(57)【要約】【課題】一次設計及び二次設計での構造の安全を容易に確認できる建物の構造設計装置，及び該構造設計装置を用いた構造設計方法を提供する。【解決手段】演算部１６には、実際に建築される又は設計される建物の必要保有水平耐力をデータベース部１７に登録された構造特性係数を用いて算出する必要保有水平耐力演算部１８と、柱と梁との組み合わせのうち、この建物で最も保有水平耐力が小さい部分での保有水平耐力を選出する最小保有水平耐力選出部１９とが設けられている。また、この演算部１６には、この選出された最小保有水平耐力を、必要保有水平耐力と比較して、最小保有水平耐力が、必要保有水平耐力よりも勝っているかどうかを確認する比較確認部２０が設けられている。【選択図】　図２
2004070500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実際に建築される又は設計される建物で使用される柱と梁との組み合わせによる接合部分の強度実験を行い、該強度実験の結果に基づいて保有水平耐力及び構造特性係数を登録するデータベース部と、実際に建築される又は設計される建物の必要保有水平耐力を該データベース部に登録された前記構造特性係数を用いて算出する必要保有水平耐力演算部と、前記柱と梁との組み合わせのうち、該建物で最も保有水平耐力が小さい部分での保有水平耐力を選出する最小保有水平耐力選出部と、該選出された最小保有水平耐力を、前記必要保有水平耐力と比較して、最小保有水平耐力が、前記必要保有水平耐力よりも勝っているかどうかを確認する比較確認部とを有することを特徴とする建物の構造設計装置。
【請求項２】
建物の構造図を作成するプログラムを有するＣＡＤ部を設けたことを特徴とする請求項１記載の建物の構造設計装置。
【請求項３】
実際に建築される又は設計される建物で使用される柱と梁との組み合わせによる接合部分の強度実験を行い、該強度実験の結果に基づいて保有水平耐力及び構造特性係数をデータベース部に登録すると共に、該データベース部に登録された前記構造特性係数を用いることにより、前記必要保有水平耐力演算部で実際に建築される又は設計される建物の必要保有水平耐力を算出し、前記柱と梁との組み合わせのうち、該建物で最も保有水平耐力が小さい部分での保有水平耐力を最小保有水平耐力選出部で選出して、前記比較確認部で、該選出された最小保有水平耐力が、前記必要保有水平耐力と比較されて、最小保有水平耐力が、前記必要保有水平耐力よりも勝っているかどうかが確認されることを特徴とする請求項１又は２記載の建物の構造設計装置を用いた構造設計方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の構造の安全を確認するための構造計算を行う構造設計装置，及び該構造設計装置を用いた構造設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図１０に示すような構造設計装置を用いた構造設計方法が知られている。
【０００３】
このような構造設計装置を用いた構造設計方法では、建物の構造の安定に関する評価基準の等級に合わせて建物の構造を設計するため、Ｓｔｅｐ１では、建物の形状が入力される。
【０００４】
この入力項目としては、建物がユニット建物である場合、各建物ユニットの大きさ、ブロックパターン、付加メニュー、設計条件等である。
【０００５】
Ｓｔｅｐ２では、この建物の構造の安定に関する評価方法の基準の等級に適合するように、１次設計が行われる。この１次設計では、建築基準法関連の計算により構造の安全性が確認されつつ、設計が行われて、Ｓｔｅｐ３では、各建物ユニットを構成する柱及び梁材の断面が設計される。
【０００６】
次のＳｔｅｐ４では、地震等に対する耐力が、充分であるか否かが検証されつつ、２次設計が行われる。
【０００７】
２次設計が終了した建物の構造計算結果は、Ｓｔｅｐ５で、構造計算書として出力されて、別途作成された軸組図、床伏図及び天井伏図等と共に確認申請添付書類として提出される。
【０００８】
なお、他のこの種のものとしては、特開２００２−３８５８２号公報等に記載されているようなものや、予め設計された多数の建築プランをデータベースとして登録して、このデータベースから顧客の要望に応じて選択した建築プランを迅速に顧客に提示可能な住宅販売支援システムとして、特開２００２−１４９７４２号公報等に記載されているようものが知られている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構造設計装置１では、検定計算が一次設計と二次設計とに分かれていて、各々建築基準法に関連する法律に準拠した計算によって構造の安全を確認するようにしているため、計算に必要とされる保有水平耐力又は、構造特性係数等が共通である場合がある。
【００１０】
本発明は、上記の問題に鑑みて為されたものであり、一次設計及び二次設計での構造の安全を容易に確認できる建物の構造設計装置，及び該構造設計装置を用いた構造設計方法を提供することを課題とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本願発明では、実際に建築される又は設計される建物で使用される柱と梁との組み合わせによる接合部分の強度実験が行われ、該強度実験の結果に基づいて保有水平耐力及び構造特性係数が、前記データベース部に登録される。
【００１２】
該データベース部に登録された前記構造特性係数が用いられて、前記必要保有水平耐力演算部で実際に建築される又は設計される建物の必要保有水平耐力が算出され、前記柱と梁との組み合わせのうち、該建物で最も保有水平耐力が小さい部分での保有水平耐力が前記最小保有水平耐力選出部で選出される。
【００１３】
前記比較確認部では、該選出された最小保有水平耐力が、前記必要保有水平耐力と比較されて、最小保有水平耐力が、前記必要保有水平耐力よりも勝っているかどうかが確認される。勝っていれば安全と判断できる。
【００１４】
このため、実際に建築される又は設計される建物で使用される柱と梁との組み合わせによる保有水平耐力及び構造特性係数を、前記データベース部に予め登録することにより、データの共用化が図れて、一次設計及び二次設計での構造の安全を容易に確認できる。
【００１５】
また、建物の構造図を作成するプログラムを有するＣＡＤ部が、設けられてなるものでは、構造計算書に必要な軸組図，床伏図，屋根伏図等を付属させることが出来る。
【００１６】
【発明の実施の形態１】
以下、本発明の実施の形態１に係る建物の構造設計装置，及び該構造設計装置を用いた構造設計方法を図面を用いて説明する。
【００１７】
この実施の形態１に係る建物の構造設計装置１０では、主に図２に示すように、実際に建築される又は設計される建物で使用される柱と梁との組み合わせによる接合部分の強度実験を行い、該強度実験の結果に基づいて保有水平耐力及び構造特性係数を入力したり、演算に必要とされる各種設計条件を入力する入力部１１が設けられている。
【００１８】
この入力部１１は、キーボード１２，マウス１３，及びデジタイザ１４等の入力デバイスから主に構成されて、演算部１６及び、前記保有水平耐力及び構造特性係数を登録するデータベース部１７が設けられた装置本体１５に接続されている。
【００１９】
前記各種設計条件とは、この実施の形態１の建物であるユニット建物を構成する建物ユニットの大きさ、ブロックパターン、付加メニュー等の設計条件が含まれる。
【００２０】
このうち、前記演算部１６には、実際に建築される又は設計される建物の必要保有水平耐力を前記データベース部１７に登録された前記構造特性係数を用いて算出する必要保有水平耐力演算部１８と、前記柱と梁との組み合わせのうち、この建物で最も保有水平耐力が小さい部分での保有水平耐力を選出する最小保有水平耐力選出部１９とが設けられている。
【００２１】
また、この演算部１６には、この選出された最小保有水平耐力を、前記必要保有水平耐力と比較して、最小保有水平耐力が、前記必要保有水平耐力よりも勝っているかどうかを確認する比較確認部２０が設けられている。
【００２２】
更に、この実施の形態１の建物の構造設計装置１０の演算部１６には、建物の構造図を作成するプログラムを有するＣＡＤ部２１が設けられている。
【００２３】
そして、この装置本体１５には、出力部としてのプリンタ装置２２が接続されていて、前記演算部１６で演算された計算結果、比較結果を記載した構造計算書、この構造計算書に添付する応力図，軸組図，床伏図，屋根伏図等の設計図面，基礎計算用軸力表等が、印字出力可能となるように構成されている。
【００２４】
次に、この実施の形態１の作用について、図１及び図３のフローチャートに沿って説明する。
【００２５】
まず、構造計算を開始すると、Ｓｔｅｐ１１では、演算に必要とされる各種設計条件として、ユニット建物を構成する建物ユニットの大きさ、ブロックパターン、付加メニュー等の設計条件が入力部１１から入力される。
【００２６】
Ｓｔｅｐ１２では、予め入力され、又はデータをコピー等によって移動された断面設計基礎データが読み込まれる。
【００２７】
ここで、柱梁接合部の耐力、剛性の基礎データを作成する載荷試験について説明する。
【００２８】
載荷試験は、図７に示すように、柱２３と梁２４とが接合部２５を介して、Ｌ字状に接合されたＬ字型試験体２６が用いられて、交番繰り返しを行うことにより行われる。
【００２９】
図７中、方向ａに付与されるモーメントＭに対する角度θで示される柱２３と梁２４との間の変位量をプロットすると、図８に示されるようなグラフ図となる。
【００３０】
ここで、柱２３と梁２４との接合部２５の初期剛度（Ｋθ）は、ΔＭ／Δθで求められる。
【００３１】
次に、図４に示すような建物ユニットの簡易構造モデルでは、各柱と梁との接合部の初期剛度（Ｋθ）が入力されて、水平荷重により各柱梁接合部に作用するモーメントから、前記求められた接合部２５のモーメントと剛度との関係に従い、各接合部２５の剛度を随時変更する。
【００３２】
図６中、（ａ）〜（ｄ）は、前記図４中の簡易モデルの各接合部Ｄ，Ａ，Ｃ，Ｂに対応するように求められたある水平荷重が負荷された各柱梁接合部のモーメントＭに対する変位量を角度θで示している。
【００３３】
そして、これらの基礎データから、図５に示すような水平荷重により各柱梁接合部の剛度の変化によるユニットフレームの変位に基づくユニットフレームＰ−δ曲線が作成される。
【００３４】
また、Ｓｔｅｐ１３では、前記ＣＡＤ部２１の作図機能が用いられて、軸組図，床伏図，屋根伏図及び、必要に応じて小屋組図が構造図として作図される。
【００３５】
Ｓｔｅｐ１４では、このような構造図の描かれた建物の１次設計：応力計算が行われる。
【００３６】
次に、この実施の形態１では、この１次設計が行われた構造設計装置１０が用いられて、Ｓｔｅｐ１５で、２次設計が行われる。
【００３７】
すなわち、図３に示すような２次設計のＳｔｅｐ２１では、前記実験によって求められた基礎データに基づいて保有水平耐力及び構造特性係数が導かれる。
【００３８】
Ｓｔｅｐ２２では、全ての想定される柱梁の組み合わせ分の保有水平耐力及び構造特性係数が実験によって求められて前記基礎データとして、前記データベース部１７に登録されてデータベース化される。
【００３９】
この保有水平耐力（Ｑｅｙ）及び構造特性係数（Ｄｓ）は、図９に示すユニットフレームのＰ−δ曲線から演算される。
【００４０】
ここで、下記数式１では、Ｆ：梁柱の設計降伏点荷重（２．４ｔ／平方センチ）で、σｙ：柱梁接合部のＱＬ字型試験体の降伏点荷重である。
【００４１】
【数式１】
2004070500.tif 000003
【００４２】
Ｑｅｙ’は、図９中Ａ，Ｂの面積が等しくなる値を取る。
【００４３】
【数式２】
2004070500.tif 000004
【００４４】
【数式３】
2004070500.tif 000005
【００４５】
ｅδｓ：最大値＝Ｈ／１５（Ｈ＝ユニットフレームの高さ）
【００４６】
【数式４】
2004070500.tif 000006
【００４７】
次に、Ｓｔｅｐ２４では、前記演算部１６の必要保有水平耐力演算部１８によって、ユニットフレームの必要保有水平耐力（Ｑｕｎ）が演算される。
【００４８】
Ｓｔｅｐ２５では、前記参照保有水平耐力選出部１９によって選出された最小保有水平耐力が、この必要保有水平耐力と比較されて、最小保有水平耐力が、前記必要保有水平耐力よりも勝っているか否か、すなわち、この実施の形態１では勝っていること（Ｑｅｙ≧Ｑｕｎ）が確認される。
【００４９】
【数式５】
2004070500.tif 000007
【００５０】
最小保有水平耐力が、前記必要保有水平耐力よりも勝っている場合は、全ての保有水平耐力が、前記必要保有水平耐力よりも勝っている場合であるので、Ｓｔｅｐ２６で、計算を完了する。
【００５１】
図１に示されるＳｔｅｐ２７では、前記プリンタ装置２２から、確認申請書類として、構造計算書、応力図、図１０，１１に示す軸組図、図１２に示す床伏図及び天井伏図、若しくは図示しない基礎計算用軸力表が印刷出力される。
【００５２】
このように、この実施の形態１の建物の構造設計装置，及び該構造設計装置を用いた構造設計方法では、実際に建築される又は設計される建物で使用される柱２３と梁２４との組み合わせによる接合部分の強度実験が行われ、この強度実験の結果に基づいて保有水平耐力（Ｑｅｙ）及び構造特性係数（Ｄｓ）が、前記データベース部１７に登録される。
【００５３】
そして、このデータベース部１７に登録された前記構造特性係数Ｄｓが用いられて、前記必要保有水平耐力演算部１８で実際に建築される又は設計される建物の必要保有水平耐力が算出され、前記柱２３と梁２４との組み合わせのうち、この建物で最も保有水平耐力が小さい部分での保有水平耐力Ｑｅｙが前記最小保有水平耐力選出部１９で選出される。
【００５４】
前記比較確認部２０では、該選出された最小保有水平耐力が、前記必要保有水平耐力と比較されて、最小保有水平耐力が、前記必要保有水平耐力よりも勝っているかどうかが確認される。勝っていれば安全と判断できる。
【００５５】
このため、実際に建築される又は設計される建物で使用される柱２３と梁２４との組み合わせによる保有水平耐力Ｑｅｙ及び構造特性係数Ｄｓを、前記データベース部１７に予め登録することにより、データの共用化が図れて、一次設計及び二次設計での構造の安全を容易に確認できる。
【００５６】
また、建物の構造図を作成するプログラムを有するＣＡＤ部２１が、前記演算部１６に設けられているので、構造計算書に必要な軸組図，床伏図，屋根伏図等を作成して、構造計算書に付属させることが出来る。
【００５７】
このため、必要とされる建築確認書類を同様に印刷出力が出来、作業性が良好である。
【００５８】
以上、実施の形態１を用いて本願発明に係る建物の構造設計装置，及び該構造設計装置を用いた構造設計方法を説明してきたが、本発明に係る建物の構造設計装置，及び該構造設計装置を用いた構造設計方法は、前記実施の形態１において示したものには限定されない。例えば、実施の形態１において、建物として２階建てのユニット建物を設計する場合を示して説明してきたが、特にこれに限らず、平屋建てや、３階建て等のユニット建物の設計に用いても良い。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載された発明では、実際に建築される又は設計される建物で使用される柱と梁との組み合わせによる接合部分の強度実験が行われ、該強度実験の結果に基づいて保有水平耐力及び構造特性係数が、前記データベース部に登録される。
【００６０】
該データベース部に登録された前記構造特性係数が用いられて、前記必要保有水平耐力演算部で実際に建築される又は設計される建物の必要保有水平耐力が算出され、前記柱と梁との組み合わせのうち、該建物で最も保有水平耐力が小さい部分での保有水平耐力が前記最小保有水平耐力選出部で選出される。
【００６１】
前記比較確認部では、該選出された最小保有水平耐力が、前記必要保有水平耐力と比較されて、最小保有水平耐力が、前記必要保有水平耐力よりも勝っているかどうかが確認される。勝っていれば安全と判断できる。
【００６２】
このため、実際に建築される又は設計される建物で使用される柱と梁との組み合わせによる保有水平耐力及び構造特性係数を、前記データベース部に予め登録することにより、データの共用化が図れて、一次設計及び二次設計での構造の安全を容易に確認できる。
【００６３】
また、建物の構造図を作成するプログラムを有するＣＡＤ部が、設けられてなるものでは、構造計算書に必要な軸組図，床伏図，屋根伏図等を付属させることが出来る、という実用上有益な効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る建物の構造設計装置，及び該構造設計装置を用いた構造設計方法で、建物の構造計算を行う様子を説明する模式図である。
【図２】実施の形態１の建物の構造設計装置，及び該構造設計装置を用いた構造設計方法で、構造設計装置の主な構成を説明するブロック図である。
【図３】実施の形態１の建物の構造設計装置，及び該構造設計装置を用いた構造設計方法で、２次設計の流れに沿った動作の順序に沿ったフローチャート図である。
【図４】実施の形態１の建物の構造設計装置，及び該構造設計装置を用いた構造設計方法で用いる建物ユニットの簡易構造モデルの模式図である。
【図５】実施の形態１の建物の構造設計装置，及び該構造設計装置を用いた構造設計方法で、ユニットフレームＰ−δ曲線の一例を示すグラフ図である。
【図６】実施の形態１で、図４中各接合部分でのＭ−θ曲線を示し、（ａ）は、図４中接合部分Ｄでのグラフ図、（ｂ）は、図４中接合部分Ａでのグラフ図、（ｃ）は、図４中接合部分Ｃでのグラフ図、（ｄ）は、図４中接合部分Ｂでのグラフ図である。
【図７】実施の形態１で、梁柱接合部分を示す側面図である。
【図８】実施の形態１で、梁柱接合部分でのＭ−θ曲線を示すグラフ図である。
【図９】実施の形態１で、Ｑ’ｅｙを求めるＰ−δ曲線のグラフ図である。
【図１０】実施の形態１の建物の構造設計装置，及び該構造設計装置を用いた構造設計方法で、設計されたユニット建物のＸ２，Ｘ３通り軸組図の印刷出力の一例を示す平面図である。
【図１１】実施の形態１の建物の構造設計装置，及び該構造設計装置を用いた構造設計方法で、設計されたユニット建物のＹ３，Ｙ４通り軸組図の印刷出力の一例を示す平面図である。
【図１２】実施の形態１の建物の構造設計装置，及び該構造設計装置を用いた構造設計方法で、設計されたユニット建物の１階床伏図及び１階天井伏図の印刷出力の一例を示す平面図である。
【図１３】従来の構造計算の流れを説明するフローチャート図である。
【符号の説明】
１０　　　　構造計算装置
１６　　　　演算部
１７　　　　データベース部
１８　　　　必要保有水平耐力演算部
１９　　　　最小保有水平耐力選出部
２０　　　　比較確認部
２１　　　　ＣＡＤ部
２２　　　　プリンタ装置（出力部）
【図１】
2004070500.tif 000008
【図２】
2004070500.tif 000009
【図３】
2004070500.tif 000010
【図４】
2004070500.tif 000011
【図５】
2004070500.tif 000012
【図６】
2004070500.tif 000013
【図７】
2004070500.tif 000014
【図８】
2004070500.tif 000015
【図９】
2004070500.tif 000016
【図１０】
2004070500.tif 000017
【図１１】
2004070500.tif 000018
【図１２】
2004070500.tif 000019
【図１３】
2004070500.tif 000020