形状設定Ｓ２に戻り改めて構造物の異なる形状及び寸法を再設定し直した上で、数量計算Ｓ３、安定計算Ｓ４及び計算評価Ｓ５の各ステップを繰り返す。
【００２５】
次に、安定計算Ｓ４が計算評価Ｓ５で結果良好（ＳＡＦＥ）と判定された対象構造物形状については、工程計算Ｓ６により当該構造物の施工に必要な施工工程を計算する。これより、安定計算Ｓ４の計算評価Ｓ５が良好と判定された形状の構造物については、数量計算Ｓ３、安定計算Ｓ４及び工程計算Ｓ６が終了していることになる。
【００２６】
次に、一つの構造物形状についてなされた設計計算結果、つまり数量計算Ｓ３、安定計算Ｓ４及び工程計算Ｓ６で得られた各計算値をステップ７において第１評価基準値としてデータ保存し、計算終了Ｓ８の判定を経てケーソン形状設定Ｓ２に戻る。ここで、改めて構造物の異なる形状及び寸法を再設定し直した上で、数量計算Ｓ３、安定計算Ｓ４及び工程計算Ｓ６の設計計算を繰り返し第１評価基準Ｓ７にデータ蓄積する一連のフローを、設計条件・施工条件Ｓ１で設定した構造物の基礎形状に関する設計範囲内における全形状について繰り返す。
【００２７】
つまり、ここまでの計算フローで得られるものは、安定計算Ｓ４をパスした基礎形状の構造物に関する数量計算Ｓ３、安定計算Ｓ４及び工程計算Ｓ６の各計算値ということになり、第１評価基準Ｓ７は、これら計算結果が構造物の各形状別に蓄積され、構造物の経済性を設計指標とする評価値として評価が可能となる。
【００２８】
次に、計算終了Ｓ８により終了判定がなされれば、第１評価基準Ｓ７における第１評価基準値群の中から最小となる評価値を基準として、先の設計条件・施工条件Ｓ１で設定したある一定範囲を第１評価基準Ｓ７の評価値相当とする最適設計条件グループのの抽出Ｓ９を行なう。つまり、ここでは第１評価基準Ｓ７における第１評価基準値の最小となるもの（最小評価値）から順に、当該基準値が小さいものを限定して設定した一定範囲内の第１評価基準値を部分抽出する。
【００２９】
次に、ステップＳ９で最適設計条件グループに属する各ケーソン構造物について、ステップＳ１０において第２評価基準値を算出する。この第２評価基準値は、あくまで構造物の安全性を指標としたものである。このステップＳ１０では、最適設計条件グループの中から最も安全性の高いただ一つのケーソン構造物の設計値が特定されることになる。
【００３０】
最終的に、ステップＳ１０で得られた第２評価基準値が、予め設定した基礎形状に関する設計範囲内における全形状の中から最も経済的かつ安全である構造物形状としてケーソン形状抽出Ｓ１１がなされ、ただ一つの基礎形状が導出される。ちなみに、このケーソン形状抽出Ｓ１１においては、導出したケーソン基礎形状の設計値をディスプレイ上において表示することになる。
【００３１】
勿論、設計条件・施工条件Ｓ１を設定する中で、例えば構造物設計に必要なデータの設計範囲や、例えば構造物施工に必要なデータの施工条件等を設計計算上のパラメータとして変化させ、図１に示すフローをループ計算させることで、条件変化に応じたそれぞれの最適形状ケーソン構造を求めることも可能である。
【００３２】
以下、上述の設計計算フローについて、その計算手順及び解法が計算プログラムとしての形態を採り、ＰＣを用いて設計計算させる場合について各ステップ毎の詳細を説明する。
【００３３】
［設計条件・施工条件Ｓ１］
設計者（またはデータ入力者）は、本発明の計算プログラムの実行により、まず初めに構造物の設計計算上必要となる設計条件・施工条件Ｓ１の入力設定を行なう。
【００３４】
具体的な入力項目は、ケーソン構造物に作用する荷重条件、構造物の支持地盤に関する地盤条件、そして計算を行なう上での構造物の基礎形状に関する設計範囲（平面寸法の上限値、下限値及び躯体構築深度等）である。また、設計上必要となる特殊条件（ケーソンの刃口タイプ等）を入力するほか、ケーソン構造物の施工に必要となる施工条件（支持地盤の種類等）の入力を受け付ける。
【００３５】
設計者は、設計条件・施工条件Ｓ１によって計算プログラムの実行に必要な計算条件入力の全てを行うため、以降の計算プログラムの内部処理の過程において計算プログラムから別途のデータ入力を求められることはなく、よって、最終的な計算プログラムの出力結果を待つのみとなる。
【００３６】
［ケーソン形状設定Ｓ２］
計算プログラムは、設計者が設計条件・施工条件Ｓ１で与えたデータ入力項目の内、構造物の基礎形状に関する設計範囲を参照して、当該形状の平面縦横の上限寸法、その最大寸法比率及び躯体の構築深度（高さ）の入力条件から、対象とする構造物形状を任意の一形状に設定し、以降の設計計算の対象とする。なお、設計者は、計算プログラムが形状設定する際の寸法変化量を例えば１００ｍｍに固定する等、形状設定における設定単位を設計条件・施工条件Ｓ１において入力することが可能である。
【００３７】
［数量計算Ｓ３］
前ステップで計算プログラムが設定した任意の一形状のケーソン構造物について、土木工事積算の上で必要となる工事数量を算出する。この工事数量は、工事費算出の上で正確な積算を行なうために必要となり、また次ステップの安定計算Ｓ４で必要なデータとなることから、ケーソン基礎築造に関する工種（刃口据え付け工、沈下掘削工、躯体構築工等）毎の全ての工事数量を設定したケーソン形状の寸法値を基礎として計算する。
【００３８】
［安定計算Ｓ４、計算評価Ｓ５］
次に、計算プログラムは、ケーソン構造物の安定計算を行なう。ここでは、ケーソン形状設定Ｓ２で設定した形状の構造物について、設計基準に定められている所要の安全率を満足しているか数量計算Ｓ３での計算結果を基に構造物の安定計算により計算評価Ｓ５によりチェックする。この所要の安全率は予め計算プログラム内に入力されていてもよいが、設計者が事後的に入力し、又は改変可能に構成されていてもよい。何れの場合においても、この安全率は、上限と下限とを持つ設定範囲として表される。ここで、計算評価Ｓ５におけるチェックは、所要の安全率を規定する設定範囲と、安定計算Ｓ４における計算結果とを比較する。そして、上記設定範囲内の設計値を持つ場合には、工程計算Ｓ６へと移行する。計算評価Ｓ５の判定に基づくフロー分岐については、先述のとおりである。
【００３９】
［工程計算Ｓ６］
次に、ケーソン形状設定Ｓ２で設定した構造物規模を表すケーソン形状、設計条件・施工条件Ｓ１で条件設定した種々の施工条件及び数量計算Ｓ３での計算結果に基づき、ケーソン基礎を施工するにあたり必要となる施工工程を算出し、各工種毎の工期を決定する。
【００４０】
［第１評価基準Ｓ７］
本計算プログラムは、ケーソン構造物の最適形状を導出するために２段階の評価基準をクリアすることが特徴であり、その第１段階を経済性を指標とした評価とすることで達成している。
【００４１】
第１評価基準Ｓ７は、「国土交通省土木工事積算基準」及び日本圧気技術協会が発行する各積算資料による工事費を元に設定しており、当該工事費を第１評価基準値とすることで本ステップの経済性を判定し、算式（１）
Ｘ＝Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３＋Ｘ４  ・・・・・・・・・（１）
（但し、Ｘは工事費で第１評価基準値、Ｘ１はケーソン構築工費、Ｘ２はケーソン設備工費、Ｘ３はケーソン沈下掘削工費、Ｘ４は共通仮設費）
で得られる工事費（Ｘ）を第１評価基準値Ｘとする。
【００４２】
ここで、ケーソン構築工費Ｘ１は、刃口金物据付工、セントル支保工、鉄筋コンクリート工、中埋めコンクリート工及びブローパイプバルブ調整等のケーソン構築に関わる諸工事費を合算してなる値であり、ケーソン設備工費Ｘ２は、排土設備損料、艤装設備損料、機械設備損料、送気設備損料、予備設備損料、排土設備組立解体費、艤装設備組立解体費、機械設備組立解体費、送気設備組立解体費、送気設備運転労務費及び送気設備運転電力料等の所要設備の設置撤去や運転に関わる諸設備工費を合算してなる値であり、ケーソン沈下掘削工費Ｘ３は、掘削沈下工及び掘削土処理工等の沈下掘削に関わる諸工事費を合算してなる値であり、共通仮設費Ｘ４は電力設備費、一次掘削工及び防護矢板工等の仮設工に関わる諸費用を合算してなる値であり、それぞれ、設計積算に関する各種資料を算定根拠として得られる費用である。なお、第１評価基準値は、上記算式（１）に基づく算出方法に限定されるものではなく、あくまでＳ１において入力された荷重条件、地盤条件と、上記数量計算Ｓ３における計算結果（これに限定されるものではなく、自動設計されたケーソン構造物の設計値の何れかであればよい）に基づいて算出されるものであればいかなる方法で求めるようにしてもよい。
【００４３】
ステップＳ８においては、ステップＳ１において入力された設計範囲の全てについて自動設計が終了したか否かを判別する。そして、上記設計範囲の全てについて設計が終了していない場合には、再びケーソン形状設定Ｓ２へと移行する。これに対して、上記設計範囲の全てについて設計が終了した場合には、第１評価基準Ｓ９へと移行する。ちなみに、このステップＳ８からケーソン形状設定Ｓ２へと移行した場合には、構造物の基礎形状に関する設計範囲を参照して、当該形状の平面縦横の上限寸法、その最大寸法比率及び躯体の構築深度（高さ）の入力条件から、対象とする構造物形状の一形状を設定し直す。このとき、以前設定した一形状とは異なるものであって、上記設計範囲内にある他の一形状を設定することとする。
【００４４】
上述したステップＳ２〜ステップＳ８に至るまでのフローを繰り返し実行することにより、ケーソン構造物の施工における工事費（Ｘ）としての第１評価基準値を設計条件・施工条件Ｓ１で設定したケーソン構造物の形状範囲においてケーソンの全形状にわたって繰り返し計算することができる。また、これに伴って工事費（Ｘ）は、その都度第１評価基準値Ｘとしてデータ蓄積され、最終的に設計条件・施工条件Ｓ１で条件設定した構造物の形状範囲の全ての計算が終了するまで連続的に繰り返される。
【００４５】
ここで、経済性の良否を決定するために従前より利用されている考え方は、ケーソン施工における掘削土量の地山体積を最小とするケーソン形状が最適経済性をもたらすというものであり、極めて簡便な考え方として流通しており、また旧財団法人国土開発技術研究センターの「ケーソン自動設計プログラム」も同様手法を採用していたが、実際に掘削体積のみでは工事費の大小を判断できるものではないため、本発明では前記する工事積算に基づく工事費（Ｘ）を算出した上で、第１評価基準値の判定を行なうこととしている。
【００４６】
［最適設計条件グループの抽出Ｓ９］
さらに、ケーソン形状設定Ｓ２〜第１評価基準Ｓ７までの計算プログラム各ステップが終了すると、第２評価基準Ｓ１０を実行する上で、第１評価基準Ｓ７で蓄積した第１評価基準値から設計条件・施工条件Ｓ１で設定した一定範囲の幅を持たせて、第１評価基準値を抽出し、これを最適設計条件グループとする。
【００４７】
具体的には、図３に示すように、第１評価基準Ｓ７で蓄積された第１評価基準値Ｘの最小値、つまり経済性の観点から工事費（Ｘ）が最小となる第１評価基準値を抽出し、この第１評価基準値の最小値を基準として設計条件・施工条件Ｓ１にて設定した一定範囲（ここでは本出願人の経験から最小工事費の２．５％とする）を対象として第１評価基準値を選出する。そして、この第１評価基準値の最小値並びに上記一定範囲内から選出した第１評価基準値を持つ、ケーソン構造物を最適設計条件グループとする。即ち、このステップＳ９では、第１評価基準値の最小値及び第１評価基準値の最小値（最小評価値）の２．５％まで増加する評価値群を抜出してこれらを最適設計条件グループとし、次の計算ステップに渡す。
【００４８】
ここで、最適設計条件グループの抽出Ｓ９段階を経る理由は、建設物価の変動等によって工事費（Ｘ）の積算自体も誤差を包含することから、必ずしも最小評価値が最小工事費とはならない場合も存在し得るためであり、計算によって得られる最小評価値近傍の微小範囲について最小評価値に相当し得る第１評価基準値として設定するものである。
【００４９】
［第２評価基準Ｓ１０］
次に、最適設計条件グループの抽出Ｓ９で得られた評価値Ｘをさらに絞り込むために、第２段階における評価は安全性をその指標とする。この目的は、前ステップまでで得られる評価値（群）Ｘはあくまで経済面（工事費）での評価のみで決定されており、当然ながら安全面の配慮については、安定計算Ｓ４をクリアしているに留まることから、安全面の評価について最大となるものを抽出し最適設計条件グループの中から最大安全性をもたらす評価値を抜出しようというものである。
【００５０】
ここで、従前の設計方法は、安全率を算式
「安全率」＝「許容値」／「設計値」
で定義した上でこの分散値を最小にする考えが一般にあったが、社団法人日本道路協会発行の「道路橋示方書・同解説」等で指示する安全率は、常時、レベル１地震時及びレベル２地震時の各荷重状態で異なり、加えてこれら荷重状態が同等の場合であっても前面地盤や底面地盤等設計上の解析箇所の違いによっても異なる安全率が採用されるため、前式の安全率による計算は理論的な意味に乏しく、以前よりこの考え方で安全率を算出する手法は問題視されていた。
【００５１】
そこで、橋梁基礎のケーソン構造物の多くはレベル２地震時による設計構造となり、地震時の橋軸方向における設計の基本は、基礎の降伏耐力が橋脚の終局耐力以上となることが必須条件となるため、基礎本体と橋脚部を併せて耐震性能を総合的に判断可能とする新たな考えに至った。
【００５２】
よって、第２評価基準Ｓ１０は、基礎部（ケーソン構造物）と脚部（ここでは橋脚）の安全性を総合的に判断するもので、算式（２）
ＳＰ＝ＰＦｙ／ＰＰｕ  ・・・・・・・・・・・・（２）
（但し、ＳＰは耐力比で第２評価基準値、ＰＦｙはケーソン基礎の降伏耐力、ＰＰｕは脚部の終局耐力）
で得られる耐力比（ＳＰ）を第２評価基準値ＳＰとする。
【００５３】
さらに、橋梁下部構造等では耐震性能の考え方に、橋軸方向と橋軸直角方向のそれぞれの荷重方向から耐力照査されるため、第２評価基準を算式（３）
2008291480.tif 000005
（但し、ＳＰは耐力比で第２評価基準値、ＳＰ１は水平方向の耐力比でここでは橋軸方向に相当、ＳＰ２はＳＰ１の方向の水平直角方向の耐力比でここでは橋軸直角方向に相当）
で得られる耐力比（ＳＰ）を第２評価基準値ＳＰとする。ここで、耐力比ＳＰ１，ＳＰ２は前式との関係から
2008291480.tif 000006
を意味し、それぞれ評価値ＳＰの水平及びその水平直交成分の前記耐力比である。
【００５４】
図２に示すように、ここで上式を評価基準とする理由は、地震力の作用方向は水平方向（橋軸方向）またはこれと水平直角方向（橋軸直角方向）に限定されるものではなく、構造物全周にわたって等確率で分布する荷重であると考えられるため、直交する２つの前記方向の耐力成分が同時に作用する中でかつ最大の耐力比（ＳＰ）が得られることに起因する。つまり、与式の関数が示す円弧が大きい（耐力比ＳＰ１及び耐力比ＳＰ２）程、基礎構造物としての安定度が向上することとなり、この円弧が最大となる耐力比の組合せ（実線）が最も安全性に優れることに繋がる。
【００５５】
ここで補足すると、耐力比ＳＰ１，ＳＰ２（実線）と耐力比ＳＸ，ＳＹ（破線）とを比較した場合、耐力比ＳＸは耐力比ＳＰ１よりも大きな値をとり水平方向については安全面で優れるものの、耐力比ＳＹは耐力比ＳＰ２よりも小さいため水平方向に対する水平直角方向では安全性で劣るといえる。よって、耐力照査がなされる両方向を考え合わせると総合的に安全面で有利に作用する評価方法は耐力比（ＳＰ）の円弧が最大となるものであることが判る。
【００５６】
この算式に従って、ケーソン構造物の施工における耐力比（ＳＰ）を最適設計条件グループ全てについて計算し、この計算結果について、安全性を評価指標とする第２基準表価値の内、最大となるものを抜出することで、最適となるケーソン基礎がただ一形状抽出される。つまり、基礎としてのケーソン構造物設計に際して、真の経済性と安全性を追求する設計が可能となる。
【００５７】
さらに、図３に示すように、計算プログラムにおけるステップＳ７において求めた第１評価基準値、ステップＳ９における最適設計条件グループの抽出及びステップＳ１０における第２評価基準値が最大となるケーソン構造物の特定に至る電算処理内容について、工事費（Ｘ）を第１評価基準値Ｘとして横軸に採り、耐力比（ＳＰ）を第２評価基準値ＳＰとして縦軸に採ってグラフ化すれば、前記計算ステップをイメージ化することができる。
【００５８】
ここで、図３中「○」印は、ステップＳ７において設計計算されデータ蓄積された第１評価基準値に基づく工事費（Ｘ）、及びステップＳ１０において設計計算される第２評価基準値ＳＰに基づく耐力比（ＳＰ）の組合せからなるプロット群であり、また図中「最小工事費の２．５％範囲」の破線によるハッチング部分は、予め設計者が設計条件・施工条件Ｓ１で設定した前記工事費（Ｘ）の最小値を基準としてステップＳ９において実行する最適設計条件グループの抽出プログラムステップを示す範囲であり、さらに図中「●」印は、当該範囲内における前記プロット群の中で前記耐力比（ＳＰ）が最大となる一点を示す。即ち、ステップＳ１１においてケーソン形状抽出が行われるプロットに相当する。
【００５９】
つまり、二次元グラフにおける縦横軸をそれぞれ耐力比（ＳＰ），工事費（Ｘ）とし、最小工事費相当と看做すことができる工事費（Ｘ）の範囲を指定し（設計条件・施工条件Ｓ１）、工事費（Ｘ）と耐力比（ＳＰ）から評価される点をグラフ上にプロットし（「○」印）、第１評価基準相当評価値の中から耐力比（ＳＰ）が最大となるもの（「●」印）を抜出する作業を行なっている。なお、計算プログラムにおいては、図３に示す破線によるハッチング部分以外のプロットについて第２評価基準値ＳＰに基づく耐力比（ＳＰ）の計算を実行しないが、全体の設計像の把握のために打点しておく。
【００６０】
以上の一連の設計計算を各ステップ毎に汎用コンピュータにより電算処理することで、真の経済性と安全性を追求する基礎構造物としてのケーソン設計が可能となる。なお、最小工事費相当と看做す範囲設定を設計条件・施工条件Ｓ１のステップではなく、第１評価基準相当評価値の抽出Ｓ９の段階でフィルタリングする等、計算結果に影響を及ぼさない範囲においては計算順序の入れ換えも可能である。
【００６１】
なお、上述した図１のフローチャートにおいては、上述したステップＳ２〜ステップＳ８に至るまでのフローを繰り返し実行することにより、設計条件・施工条件Ｓ１で設定したケーソン構造物の形状範囲においてケーソンの全形状にわたって繰り返し計算する場合を例にとり説明をしたが、これに限定されるものではない。
【００６２】
ステップＳ２におけるケーソン形状設定を最初に全形状に亘り設定し、この全形状に亘り設定したケーソン形状につき、ステップＳ３以降のプロセスをそれぞれ順に実行させるようにしてもよい。その結果、ステップＳ８における計算終了か否かを判別するステップが省略可能となる。
【実施例】
【００６３】
ここに、実施例として、ＰＣによる電算処理状況の内、視覚的な判断が可能な入力構成及び出力結果について表形式で示す。
【００６４】
【表１】
2008291480.tif 000007
【００６５】
表１に示すように、計算プログラムを実行する上で設計者が入力するデータ項目は、安定計算では構造物に作用する荷重関係の設定値と躯体形状の範囲設定が基本となる。さらに（作表は省略する）、Ｌ２地震時の計算に必要な基礎の設計水平震度や基礎上部工の死荷重反力等、また支持地盤以外の基礎中間層の土質条件等、また積算する上での地域単価の設定等についても、設計者によりデータ入力がなされる。もちろん、これらの項目以外についても、より詳細な条件設定が可能となる機能を付加することができる。
【００６６】
【表２】
2008291480.tif 000008
【００６７】
表２に例示するように、設計者は、設計に必要なデータを入力し終えたら、計算プログラムが自動的に最終結果を出力するまで待機することとなる。ここでは、表１での入力条件を網羅した上で、設計条件・施工条件Ｓ１で工事費（Ｘ）の最小値を基準とする最適設計条件グループの抽出Ｓ９段階で５．０％範囲内において最小工事費相当と認める設定を経た結果である。
【００６８】
計算プログラムは、前記一連の計算フローに従って最適なケーソン形状を評価順位１として抽出した他、この計算例ではさらに２種類の形状について、設定する最小工事費相当評価値の範囲にあるとして評価順位２及び評価順位３を計算結果として出力している。なお、評価順位（４）〜評価順位（６）については、最小工事費相当評価値の範囲外にあるものとして参考出力している。
【００６９】
出力内容は表２に示す項目以外にも構造物の安定計算に関する詳細レポート等が可能であり、また、最適形状抽出計算の過程ではケーソン基礎築造に関する材料や施工工程を算出するため、例えば二酸化炭素排出原単位を計算プログラムの参照データベースとして用意しておくことで、最適形状ケーソン基礎施工における二酸化炭素排出量の同時計算機能を付加すること等も容易となる。
【００７０】
なお、ここでの実施形態及び実施例に示した構成を適宜設計変更して実施することは本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施形態のケーソン構造物の設計手順を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施形態の第２評価基準値ＳＰの解法に基づく説明図である。
【図３】本発明の実施形態の一連の設計手順に従って得られる最適形状ケーソン基礎の抽出に基づく説明図である。
【符号の説明】
【００７２】
Ｓ１  設計条件・施工条件のデータ入力ステップ
Ｓ２  ケーソン形状設定ステップ
Ｓ３  数量計算ステップ
Ｓ４  安定計算ステップ
Ｓ５  安定計算Ｓ４の計算評価の判定ステップ
Ｓ６  工程計算ステップ
Ｓ７  第１評価基準値算出ステップ
Ｓ８  計算終了の判定ステップ
Ｓ９  最適設計条件グループの抽出ステップ
Ｓ１０  第２評価基準値算出ステップ
Ｓ１１  ケーソン形状抽出ステップ
【図１】
2008291480.tif 000011
【図２】
2008291480.tif 000012
【図３】
2008291480.tif 000013