(57)【要約】【課題】  建築構造物を構成する部材を任意に選択可能にする部材断面検定方法を提供し、この部材断面検定法によるプログラムが格納され、この部材断面検定結果に対応した部材剛性行列により、静的弾塑性解析及び動的弾塑性解析を可能とするプログラムを格納した記録媒体を提供することを目的とするものである。【解決手段】  建築構造物、道路橋等の構造物に加わる外力が該構造物の骨組構造の各部材に作用する部材応力に基づいて、該骨組構造の各部材の軸方向とせん断方向との部材応力を統合して得られる主応力損傷限界率及び主応力安全限界率を、三次元で表示した該骨組構造に表示して、前記構造物の崩壊機構を照査確認する部材断面検定方法である。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建築構造物、道路橋等の構造物に加わる外力が該構造物の骨組構造の各部材に作用する部材応力に基づいて、該骨組構造の各部材の軸方向とせん断方向との部材応力を統合して得られる主応力損傷限界率及び主応力安全限界率を、三次元で表示した該骨組構造に表示して、前記構造物の崩壊機構を照査確認することを特徴とする部材断面検定方法。
【請求項２】
前記主応力損傷限界率及び主応力安全限界率により求められる斜張角と脆性率とにより前記構造物の崩壊機構を照査確認することを特徴とする請求項１に記載の部材断面検定方法。
【請求項３】
前記主応力損傷限界率の算出が軸方向損傷限界率とせん断方向損傷限界率とにより求められ、かつ前記主応力安全限界率の算出が軸方向安全限界率とせん断方向安全限界率とにより求めることを特徴とする請求項１に記載の部材断面検定方法。
【請求項４】
建築構造物、道路橋等の構造物に加わる外力が該構造物の骨組構造の各部材に作用する該骨組構造の各部材の軸方向とせん断方向との部材応力に基づいて、軸方向損傷限界率μσｄと軸方向安全限界率μσｓ、及びせん断方向損傷限界率μτｄとせん断方向安全限界率μτｓとを求め、かつ軸方向損傷限界率μσｄとせん断方向損傷限界率μτｄとにより主応力損傷限界率μｄを求め、軸方向安全限界率μσｓとせん断方向安全限界率μτｓとにより主応力安全限界率μｓを求めた後、前記軸方向損傷限界率μσｄを変数とし、軸方向たわみ性接合関数ｅ＝Δσ／（μσｄ−１．０）を定めて該部材の軸方向塑性域長Ｌ／ｅを定め、かつ前記せん断方向損傷限界率μτｄを変数とし、せん断方向たわみ性接合関数ｑ＝Δτ／（μτｄ−１．０）を定めて該部材のせん断方向塑性域長Ｌ／ｑを定めることを特徴とする部材断面検定方法。
【請求項５】
建築構造物、道路橋等の構造物に加わる外力が該構造物の骨組構造の各部材に作用する該骨組構造の各部材の軸方向とせん断方向との部材応力に基づいて、軸方向損傷限界率μσｄと軸方向安全限界率μσｓ及びせん断方向損傷限界率μτｄとせん断方向安全限界率μτｓとを求め、かつ軸方向損傷限界率μσｄとせん断方向損傷限界率μτｄとにより主応力損傷限界率μｄを求め、軸方向安全限界率μσｓとせん断方向安全限界率μτｓとにより主応力安全限界率μｓを求めた後、軸方向たわみ性接合関数ｅとせん断方向たわみ性接合関数ｑを定め、軸方向たわみ性接合関数ｅとせん断方向たわみ性接合関数ｑにより部材ｉ端塑性域たわみ性行列［ｆｉ］と部材ｊ端塑性域たわみ性行列［ｆｊ］と部材中間部たわみ性行列［ｆｍ］を定め、部材長による部材平衡行列［ｈ］としその倒置行列をｔ［ｈ］、逆行列を［ｈ］-1とし、この時のたわみ性行列を［ｆ］＝［ｈ］-1［ｆｊ］ｔ［ｈ］-1＋［ｆｍ］＋［ｆｉ］とし、たわみ性行列の逆行列［ｆ］-1を［ｋii］として［ｋjj］＝［ｈ］［ｋii］ｔ［ｈ］、［ｋij］＝ｔ［ｋji］＝−［ｋii］ｔ［ｈ］とし、部材ｉ端剛性域変換行列を［ｄｉ］としてその倒置行列をｔ［ｄｉ］とし、部材ｊ端剛性行列を［ｄｊ］としてその倒置行列をｔ［ｄｊ］とし、下記式の部材剛性行列［ｋ］を得る手順とを有することを特徴とする部材断面検定方法。
【数１】
2005182736.tif 000010
【請求項６】
建築構造物、道路橋等の構造物に加わる外力が該構造物の骨組構造の各部材に作用する部材応力に基づいて、該骨組構造の各部材の軸方向とせん断方向との部材応力を統合して得られる主応力損傷限界率及び主応力安全限界率を算出する主応力限界率算出手順を備え、該主応力限界率算出手順による算出結果を三次元で表示した該骨組構造に表示する手順を有することを特徴とする部材断面検定プログラムを格納した記録媒体。
【請求項７】
前記主応力損傷限界率及び主応力安全限界率により求められる斜張角と脆性率とにより前記構造物の崩壊機構を照査確認する手順を有することを特徴とする請求項６に記載の部材断面検定プログラムを格納した記録媒体。
【請求項８】
前記主応力損傷限界率の算出が軸方向損傷限界率とせん断方向損傷限界率とにより求められ、かつ前記主応力安全限界率の算出が軸方向安全限界率とせん断方向安全限界率とにより求める手順を有することを特徴とする請求項６に記載の部材断面検定プログラムを格納した記録媒体。
【請求項９】
建築構造物、道路橋等の構造物に加わる外力が該構造物の骨組構造の各部材に作用する該骨組構造の各部材の軸方向とせん断方向との部材応力に基づいて、軸方向損傷限界率μσｄと軸方向安全限界率μσｓ、及びせん断方向損傷限界率μτｄとせん断方向安全限界率μτｓとを求める手順と、軸方向損傷限界率μσｄとせん断方向損傷限界率μτｄとにより主応力損傷限界率を求める手順と、軸方向安全限界率μσｓとせん断方向安全限界率μτｓとにより主応力安全限界率を求めた後、前記軸方向損傷限界率μσｄを変数とし、部材の軸方向たわみ性接合関数ｅ＝Δσ／（μσｄ−１．０）を定めて軸方向塑性域長Ｌ／ｅを定める手順と、該せん断方向損傷限界率μτｄを変数とし、該部材のせん断方向たわみ性接合関数ｑ＝Δτ／（μτｄ−１．０）を定めてせん断方向塑性域長Ｌ／ｑを定める手順を有することを特徴とする部材断面検定プログラムを格納した記録媒体。
【請求項１０】
建築構造物、道路橋等の構造物に加わる外力が該構造物の骨組構造の各部材に作用する該骨組構造の各部材の軸方向とせん断方向との部材応力に基づいて、軸方向損傷限界率μσｄと軸方向安全限界率μσｓ及びせん断方向損傷限界率μτｄとせん断方向安全限界率μτｓとを求める手順と、軸方向損傷限界率μσｄとせん断方向損傷限界率μτｄとにより主応力損傷限界率μｄを求める手順と、軸方向安全限界率μσｓとせん断方向安全限界率μτｓとにより主応力安全限界率μｓを求める手順と、軸方向たわみ性接合関数ｅとせん断方向たわみ性接合関数ｑを定める手順と、軸方向たわみ性接合関数ｅとせん断方向たわみ性接合関数ｑとにより部材ｉ端塑性域たわみ性行列［ｆｉ］と部材ｊ端塑性域たわみ性行列［ｆｊ］と部材中間部たわみ性行列［ｆｍ］とを定める手順と、部材長による部材平衡行列［ｈ］としその倒置行列をｔ［ｈ］、逆行列を［ｈ］-1とし、この時のたわみ性行列を［ｆ］＝［ｈ］-1［ｆｊ］ｔ［ｈ］-1＋［ｆｍ］＋［ｆｉ］とし、たわみ性行列［ｆ］の逆行列を［ｆ］-1を［ｋii］として［ｋjj］＝［ｈ］［ｋii］ｔ［ｈ］、［ｋij］＝ｔ［ｋji］＝−［ｋii］ｔ［ｈ］とし、部材ｉ端剛性域変換行列を［ｄｉ］としてその倒置行列をｔ［ｄｉ］とし、部材ｊ端剛性行列を［ｄｊ］としてその倒置行列をｔ［ｄｊ］とし、下記式の部材剛性行列［ｋ］を得る手順とを有することを特徴とする部材断面検定プログラムを格納した記録媒体。
【数２】
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【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築構造物が地震等の外力を受けその構造物を構成する部材が変形することにより、部材応力を受け、部材応力が損傷限界内か安全限界内であるかを照査確認する構造設計に適応する部材断面検定方法と、この部材断面検定方法の部材断面検定プログラムを格納した記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築構造物の構造設計では、汎用ＣＡＤプログラムを用いて建築構造物の設計を行っており、例えば、建築構造物のデザイン設計、申請図面の作成、設備設計、及び施工図の作成が行われている。建築構造物の構造略設計が終了すると、その建築物構造物の降伏構造設計や降伏構造保証設計、地震応答解析等の構造計算が行われて耐震安全性の確認が行われている。
【０００３】
わが国の「建築基準法」では、建築構造物が建築構造物の定める保有耐力を照査確認し、構造物全体が崩壊機構を構成するときの極限構造物耐力が設計用荷重を上回ように検定するように定めている。また、日本建築学会では、耐力設計法に地震荷重及び耐震設計に関する考え方を反映させた構造計算によって、建築構造物の耐震安全性を確認する計算基準を規定している。
【０００４】
一方、これらの建築構造物の構造計算には、汎用ＣＡＤプログラムと建築構造物の構造計算プログラムとをリンクさせて、汎用ＣＡＤプログラムで設計した図形データをコンピュータ上で構造計算プログラムに渡して構造計算するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２８０１４号公報（明細書全文，図面全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の建築構造物の構造計算では、図２７に示すような部材断面における部材種別毎の断面検定法が存在しており、即ち一つの建築構造物を構成する際の部材種別選択に制限があり統一した部材断面検定ができない欠点があり、また、部材断面検定では、軸方向の断面検定とせん断方向の断面検定とを別々に行い、その構造物が損傷限界内であるか、或いは安全限界内であるかを照査確認している。
【０００７】
構造物の挙動解析の場合、部材応力が損傷限界を超えると、現行の部材剛性行列成分は多種類の成分が提唱されている。例えば、図３５に示すように折れ線近似バネに置換して直接剛性行列成分を表現している。これらのバネ置換モデルはどのモデルを採用するかデザイナ選択によっており、軸方向とせん断方向を統合した部材応力による構造設計を行う設計ツールはなく、より現実的な照査確認の手法が望まれていた。
【０００８】
本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであり、建築構造物を構成する部材を任意に選択可能にする部材断面検定方法を提供し、この部材断面検定法によるプログラムが格納され、この部材断面検定結果に対応した部材剛性行列により、静的弾塑性解析及び動的弾塑性解析を可能とするプログラムを格納した記録媒体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述のような課題に鑑みなされたものであり、請求項１の発明は、建築構造物、道路橋等の構造物に加わる外力が該構造物の骨組構造の各部材に作用する部材応力に基づいて、該骨組構造の各部材の軸方向とせん断方向との部材応力を統合して得られる主応力損傷限界率及び主応力安全限界率を、三次元で表示した該骨組構造に表示して、前記構造物の崩壊機構を照査確認することを特徴とする部材断面検定方法である。
【００１０】
また、請求項２の発明は、前記主応力損傷限界率及び主応力安全限界率により求められる斜張角と脆性率とにより前記構造物の崩壊機構を照査確認することを特徴とする請求項１に記載の部材断面検定方法である。
【００１１】
また、請求項３の発明は、前記主応力損傷限界率の算出が軸方向損傷限界率とせん断方向損傷限界率とにより求められ、かつ前記主応力安全限界率の算出が軸方向安全限界率とせん断方向安全限界率とにより求められることを特徴とする請求項１に記載の部材断面検定方法である。
【００１２】
また、請求項４の発明は、建築構造物、道路橋等の構造物に加わる外力が該構造物の骨組構造の各部材に作用する該骨組構造の各部材の軸方向とせん断方向との部材応力に基づいて、軸方向損傷限界率μσｄと軸方向安全限界率μσｓ、及びせん断方向損傷限界率μτｄとせん断方向安全限界率μτｓとを求め、かつ軸方向損傷限界率μσｄとせん断方向損傷限界率μτｄとにより主応力損傷限界率μｄを求め、軸方向安全限界率μσｓとせん断方向安全限界率μτｓとにより主応力安全限界率μｓを求めた後、前記軸方向損傷限界率μσｄを変数とし、軸方向たわみ性接合関数ｅ＝Δσ／（μσｄ−１．０）を定めて該部材の軸方向塑性域長Ｌ／ｅを定め、かつ前記せん断方向損傷限界率μτｄを変数とし、せん断方向たわみ性接合関数ｑ＝Δτ／（μτｄ−１．０）を定めて該部材のせん断方向塑性域長Ｌ／ｑを定めることを特徴とする部材断面検定方法である。なお、上記たわみ性接合関数ｅ，ｑにおける係数λは、λ＝ｒ・ＣＯＳ（θｓ）であり、θｓ は斜張角であり、ｒは部材の成Ｄ，ｂとして、ｒ＝√（Ｄ２＋ｂ２）である。
【００１３】
また、請求項５の発明は、建築構造物、道路橋等の構造物に加わる外力が該構造物の骨組構造の各部材に作用する該骨組構造の各部材の軸方向とせん断方向との部材応力に基づいて、軸方向損傷限界率μσｄと軸方向安全限界率μσｓ及びせん断方向損傷限界率μτｄとせん断方向安全限界率μτｓとを求め、かつ軸方向損傷限界率μσｄとせん断方向損傷限界率μτｄとにより主応力損傷限界率μｄを求め、軸方向安全限界率μσｓとせん断方向安全限界率μτｓとにより主応力安全限界率μｓを求めた後、軸方向たわみ性接合関数ｅとせん断方向たわみ性接合関数ｑを定め、軸方向たわみ性接合関数ｅとせん断方向たわみ性接合関数ｑにより部材ｉ端塑性域たわみ性行列［ｆｉ］と部材ｊ端塑性域たわみ性行列［ｆｊ］と部材中間部たわみ性行列［ｆｍ］を定め、部材長による部材平衡行列［ｈ］としその倒置行列をｔ［ｈ］、逆行列を［ｈ］-1とし、この時のたわみ性行列を［ｆ］＝［ｈ］-1［ｆｊ］ｔ［ｈ］-1＋［ｆｍ］＋［ｆｉ］とし、たわみ性行列の逆行列［ｆ］-1を［ｋii］として［ｋjj］＝［ｈ］［ｋii］ｔ［ｈ］、［ｋij］＝ｔ［ｋji］＝−［ｋii］ｔ［ｈ］とし、部材ｉ端剛性域変換行列を［ｄｉ］としてその倒置行列をｔ［ｄｉ］とし、部材ｊ端剛性行列を［ｄｊ］としてその倒置行列をｔ［ｄｊ］とし、下記式の部材剛性行列［ｋ］を得る手順とを有することを特徴とする部材断面検定方法である。
【数３】
2005182736.tif 000003
【００１４】
また、請求項６の発明は、建築構造物、道路橋等の構造物に加わる外力が該構造物の骨組構造の各部材に作用する部材応力に基づいて、該骨組構造の各部材の軸方向とせん断方向との部材応力を統合して得られる主応力損傷限界率及び主応力安全限界率を算出する主応力限界率算出手順を備え、該主応力限界率算出手順による算出結果を三次元で表示した該骨組構造に表示する手順を有することを特徴とする部材断面検定プログラムを格納した記録媒体である。なお、この記録媒体に記録された部材断面検定プログラムは、コンピュータにより読み出して実行することができる。
【００１５】
また、請求項７の発明は、前記主応力損傷限界率及び主応力安全限界率により求められる斜張角と脆性率とにより前記構造物の崩壊機構を照査確認する手順を有することを特徴とする請求項６に記載の部材断面検定プログラムを格納した記録媒体である。
【００１６】
また、請求項８の発明は、前記主応力損傷限界率の算出が軸方向損傷限界率とせん断方向損傷限界率とにより求められ、かつ前記主応力安全限界率の算出が軸方向安全限界率とせん断方向安全限界率とにより求める手順を有することを特徴とする請求項６に記載の部材断面検定プログラムを格納した記録媒体である。
【００１７】
また、請求項９の発明は、建築構造物、道路橋等の構造物に加わる外力が該構造物の骨組構造の各部材に作用する該骨組構造の各部材の軸方向とせん断方向との部材応力に基づいて、軸方向損傷限界率μσｄと軸方向安全限界率μσｓ、及びせん断方向損傷限界率μτｄとせん断方向安全限界率μτｓとを求める手順と、軸方向損傷限界率μσｄとせん断方向損傷限界率μτｄとにより主応力損傷限界率を求める手順と、軸方向安全限界率μσｓとせん断方向安全限界率μτｓとにより主応力安全限界率を求めた後、前記軸方向損傷限界率μσｄを変数とし、部材の軸方向たわみ性接合関数ｅ＝Δσ／（μσｄ−１．０）を定めて軸方向塑性域長Ｌ／ｅを定める手順と、該せん断方向損傷限界率μτｄを変数とし、該部材の前記部材のせん断方向たわみ性接合関数ｑ＝Δτ／（μτｄ−１．０）を定めてせん断方向塑性域長Ｌ／ｑを定める手順を有することを特徴とする部材断面検定プログラムを格納した記録媒体である。なお、上記たわみ性接合関数ｅ，ｑにおける係数λは、λ＝ｒ・ＣＯＳ（θｓ）であり、θｓは斜張角であり、ｒは部材の成Ｄ，ｂとして、ｒ＝√（Ｄ２  ＋ｂ２  ）である。
【００１８】
また、請求項１０の発明は、建築構造物、道路橋等の構造物に加わる外力が該構造物の骨組構造の各部材に作用する該骨組構造の各部材の軸方向とせん断方向との部材応力に基づいて、軸方向損傷限界率μσｄと軸方向安全限界率μσｓ及びせん断方向損傷限界率μτｄとせん断方向安全限界率μτｓとを求める手順と、軸方向損傷限界率μσｄとせん断方向損傷限界率μτｄとにより主応力損傷限界率μｄを求める手順と、軸方向安全限界率μσｓとせん断方向安全限界率μτｓとにより主応力安全限界率μｓを求める手順と、軸方向たわみ性接合関数ｅとせん断方向たわみ性接合関数ｑを定める手順と、軸方向たわみ性接合関数ｅとせん断方向たわみ性接合関数ｑとにより部材ｉ端塑性域たわみ性行列［ｆｉ］と部材ｊ端塑性域たわみ性行列［ｆｊ］と部材中間部たわみ性行列［ｆｍ］とを定める手順と、部材長による部材平衡行列［ｈ］としその倒置行列をｔ［ｈ］、逆行列を［ｈ］-1とし、この時のたわみ性行列を［ｆ］＝［ｈ］-1［ｆｊ］ｔ［ｈ］-1＋［ｆｍ］＋［ｆｉ］とし、たわみ性行列［ｆ］の逆行列を［ｆ］-1を［ｋii］として［ｋjj］＝［ｈ］［ｋii］ｔ［ｈ］、［ｋij］＝ｔ［ｋji］＝−［ｋii］ｔ［ｈ］とし、部材ｉ端剛性域変換行列を［ｄｉ］としてその倒置行列をｔ［ｄｉ］とし、部材ｊ端剛性行列を［ｄｊ］としてその倒置行列をｔ［ｄｊ］とし、下記式の部材剛性行列［ｋ］を得る手順とを有することを特徴とする部材断面検定プログラムを格納した記録媒体である。
【数４】
2005182736.tif 000004
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、上述のような課題を解消したものであって、請求項１の発明では、建築構造物、道路橋等の構造物に加わる外力が該構造物の骨組構造の各部材に作用する部材応力に基づいて、該骨組構造の各部材の軸方向とせん断方向との部材応力を統合して得られる主応力損傷限界率及び主応力安全限界率を、三次元で表示した該骨組構造に表示して、前記構造物の崩壊機構を照査確認することを特徴とする部材断面検定方法であり、外力が加わる構造物の骨組構造の軸方向とせん断方向との部材応力を統合して求められた主応力損傷限界率及び主応力安全限界率によって、構造物の部材断面検定を行って、その構造物が損傷限界内か安全限界内か、或いは安全限界を超えているか否かを、三次元表示した骨組構造にディスプレイに表示して照査確認することができ、従来と比較して、一層確実な断面検定が可能である。即ち、本発明に定める無次元化量の主応力限界率と脆性率とにより建築構造物の安全設計と粘り強い構造物を設計するためのツールを提供することができる利点がある。
【００２０】
また、請求項２の発明では、前記主応力損傷限界率及び主応力安全限界率により求められる斜張角と脆性率とにより前記構造物の崩壊機構を照査確認することを特徴とする請求項１に記載の部材断面検定方法であり、斜張角からは、脆性率及び靱性率（粘り強さ）を求めることができる効果を有し、軸方向限界率、せん断方向限界率、斜張角、脆性率を反映させて、部材の軸方向塑性域長Ｌ／ｅ（但し、軸方向限界率μσｄ≦１．０の場合はＬ／ｅ＝０．０）及びせん断方向塑性域長Ｌ／ｑ（但し、せん断方向限界率μτｄ≦１．０の場合は／ｑ＝０．０）を求めることが可能である利点がある。
【００２１】
また、請求項３の発明では、前記主応力損傷限界率の算出が軸方向損傷限界率とせん断方向損傷限界率とにより求められ、かつ前記主応力安全限界率の算出が軸方向安全限界率とせん断方向安全限界率とにより照査確認することを特徴とする請求項１に記載の部材断面検定方法であり、主応力安全限界率を超えた部材に対して、構造物の一部崩壊或いは全崩壊をディスプレイに表示して警告することができる利点がある。
【００２２】
また、請求項４の発明では、建築構造物、道路橋等の構造物に加わる外力が該構造物の骨組構造の各部材に作用する該骨組構造の各部材の軸方向とせん断方向との部材応力に基づいて、軸方向損傷限界率μσｄと軸方向安全限界率μσｓ、及びせん断方向損傷限界率μτｄとせん断方向安全限界率μτｓとを求め、かつ軸方向損傷限界率μσｄとせん断方向損傷限界率μτｄとにより主応力損傷限界率μｄを求め、軸方向安全限界率μσｓとせん断方向安全限界率μτｓとにより主応力安全限界率μｓを求めた後、前記軸方向損傷限界率μσｄを変数とし、部材の軸方向たわみ性接合関数ｅ＝Δσ／（μσｄ−１．０）を定めて軸方向塑性域長Ｌ／ｅを定め、かつ、前記せん断方向損傷限界率μτｄを変数とし、該部材のせん断方向たわみ性接合関数ｑ＝Δτ／（μτｄ−１．０）を定めてせん断方向塑性域長Ｌ／ｑを定めることを特徴とする部材断面検定方法であり、外力が加わる構造物の骨組構造の軸方向とせん断方向との部材応力を統合した主応力損傷及び主応力安全限界率によって、断面検定を行って、その構造物が損傷限界内か、安全限界内か或いは安全限界を超えているか否かを照査確認することができ、三次元を考慮して部材応力を解析してコンピュータのディスプレイに表示しており、従来と比較して確実な部材断面検定が可能である。
【００２３】
また、請求項５の発明では、建築構造物、道路橋等の構造物に加わる外力が該構造物の骨組構造の各部材に作用する該骨組構造の各部材の軸方向とせん断方向との部材応力に基づいて、軸方向損傷限界率μσｄと軸方向安全限界率μσｓ及びせん断方向損傷限界率μτｄとせん断方向安全限界率μτｓとを求め、かつ軸方向損傷限界率μσｄとせん断方向損傷限界率μτｄとにより主応力損傷限界率μｄを求め、軸方向安全限界率μσｓとせん断方向安全限界率μτｓとにより主応力安全限界率μｓを求めた後、軸方向たわみ性接合関数ｅとせん断方向たわみ性接合関数ｑを定め、軸方向たわみ性接合関数ｅとせん断方向たわみ性接合関数ｑにより部材ｉ端塑性域たわみ性行列［ｆｉ］と部材ｊ端塑性域たわみ性行列［ｆｊ］と部材中間部たわみ性行列［ｆｍ］を定め、部材長による部材平衡行列［ｈ］としその倒置行列をｔ［ｈ］、逆行列を［ｈ］-1とし、この時のたわみ性行列を［ｆ］＝［ｈ］-1［ｆｊ］ｔ［ｈ］-1＋［ｆｍ］＋［ｆｉ］とし、たわみ性行列の逆行列［ｆ］-1を［ｋii］として［ｋjj］＝［ｈ］［ｋii］ｔ［ｈ］、［ｋij］＝ｔ［ｋji］＝−［ｋii］ｔ［ｈ］とし、部材ｉ端剛性域変換行列を［ｄｉ］としてその倒置行列をｔ［ｄｉ］とし、部材ｊ端剛性行列を［ｄｊ］としてその倒置行列をｔ［ｄｊ］とし、部材剛性行列［ｋ］を得る手順とを有することを特徴とする部材断面検定方法であるので、建造物の挙動解析に用いられる部材剛性行列［ｋ］（バネマトリックス）が、主応力損傷限界率と主応力安全限界率とを反映したたわみ性接合関数から求められており、この部材剛性行列［ｋ］は構造設計に用いられ、構造準備計算から静的・動的弾塑性計算等の外力に対する構造物の安全性を高めた設計ができる効果を有する。
【００２４】
また、請求項６の発明では、建築構造物、道路橋等の構造物に加わる外力が該構造物の骨組構造の各部材に作用する部材応力に基づいて、該骨組構造の各部材の軸方向とせん断方向との部材応力を統合して得られる主応力損傷限界率及び主応力安全限界率を算出する主応力限界率算出手順を備え、該主応力限界率算出手順による算出結果を三次元で表示した該骨組構造に表示する手順を有することを特徴とする部材断面検定プログラム（部材断面検定機能）を格納した記録媒体であり、この記録媒体に格納されたプログラムをコンピュータが読み取って実行し、３次元で表示した構造物の骨組構造から軸方向とせん断方向との部材応力を統合して得られる主応力損傷及び主応力安全限界率を算出し、ディスプレイに３次元構造物の各部材に対応して表示して部材断面検定を行うことができる利点がある。
【００２５】
また、請求項７の発明では、前記主応力損傷限界率及び主応力安全限界率により求められる斜張角と脆性率とにより前記構造物の崩壊機構を照査確認する手順を有することを特徴とする請求項６に記載の部材断面検定プログラム（部材断面検定機能）を格納した記録媒体であり、この記録媒体をコンピュータで読み取って、構造物の部材断面における構造計算において３次元を考慮した設計を可能にし得る利点がある。
【００２６】
また、請求項８の発明では、前記主応力損傷限界率の算出が軸方向損傷限界率とせん断方向損傷限界率とにより求められ、かつ前記主応力安全限界率の算出が軸方向安全限界率とせん断方向安全限界率とにより求める手順を有することを特徴とする請求項６に記載の部材断面検定プログラムを格納した記録媒体であり、構造準備計算から静的・動的弾塑性計算等の耐震安全性の照査まで一貫した設計ツールとして利用できる利点がある。
【００２７】
また、請求項９の発明では、建築構造物、道路橋等の構造物に加わる外力が該構造物の骨組構造の各部材に作用する該骨組構造の各部材の軸方向とせん断方向との部材応力に基づいて、軸方向損傷限界率μσｄと軸方向安全限界率μσｓ、及びせん断方向損傷限界率μτｄとせん断方向安全限界率μτｓとを求める手順と、軸方向損傷限界率μσｄとせん断方向損傷限界率μτｄとにより主応力損傷限界率μｄを求める手順と、軸方向安全限界率μσｓとせん断方向安全限界率μτｓとにより主応力安全限界率μｓを求めた後、前記軸方向損傷限界率μσｄを変数とし、部材の軸方向たわみ性接合関数ｅ＝Δσ／（μσｄ−１．０）を定めて軸方向塑性域長Ｌ／ｅを定める手順と、前記せん断方向損傷限界率μτｄを変数とし、該部材のせん断方向たわみ性接合関数ｑ＝Δτ／（μτｄ−１．０））を定めてせん断方向塑性域長Ｌ／ｑを定める手順を有することを特徴とする部材断面検定プログラムを格納した記録媒体であり、ＣＡＤ汎用プログラムを利用した建築設計支援システムとし、構造準備計算から静的・動的弾塑性計算等の耐震安全性の照査まで一貫した設計ツールとして利用できる利点がある。
【００２８】
また、請求項１０の発明では、建築構造物、道路橋等の構造物に加わる外力が該構造物の骨組構造の各部材に作用する該骨組構造の各部材の軸方向とせん断方向との部材応力に基づいて、軸方向損傷限界率μσｄと軸方向安全限界率μσｓ及びせん断方向損傷限界率μτｄとせん断方向安全限界率μτｓとを求める手順と、軸方向損傷限界率μσｄとせん断方向損傷限界率μτｄとにより主応力損傷限界率μｄを求める手順と、軸方向安全限界率μσｓとせん断方向安全限界率μτｓとにより主応力安全限界率μｓを求める手順と、軸方向たわみ性接合関数ｅとせん断方向たわみ性接合関数ｑを定める手順と、軸方向たわみ性接合関数ｅとせん断方向たわみ性接合関数ｑとにより部材ｉ端塑性域たわみ性行列［ｆｉ］と部材ｊ端塑性域たわみ性行列［ｆｊ］と部材中間部たわみ性行列［ｆｍ］とを定める手順と、部材長による部材平衡行列［ｈ］としその倒置行列をｔ［ｈ］、逆行列を［ｈ］-1とし、この時のたわみ性行列を［ｆ］＝［ｈ］-1［ｆｊ］ｔ［ｈ］-1＋［ｆｍ］＋［ｆｉ］とし、たわみ性行列［ｆ］の逆行列を［ｆ］-1を［ｋii］として［ｋjj］＝［ｈ］［ｋii］ｔ［ｈ］、［ｋij］＝ｔ［ｋji］＝−［ｋii］ｔ［ｈ］とし、部材ｉ端剛性域変換行列を［ｄｉ］としてその倒置行列をｔ［ｄｉ］とし、部材ｊ端剛性行列を［ｄｊ］としてその倒置行列をｔ［ｄｊ］とし、部材剛性行列［ｋ］を得る手順とを有することを特徴とする部材断面検定プログラムを格納した記録媒体であり、ＣＡＤ汎用プログラムを用いた建築設計支援システムにリンクさせて、構造略設計から応力計算，断面算定、そして構造準備計算から静的・動的弾塑性計算等の耐震安全性の照査まで一環した設計ツールとして利用できる利点がある。
【００２９】
現行では、部材剛性行列成分（ばねマトリックスを構成する要素成分）を図３５に示すような折れ線近似バネに置換して表現しているが、このようなばね置換モデルは、多種多様であって、このバネ置換モデルの何れのモデルを採用するかは、デザイナが選択しており、客観的な安全性の評価が困難な面があったが、本発明では、たわみ性行列（たわみ性行列は、梁（部材）のたわみを表現する微分方程式から導かれ、これらの行列によるマトリックス変位法が骨組構造解析の基礎とする）から全ての項を考慮した剛性行列を構成しており、全ての項（因子）を考慮した剛性行列によって、構造設計かや挙動解析（動的解析）等を行うことができ、しかも、たわみ性接合関数により表現し使用部材種に拠らず一意に定まり、建築構造物の設計から安全性の確認（断面検定）までが容易に実施し得る利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の構造物構造設計に適応する部材断面検定方法と、部材断面検定プログラムを格納した記録媒体の一実施形態について図面を参照して説明する。本発明は、建築構造物の設計に用いられる汎用ＣＡＤ（Computer Aided Design ）プログラムと、建築構造物の構造計算プログラムとをリンクさせて構造物の積載、地震、積雪、風圧、衝撃荷重等の外力に対して、構造物の骨組構造を構成する柱、梁、斜材、壁、杭、橋桁、橋脚等の部材が外力を吸収して変位し、この部材が弾性域と、弾塑性域、塑性域と変化する状態に基づいて、構造物の耐力から安全性を照査確認する部材断面検定方法に関しており、汎用ＣＡＤプログラムによって設計した建築構造物の図形データを利用して建築構造物の安全性を確認することができるものである。本発明における構造物の部材断面検定するための手順（部材断面検定プログラム）は、コンピュータ読取り可能な記録媒体（ＣＤ−ＲＯＭ）に格納されており、この記録媒体は、コンピュータで読み取って実行することができる。
【００３１】
本実施形態の構造物構造設計に適応する部材断面検定方法は、図１に示すコンピュータ１に、外部記憶装置２、入力装置３、プロッタ４、表示装置５等が接続されている。外部記憶装置２には、建築構造を作図するための三次元汎用ＣＡＤプログラム２ａが記憶装置２（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ）に格納されているとともに、建築構造計算プログラム２ｂ、建築構造の部材断面検定プログラム２ｃが格納されており、これらのプログラムによる機能がリンクするようにシステムが構成されている。
【００３２】
このコンピュータ１は、建築用ＣＡＤシステムとしての三次元汎用ＣＡＤプログラム２ａ，建築構造計算プログラム２ｂの機能に加えて部材断面検定プログラム２ｃの機能の動作環境が整ったものである。部材断面検定プログラム２ｃは、このような動作環境において、図２に示すように、軸方向損傷・安全限界作成手段１１、せん断方向損傷・安全限界作成手段１２、軸方向たわみ性接合関数作成手段１３、せん断方向たわみ性接合関数作成手段１４、剛性行列作成手段１５、主応力限界算出手段１６、脆性率算出手段１７、照査確認手段１８等の手段を備えたプログラムであり、演算処理により作成されたデータは、構造計算機能や構造物の静的或いは動的解析に利用することができる。
【００３３】
構造物の骨組構造の安全性を照査確認は、図３に示す概略の手順（ステップ）に従って動作し、図４は図３のステップＳ３，Ｓ４の詳細なステップを、ステップＳ３１〜Ｓ３６に示したものである。構造物の断面検定は、ステップＳ１において、質量行列、減衰行列、剛性行列、加速度項、速度項、変位項、入力地震波に基づいて、タイムスパンΔｔとして継続タイムＴ秒間の変位｛Ｄ｝を計算して算出する。ステップＳ２において、部材応力｛Ｐ｝＝［Ｋ］｛Ｄ｝を計算する。［Ｋ］は剛性行列（ばねマトリックス）である。ステップＳ３にて、軸方向限界率、せん断方向限界率を算出し、たわみ性接合関数より剛性低下率を計算し、タイムステップの剛性行列［Ｋ］を求める。剛性行列［Ｋ］は構造計算や構造物の動的解析等に利用される。ステップＳ４にて、軸方向限界率（軸方向損傷限界率，軸方向安全限界率）、せん断方向限界率（せん断方向損傷限界率，せん断方向安全限界率）を統合した主応力限界率（主応力損傷限界率，主応力安全限界率）と脆性率を計算し、構造物の部材断面検定を行う。ステップＳ５において、部材断面検定結果をディスプレイ５（図１）に表示し、脆性破壊（崩壊）する部材を色彩やマーク（□，＊等）で表示する。ステップＳ６において、構造物の全ての部材が安全であるか否かが確認され、セーブＴ秒間経過したならば安全性が確認されたとして終了する。ステップＳ２に戻り、構造物の部材応力を修正して同様な演算処理を行う。
【００３４】
これらのステップ（演算手段）は、図２に示した軸方向損傷・安全限界作成手段１１、せん断方向損傷・安全限界作成手段１２、軸方向たわみ性接合関数作成手段１３、せん断方向たわみ性接合関数作成手段１４、剛性行列作成手段１５、主応力限界算出手段１６、脆性率算出手段１７で処理され、さらに、弾性域、弾塑性域、塑性域の判定及び応力限界率による破壊機構を照査確認手段１８で判定される。
【００３５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。軸方向損傷・安全限界作成手段１１（図1２）による軸方向限界率とせん断方向限界率について説明する。部材６に加わる部材応力を図５の部材応力座標系で示し、軸方向部材応力である圧縮力及び引張力を軸力nx、ｙ軸回りの曲げモーメント力my、ｚ軸回りの曲げモーメント力mzとする。部材変位のベクトルと部材応力のベクトルは、図５にｔ｛ｄ｝＝＜dx，dy，dz，tx，ty，tz＞、ｔ｛ｐ｝＝＜nx，qy，qz，mx，my，mz＞と図示した。
【００３６】
軸方向限界率（軸方向損傷限界率，軸方向安全限界率）は、部材断面形状に係わる任意係数αを、１≦α≦２の範囲として、軸方向限界耐力関数により定める。軸方向限界率は、図６，図８に示したように、軸方向損傷限界率μσｄは、損傷限界軸方向限界耐力関数ＭＭＮσｄ（nx，my，mz）により、μσｄ＝ＭＭＮσｄ（nx，my，mz）で表される。また、軸方向安全限界率μσｓは、安全限界軸方向限界耐力関数ＭＭＮσｓ（nz，my，mz）によって、μσｓ＝ＭＭＮσｓ（nx，my，mz）と表される。これらの軸方向限界率は、日本建築学会が規定した軸方向耐力式（損傷限界軸方向関数ＭＭＮσｄ（nz，my，mz）及び安全限界軸方向関数ＭＭＮσｓ（nx，my，mz））に準拠し、部材応力のうちの軸方向力を無次元量の限界率とした。
なお、図６の（イ）は部材の軸方向損傷限界耐力を示し、（ロ）は軸方向安全限界耐力を示し、（ハ）は軸方向設計応力（Ｐ（nx，my，mz））を示し、図８の（イ）は部材の軸損傷限界耐力を示し、（ロ）は軸方向安全限界耐力を示し、（ハ）は軸方向設計応力（Ｐ（nx，my，mz））を示している。
【００３７】
せん断方向限界率は、図５に示すせん断方向部材応力をｚ軸せん断応力qz、ｙ軸せん断応力qyとし、この時の部材軸まわりのねじり力Txは地震時、剛床仮定（床版が歪まないと仮定）と見なして無視し、せん断方向限界率（せん断方向損傷限界率，せん断方向安全限界率）を定める。せん断方向部材応力の座標を示す図７と図９を参照して、せん断方向限界率（せん断方向損傷限界率，せん断方向安全限界率）について説明する。なお、図７の（イ）は部材のせん断方向損傷限界耐力を示し、（ロ）はせん断方向安全限界耐力を示し、（ハ）はせん断方向設計応力（Ｑ（qz，qy））を示す。また、図９の（イ）は部材のせん断方向損傷限界耐力を示し、（ロ）はせん断方向安全限界耐力を示し、（ハ）はせん断方向設計応力（Ｑ（qz，qy）)を示している。
【００３８】
せん断方向損傷限界率は、損傷限界せん断方向耐力関数ＱＱτｄ（qz，qy）により、せん断方向損傷限界率μτｄは、μτｄ＝ＱＱτｄ（qz，qy）である。せん断方向安全限界率μτｓは、安全限界せん断方向耐力関数ＱＱτｓ（qz，qy）により、せん断方向安全限界率μτｓは、μτｓ＝ＱＱτｓ（qz，qy）である。このせん断方向限界率は、日本建築学会が規定したせん断方向耐力式（損傷限界せん断方向耐力関数ＱＱτｄ（qz，qy）及び安全限界せん断方向耐力関数ＱＱτｓ（qz，qy））に準拠し、部材応力のうちの軸方向力を無次元量の限界率とした。
【００３９】
下記表１は、外力による構造物が変位して、弾性域、弾塑性域、塑性域の何れかの状態に区分けされるかを示した表であり、軸方向限界率及びせん断方向限界率（軸方向損傷限界率μσｄ及び安全限界率μσｓ，せん断方向損傷限界率μτｄ及び安全限界率μτｓ）により、構造物に加わる外力による部材応力に対して断面検定を行うことができることを示している。この判定は照査確認手段１８（図２，図３のステップＳ５）で行われる。但し、下記表１の軸方向限界率は、軸方向損傷限界率μσｄ，軸方向安全限界率μσＳであり、せん断方向限界率は、せん断方向損傷限界率μτｄ，せん断方向安全限界率μτＳである。
【００４０】
【表１】
2005182736.tif 000005
【００４１】
建築構造物は、外力に対して表１のように、弾性域（１）、弾塑性域（２）、塑性域（３）の状態へと変位する。表１において、弾性域は部材応力とひずみとの比例関係が成り立つ範囲であり、弾塑性域は応力に対してひずみが次第に塑性域に移行する領域であり、塑性域は応力とひずみの比例関係が成り立たなくなる範囲であり、さらに応力が加われば骨組構造物の崩壊が始まる。従って、軸方向限界率とせん断方向限界率を求めることによって、構造物の断面検定を行うことができる。
【００４２】
続いて、軸方向及びせん断方向の限界率（軸方向損傷限界率μσｄ及び軸方向安全限界率μσｓ，せん断方向損傷限界率μτｄ及びせん断方向安全限界率μτｓ）の統合した主応力限界率について説明する。先ず、任意係数ｃを１．０≦ｃ≦３．０とし、主応力限界率（主応力損傷限界率μｄ，主応力安全限界率μｓ）が求められる。
【００４３】
主応力損傷限界率μｄは、軸力方向損傷限界率μσｄとせん断方向損傷限界率μτｄを統合したものであり、主応力安全限界率μｓは、軸力方向損安全界率μσｓとせん断方向安全限界率μτｓを統合したものであり、以下の式で表される。これら主応力限界率は、構造部材の種々の種別において、統一した評価を得るための値として用いられる。
主応力損傷限界率μｄ＝√（μσｄ２  ＋ｃ２μτｄ２  ）      …（１）
主応力安全限界率μｓ＝√（μσｓ２  ＋ｃ２μτｓ２  ）      …（２）
【００４４】
また、構造設計に用いられる斜張角θｓ と脆性率φｓ は、軸方向安全限界率μσｓとせん断方向安全限界率μτｓから求めることができる。斜張角θｓ 及び脆性率φｓ は以下の式で表される。なお、斜張角θｓ は、図１５に示したように、柱に梁が接した断面と梁の中心線との交点に斜張力が作用する角を意味している。
斜張角θｓ ＝arcTan （ｃμτｓ／μσｓ）            ……（３）
脆性率φｓ ＝Фｓ (μσｓ，ｃμτｓ)＝θｓ  ／９０．０  ……（４）
【００４５】
一方、部材のもろさを表す指標としての部材ランク規定は、脆性率φｓが増大するとせん断破壊型（脆性破壊）になり、また、斜張角θｓ の分母分子を入れ替え、無次元化すると靭性率（粘り強さ）を評価する式を日本建築学会が規定する耐力式に基づき定める。
【００４６】
次に、図１５，１６に示す部材の部材長Ｌ、成をＤ，ｂとして、係数λをλ＝ｒ・ＣＯＳ（θｓ ）（但し、ｒ＝√（Ｄ２  ＋ｂ２  ））とする。軸方向損傷限界率μσｄを変数とし、図１３に示すように、部材応力nx，my，mzが軸方向安全限界率μσｓが１となる時の損傷限界率から見た値をμσｄsとし、Δσ=（Ｌ／λ）（μσｄs −１．０）を定め、図１３に示したように、軸方向たわみ性接合関数ｅを、ｅ＝Δσ／（μσｄ−１．０）と定め、軸方向塑性域長さＬ／ｅ（但し、μσｄ≦１．０の場合はＬ／ｅ＝０．０）を日本建築学会が規定する耐力式に基き定める。なお、図１５では斜張角θｓ が４５°の場合を示しているが、斜張角θｓ が４５°以外の場合、実験結果による係数λの数値を直接取り入れるか、観測結果の斜張角θｓ の数値を用いてよい。
【００４７】
また、図１５，１６に示す部材（梁）の成をＤ，ｂとし、係数λを、λ＝ｒ・ＣＯＳ（θｓ ）（但し、ｒ＝√（Ｄ２  ＋ｂ２  ））とする。せん断方向限界率μτｄを変数とし、図１４に示すように、せん断方向部材応力ｑz、ｑｙがせん断方向安全限界率μτｓが１となる時の値を損傷限界率から見たときの値をμτｄsとし、Δτ＝（Ｌ／λ）（μτｄs−１．０）を定め、図１４に示したように、せん断方向たわみ性接合関数ｑを、ｑ＝Δτ／（μτｄ−１．０）と定め、軸方向塑性域長さＬ／ｑ（但し、μτｄ≦１．０の場合はＬ／ｑ＝０．０）を日本建築学会が規定した耐力式に基き定める。なお、図では斜張角θｓ が４５°の場合を示しているが、斜張角θｓ が４５°以外の場合。実験結果による係数λの数値を直接取り入れるか、観測結果の斜張角θｓ の数値を用いてもよい。
【００４８】
続いて、部材剛性行列について説明する。なお、図１６に示すｉ端及びｊ端を柱で支持された梁の部材断面（部材応力）について説明する。部材断面は、Ｉｚをｚ軸まわり断面二次モーメントとし、Ｉｙをｙ軸まわり断面二次モーメントとし、Ｉｘをｘ軸まわり断面二次モーメントとし、ｙ軸せん断形状係数kyをky＝Ax／Ayとし、ｚ軸せん断形状係数kzをkz＝Ax／Azとする。部材長をＬとし、Ｅを軸方向弾性定数、Ｇをせん断弾性定数、Axをｘ軸方向部材断面積、Ayをｙ軸方向せん断面積、Azをｚ軸方向せん断面積、部材ｉ端芯と部材交差部との距離を部材剛域長さｄｉ、部材ｊ端芯と部材交差部との距離を部材剛域長さｄｊとする。図１６に示すように部材を両端の剛域、塑性域、中央の弾性域と５パーツに区分して、次に説明する部材剛性行列を定める。
【００４９】
図１７に示すように、ｉ端軸方向たわみ性接合関数ｅｉ、ｉ端せん断方向たわみ性接合関数ｑｉより、ｉ端塑性域たわみ性行列を［ｆｉ］とする。
（１）図１８に示すように、ｊ端軸方向たわみ性接合関数ｅｊ、ｊ端せん断方向たわみ性接合関数ｑｊより、ｊ端塑性域たわみ性行列を［ｆｊ］とする。
（２）図１９に示すように、軸方向の弾性域低減率を１／ｄ＝（１−１／ｅｉ−１／ｅｊ）とし、せん断方向の剛性低下率を１／ｓ＝（１−１／ｑｉ  −１／ｑｊ  ）とし、安定関数Ф１，Ф２，Ф３と係数ΔФ＝Ф１・Ф３−Ф２ ・Ф２は座屈を考慮した項とし、部材中間部の弾性域たわみ性行列を［ｆｍ］とする。
（３）図２０に示すように、部材長Ｌによる部材平衡行列を［ｈ］とする。
（４）図２１に示すように、部材剛域長さをｄｉとする部材ｉ端剛域変換行列を［ｄｉ］とする。
（５）図２２に示すように、部材剛域長さをｄｊとする部材ｊ端剛域変換行列を［ｄｊ］とする。
（６）部材平衡行列［ｈ］の倒置行列をｔ［ｈ］として逆行列を［ｈ］-1とし、部材ｉ端・ｊ端剛域変換行列［ｄｉ］，［ｄｊ］の倒置行列を ｔ［ｄｉ］，ｔ［ｄｊ］とし、たわみ性行列を［ｆ］＝［ｈ］-1［ｆｊ］ｔ［ｈ］-1＋［ｆｍ］＋［ｆｉ］とし、たわみ性行列の逆行列［ｆ］-1を［ｋii］とし、［ｋjj］＝［ｈ］［ｋii］ｔ［ｈ］、［ｋij］＝ｔ［ｋji］＝−［Ｋii］ｔ［ｈ］とすると、下記式に示す部材剛性行列［ｋ］を得る。このように部材剛性行列［ｋ］は、部材応力に対応してたわみ性行列［ｆ］より導く。
【００５０】
【数５】
2005182736.tif 000006
【００５１】
一方、図２６に示すように安全限界動的応答計算を実行した際、一旦塑性域に入った部材は逆載荷時初期剛性に戻ることはない。従って、以下のように、耐力の低下を反映させるために、それぞれの限界率に剛性低下率の逆数ｄ，ｓをかけて補正する。軸方向損傷限界率μσｄでは、逆数ｄを乗じたｄ・μσｄを新たな軸方向損傷限界率μσｄとし、同様に、軸方向安全限界率μσｓに逆数ｄを乗じたｄ・μσｓを新たな軸方向安全限界率μσｓとし、せん断方向損傷限界率μτｄに逆数ｓを乗じたｓ・μτｄを新たなせん断方向損傷限界率μτｄとし、せん断方向安全限界率μτｓに逆数ｓを乗じたｓ・μτｓを新たなせん断方向安全限界率μτｓとする。
【実施例】
【００５２】
本発明の実施例について図面を参照して説明する。先ず、鉄骨断面（α＝１）における軸方向限界率（軸方向損傷限界率μσｄ，軸方向安全限界率μσｓ）を説明する。部材応力の軸力は、図６の部材応力座標系で示すことができる。
【００５３】
鉄骨断面（α＝１）における軸方向損傷限界率μσｄは、損傷限界軸方向耐力関数ＭＭＮσｄ（nx，my，mz）として、圧縮検定の場合、μσｄ＝ＭＭＮσｄ（nx，my，mz）＝nx／（Ax／fc）＋my／（Zy／fby）＋mz／（Zz／fbz）となる。
また、引張検定の場合、μσｄ＝ＭＭＮσｄ（nx，my，mz）＝nx／（Ax／ft）＋my／（Zy／fby）＋mz／（Zz／fbz）である。損傷限界耐力式は日本建築学会の鋼構造設計基準による。
【００５４】
また、鉄骨断面（α＝１）における軸方向安全限界率μσｓは、安全限界軸方向耐力関数ＭＭＮσｓ(nx，my，mz）として、圧縮検定の場合、μσｓ＝ＭＭＮσｓ（nx，my，mz）＝nx／Ｎcr＋Ｃy・my／（１−nx／Ｎey）Ｍcr＋Ｃz・mz／（１−nz／Ｎer）Ｍpzである。
また、引張検定の場合、μσｓ＝ＭＭＮσｓ（nx，my，mz）＝nx／Ｎex＋my／Ｍcr＋mz／Ｍpzである。安全限界耐力式は日本建築学会の鋼構造塑設計指針による。
【００５５】
鉄鋼断面（α＝１）のせん断方向限界率（せん断方向損傷限界率μτｄ，せん断方向安全限界率μτｓ）は、部材応力のせん断応力が図７の部材応力座標系で示すことができる。せん断方向損傷限界率μτｄは、損傷限界せん断方向耐力関数ＱＱτｄ（qz，qy）として、μτｄ＝ＱＱτｄ（qz，qy）＝３．０・（qz／Az＋qy／Ay）／ftである。また、せん断方向安全限界率μτｓは、安全限界せん断方向耐力関数ＱＱτｓ（qz，qy）として、μτｓ＝ＱＱτｓ（qz，qy）＝√（３．０）・（qz／Az＋qy／Ay）／σｓである。
【００５６】
なお、上記軸方向及びせん断方向限界率の式において、Axはｘ軸断面積、Azはｚ軸せん断面積、Ayはｙ軸せん断面積、Zyはｙ軸回り断面係数、Zzはｚ軸回り断面係数、ftは鉄骨引っ張り許容応力度、σｓは鉄骨引っ張り降伏強度、fcは鉄骨圧縮許容応力度、fbyはＨ型鋼強軸許容曲げ応力度、fbzはｚ軸許容曲げ曲げ応力度、Ｎcrはｘ軸オイラー座屈強度、Ｎeyはｙ軸オイラー座屈強度、Ｎezはｚ軸オイラー座屈強度、Ｃｙはｙ軸等価曲げモーメント係数、Ｃｚはｚ軸等価曲げモーメント係数、Ｎexは降伏時引っ張り強度、ＭcrはＨ型鋼横座屈強度、Ｍpzは塑性モーメントである。
【００５７】
また、図８を参照して、α＝２における鉄筋コンクリート，鉄骨鉄筋コンクリート軸方向耐力関数について説明する。
軸方向損傷限界率μσｄは、μσｄ＝ＭＭＮσｄ(nx，my，mz)で求められる。ＭＭＮσｄ(nx，my，mz)は、損傷限界軸方向耐力関数である。μσｄ＝ＭＭＮσｄ（nx，my，mz）＝nx／Ｎdx＋√（（my／Ｍdy）２＋（mz／Ｍdz）２ ）である。損傷限界耐力式は、日本建築学会のプレストレス鉄筋コンクリート（ III種ＰＣ）構造設計・施工指針・同解説による。
また、軸方向安全限界率μσＳは、μσＳ＝ＭＭＮσｓ(nx，my，mz)で求められる。ＭＭＮσｓ(nx，my，mz)は、安全限界軸方向耐力関数である。μσＳ＝ＭＭＮσＳ(nx，my，mz) ＝nx／Ｎsx＋√（（my／Ｍsy）２＋（mz／Ｍsz）２）である。安全限界耐力式は、日本建築学会の鉄筋コンクリート構造物の靱性保証型耐震設計指針・同解説による。
【００５８】
続いて、図９を参照して、α＝２における鉄筋コンクリート，鉄骨鉄筋コンクリートのせん断方向損傷限界率について説明する。せん断方向損傷限界率μτｄは、損傷限界せん断方向耐力関式ＱＱτｄ（qz，qy）から求められ、μτｄ＝ＱＱτｄ（qz，qy）＝√（（qz／Ｑdz）２  ＋（qy／Ｑdy）２  ）である。また、せん断方向安全限界率μτｓは、安全限界せん断方向耐力関式ＱＱτｓ（qz，qy）から求められ、μτｓ＝ＱＱτｓ（qz，qy）＝√（（qz／Ｑdz）２＋（qy／Ｑdy）２）である。
【００５９】
次に、耐力式について説明する。なお、ｚ軸方向をＱｚｄ，Ｑｚｓとし、ｙ軸方向をＱｙｄ，Ｑｙｓとする。
（１）α＝２  鉄筋コンクリート損傷限界せん断方向耐力式は、日本建築学会の鉄筋コンクリート構造計算基準・同解説による。
（イ）梁：Ｑｚｄ＝ｂ・ｒｊ｛αｒ・cfs＋ 0.5(rfw(ｒＰｗ−0.002))＋tfr・ｔＰｗ｝＋Ｐｅ・sinθｐ
（ロ）常時鉛直荷重時、柱：Ｑｚｄ＝ｂ・ｒｊ・αｒ（cfs＋0.1σｇ）
（ハ）地震等衝撃荷重時柱：Ｑｚｄ＝ｂ・ｒｊ｛αｒ（cfs＋0.1σｇ）＋0.5rfw（ｒＰｗ−0.002）｝
【００６０】
なお、ｎはヤング係数比、αｒ  はαｒ  ＝４／（Ｍ／（Ｑ・ｒｄ）＋１），（１≦αｒ  ≦２）、ｂは梁幅、ｒｄは引っ張り側鉄筋重心位置、ｒｊは曲げ材応力中心距離、cfsはコンクリートせん断許容応力度、rfwは補強筋引張許容応力度、tfrは斜長補強筋引張許容応力度、ｒＰｗ＝ｒａｗ／（ｂ・ｓ）は補強筋比、ｔＰｗ＝ｔａｗ（sinθｔ＋cosθｔ）／（ｂ・ｓ）は斜長補強筋比、ｒａｗは補強筋断面積、ｔａｗは斜長補強筋断面積、θｐは傾斜配置した軸方向PC鋼材とのなす角、θｔは斜長補強筋と部材軸とのなす角、Ｐｅは有効プレストレス、σｇ＝σｏ＋σｅ、σｅ＝Ｐｅcosθｐ／Ａｅは平均有効プレストレス、σｏ＝nx／Ａｅは平均軸応力度、Ａｅは断面積、ｂ′は鉄骨フランジ位置でのコンクリート有効距離である。
【００６１】
（２）α＝２  鉄骨鉄筋コンクリート損傷限界せん断方向耐力式は日本建築学会の鉄骨鉄筋コンクリート構造計算基準・同解説による。
（イ）梁：Ｑｚｄ＝rQa＋Az・ft
（ロ）常時鉛直荷重時、柱：Ｑｚｄ＝ｂ・ｒｊ・α′ｒ・cfs＋ｎ・Az・ft
（ハ）衝撃荷重時、柱：Ｑｚｄ＝rQa＋Az・ft
α′ｒ＝αｒ  (ｂ′／ｂ≧αｒ／３α)，α′ｒ＝３(ｂ′／ｂ)（ｂ′／ｂ＜αｒ／３)
rQa＝min（rQa１，rQa２） 
rQa１＝ｂ・ｒｊ（αｒ・cfs＋０．５ｒＰｗ・ｒｆｗ）
rQa２＝２．０・ｂ′・ｒｊ・cfs＋ｂ・ｒｊ・ｒＰｗ・ｒｆｗ
【００６２】
（３）α＝２  鉄筋コンクリート安全限界せん断方向耐力式は、日本建築センターによる建築物の構造規定による。
（イ）梁：Ｑｚｓ＝ＱSu・ｂ・ｒｆ＋Ｐｅ・sinθｐ
（ロ）柱：Ｑzs＝（ＱSu＋０．１σｇ）・ｂ・ｒｊ
ＱSu＝（0.0683Ｐt０．２３(Ｆｃ＋180))／(Ｍ／(Ｑ・ｒｄ)＋0.12)＋2.7√(ｒＰｗ・ｒσｗｓ)＋2.7√(ｔＰｗ・ｔσｗｓ)
但し、１≦Ｍ／（Ｑ・ｄ）≦３、ｒσｗｓは補強筋降伏引張強度、ｔσｗｓは斜長補強筋降伏引張強度、Ｍは設計モーメント力、Ｑはせん断力である。
【００６３】
（４）鉄骨鉄筋コンクリート安全限界せん断方向耐力式は、日本建築学会の鉄骨鉄筋コンクリート構造計算基準・同解説による。
Ｑｚｓ＝ｒＱｕ＋Ａz・σｓ／√（３）
但し、  ｒＱｕ＝min（ｒＱｕ 1，ｒＱｕ ２）
ｒＱｕ１＝ｂ・ｒｊ（０．５ＦＳ・α＋０．５ｒＰｗ・ｒσｗｙ）
ｒＱｕ２＝２ｂ′・ｒｊ・ＦＳ＋ｂ・ｒＪ・ｒＰｗ・ｒσｗｙ
ＦＳ＝min（０．１５Ｆｃ，２２．５＋４．５Ｆｃ／１００．０）
【００６４】
次に、図１０に示す鉄筋コンクリートの場合の長方方形断面について、引っ張り側の鉄筋応力とプレストレス力と圧縮側の鉄筋応力とコンクリート圧縮応力がつりあう位置をxnとするとｂを定数としてＤ方向に積分し、すべての応力度を許容応力度にとると損傷損傷限界Ｍdy耐力式が求まる。Ｄを定数としてｂ方向に積分すると損傷限界Ｍdzが得られる。この時、コンクリート圧縮応力度σｃ  は中立軸xnに比例するものとする。日本建築学会による損傷限界耐力式は、プレストレスト鉄筋コンクリート（III種ＰＣ），構造設計・施工指針・同解説による。
【００６５】
【数６】
2005182736.tif 000007
【００６６】
【数７】
2005182736.tif 000008
【００６７】
（ハ）鉄筋の圧縮側応力度σｔはコンクリート圧縮許容応力度を超えない。
【００６８】
但し、上記式において、σｃはコンクリート圧縮応力度、σｔは鉄筋応力度、σｐはＰＣ鋼材引っ張り応力度、ａｔは引っ張り側鉄筋断面積、ａｃは圧縮側鉄筋断面積、Ｐｏはプレストレス力、Ｆｃはコンクリート基準強度、Ｅｓは鉄筋ヤング係数、ＥｐはＰＣ鋼材ヤング係数、εｕはコンクリート終局ひずみ度とする。
【００６９】
次に、図１１に示す、鉄筋コンクリート軸方向安全限界耐力式（α＝２）における終局耐力コンクリートの圧縮縁歪み度は、鉄筋コンクリート造建物の靱性保証型耐震設計指針・同解説日本建設学会による。
（イ）直方形断面の場合のコンクリートブロック係数
ｋ１ ＝0.85                      (Ｆｃ≦28Ｎ/mm２ )
ｋ１ ＝0.85 - 0.05(Ｆｃ - 28)/7  (28Ｎ/mm２  < Ｆｃ ≦56Ｎ/mm２  )
ｋ１ ＝0.65                      (Ｆｃ > 56Ｎ/mm２  )
ｋ３ ＝0.85
（ロ）ファイバースライスによる場合、コンクリート圧縮応力度σｕ  はｅ法に拠った。
【００７０】
【数８】
2005182736.tif 000009
【００７１】
（ハ）鉄筋の応力度σｔ≦（dt／xn）εｕＥｓは降伏時鉄筋応力度を超えない。
（ニ）ＰＣ鋼材の応力度σｐ≦（dp／xn）εｕＥｐは降伏時応力度を超えない。
【００７２】
図１０では、日本建築学会書（プストレスト鉄筋コンクリート（ III種ＰＣ）構造設計・施工指針・同解説の損傷限界耐力式を説明した。この式を使用したα＝２の場合の耐力式を計算した結果を図２３に示し、図２４は計算した結果を数値により示した、また図２５は鉄骨鉄筋非対称断面耐力式計算結果を関数とし図に示した。
【００７３】
図２６は単振動モデルに地震波が進入すると質量に加速度が作用し、載荷、逆載荷が交番に負荷される、この時単振動モデルの剛性の履歴を折れ線にて近似した場合、両端の塑性域長の変化を受け中間部弾性域長さが変化する様子を本発明に適応した場合をまた、一度塑性域に入った部材の弾性域の低減率1/d、1/sはもとに戻ることはないことを図に示した。
【００７４】
図１２は、鋼管ＳＲＣ充填コンクリートにおける損傷限界耐力関数及び安全限界耐力関数について示しており、鉄骨鉄筋コンクリート軸方向限界耐力関数（α＝２）の場合、（ａ）は、鉄骨損傷耐力関数とコンクリート損傷限界耐力関数とを累加したのであり、鉄骨鉄筋コンクリート損傷限界耐力関数を示し、（ｂ）は、鉄骨安全耐力関数とコンクリート安全限界耐力関数とを累加して鉄骨鉄筋コンクリート安全限界耐力関数を示している。鋼管ＳＲＣ充填コンクリートは、図２７の部材断面リスト１７，１８，１６，１５である。
【００７５】
なお、図２７は部材断面リストにおいて、１から８は鉄骨断面を示しており、９から１４は鉄筋コンクリート断面、１５から１７はコンクリート充填鋼管断面、１８はコンクリート鋼管杭、１９、２０、２１、４０はＨ型鋼対称鉄骨鉄筋コンクリート断面、２２から２５は鉄筋コンクリート被覆コンクリート充填鋼管、２６から２９は鉄筋コンクリート被覆中空鋼管、３１から４２は非対称鉄骨鉄筋コンクリート、４３から４９は鉄筋コンクリート充填鋼管、５０は壁を示している。図２８は合成桁の例を示しており、本発明における限界耐力関数は、これらに適応可能であることを示している。
【００７６】
図２９〜図３３は、建築構造物を３次元骨組構造によりディスプレィに表示した図である。図中の＊は部材が安全限界を超えたことを示し、マーク□は、部材が損傷限界を超えたことを示している。図２９は建築構造物の静的安全限設計計算を行った結果に基づいて、西から東へ地震時水平力を加え、本発明の断面検定方法により計算した結果を、崩壊直前のＰＣ（プレストレスト）梁鉄筋コンクリート造モデルにおける軸方向モーメント力、せん断方向力を表示したものである。図３０は、全ての部材がせん断破壊が生じていないことを示している。図３１は、部材ｉ端における主応力安全限界率μｓ＝στｓ(μσｓ，ｃ・μτｓ)＝√（μσｓ２  ＋ｃ２μτｓ２  ）を３次元骨組構造に数値で示し、この限界率の内訳となる軸方向限界率を図３２に示し、せん断方向限界率を図３３に示した。これらの表示結果に基づいて構造物の安全性を確認照査することができる。
【００７７】
さらに、本発明では、構造部の部材に最適プレストレストＰｏを与えた損傷限界耐力式による挙動を図示することが可能であり、図３４の（ａ）はプレストレストＰｏを最適とした場合を示しており、（ｂ）はプレストレストＰｏを大きくした場合の挙動を示し、（ｃ），（ｄ）は、プレストレストＰｏを最適とした場合の地震時の挙動を示す図である。ｘ−ｙ軸の交点のモーメント力が低下した場合は危険であると判断することができる。地震時の挙動特性も容易に表示することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、コンピュータに実行させる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（ＣＤ−ＲＯＭ）に格納し使用し、建築構造物の構造計算にリンクさせて使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明に係る実施形態の部材断面検定方法のプログラムを格納した記録媒体により実行できるコンピュータシステムを示すブロック図である。
【図２】本実施形態の部材断面検定方法における機能ブロック図である。
【図３】本実施形態の部材断面検定方法の概略処理フローを示す図である。
【図４】図３に示す概略処理フローの要部ステップの処理フローを示す図である。
【図５】本実施形態を説明する部材座標系の力のベクトル、変位のベクトルを示す図である。
【図６】鉄骨断面（α=１）の場合の軸方向限界耐力関数を示す図である。
【図７】鉄骨断面（α=１）の場合のせん断方向限界耐力関数を示す図である。
【図８】鉄筋コンクリート、鉄骨鉄筋コンクリート（α=２）の場合の軸方向限界耐力関数を示す図である。
【図９】鉄筋コンクリート、鉄骨鉄筋コンクリート（α=２）の場合のせん断方向限界耐力関数を示す図である
【図１０】α=２の場合の鉄筋コンクリート軸方向損傷限界耐力式を説明するための図である。
【図１１】α=２の場合の鉄筋コンクリート軸方向安全限界耐力式を説明するための図である。
【図１２】α=２の場合の鉄骨鉄筋コンクリート軸方向限界耐力関数を示す図である。
【図１３】軸方向たわみ性接合関数ｅの説明図である。
【図１４】せん断方向たわみ性接合関数ｑの説明図である。
【図１５】塑性域長さの説明図である。
【図１６】部材剛性行列作成の説明図である。
【図１７】ｉ端塑性域たわみ性行列［ｆｉ］である。
【図１８】部材ｊ端塑性域たわみ性行列［ｆｊ］である。
【図１９】部材中間部弾性域たわみ性行列［ｆｍ］である。
【図２０】平衡行列［ｈ］である。
【図２１】部材ｉ端剛域変換行列［ｄｉ］である。
【図２２】部材ｊ端剛域変換行列［ｄｊ］である。
【図２３】（ａ）はＰＣ梁接合耐力関数式を説明図であり、（ｂ）はα=２の場合の軸方向損傷限界耐力関数による挙動を示し、（ｃ）はα=２の場合の軸方向安全限界耐力関数による挙動を示す図である。
【図２４】（ａ）はＰＣ梁に上端から下端に力が加えた図であり、（ｂ）はその軸方向損傷限界耐力関数による数値を示し、（ｃ）は軸方向安全限界耐力関数による数値を示す図である。
【図２５】（ａ）は鉄骨鉄筋非対象断面を示し、（ｂ）はα=２の場合の軸方向損傷限界耐力関数による挙動を示し、（ｃ）はα=２の場合の軸方向安全限界耐力関数による挙動を示す図である。
【図２６】本発明における剛性行列低減率１／ｄ，１／ｓの適応例した復元力特性（動特性）を示す図である。
【図２７】耐力関数が適応可能な部材断面リストの例を示す図である。
【図２８】部材断面を組み合わせた場合、合成桁の例を示す図である。
【図２９】西から東へ地震時水平力を負荷し崩壊直前のＰＣ（プレストレスト）梁鉄筋コンクリート造フレームモーメント図である。
【図３０】図２９と同じ条件でのせん断力図である。
【図３１】図２９と同じ条件にて部材ｉ端位置の主応力方向限界率を数値にて示す図である。
【図３２】図２９と同じ条件にて部材ｉ端位置の軸力方向限界率を数値にて示す図である。
【図３３】図２９と同じ条件にて部材ｉ端位置のせん断力方向限界率を数値にて示す図である。
【図３４】本発明に係る実施形態による耐力式による最適プレストレスト（計画応力）Ｐｏを与えた損傷限界耐力式による挙動を示す図であり、（ａ）はプレストレストＰｏを最適とした場合、（ｂ）はプレストレストＰｏを大きくした場合の挙動を示し、（ｃ），（ｄ）は、プレストレストＰｏを最適とした場合の地震時の挙動を示す図である。
【図３５】従来の折れ線バネモデルの例を示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  コンピュータ
２ａ  三次元汎用プログラム（格納領域）
２ｂ  建築構造計算プログラム（格納領域）
２ｃ  部材断面検定プログラム（格納領域）
２  外部記憶装置
３  入力装置
４  プロッタ
５  表示装置
１１  軸方向損傷・安全限界作成手段
１２  せん断方向損傷・安全限界作成手段
１３  軸方向たわみ性接合関数作成手段
１４  せん断方向たわみ性接合関数作成手段
１５  剛性行列作成手段
１６  主応力限界算出手段
１７  脆性率算出手段
１８  照査確認手段
【図１】
2005182736.tif 000012
【図２】
2005182736.tif 000013
【図３】
2005182736.tif 000014
【図４】
2005182736.tif 000015
【図５】
2005182736.tif 000016
【図６】
2005182736.tif 000017
【図７】
2005182736.tif 000018
【図８】
2005182736.tif 000019
【図９】
2005182736.tif 000020
【図１０】
2005182736.tif 000021
【図１１】
2005182736.tif 000022
【図１２】
2005182736.tif 000023
【図１３】
2005182736.tif 000024
【図１４】
2005182736.tif 000025
【図１５】
2005182736.tif 000026
【図１６】
2005182736.tif 000027
【図１７】
2005182736.tif 000028
【図１８】
2005182736.tif 000029
【図１９】
2005182736.tif 000030
【図２０】
2005182736.tif 000031
【図２１】
2005182736.tif 000032
【図２２】
2005182736.tif 000033
【図２３】
2005182736.tif 000034
【図２４】
2005182736.tif 000035
【図２５】
2005182736.tif 000036
【図２６】
2005182736.tif 000037
【図２７】
2005182736.tif 000038
【図２８】
2005182736.tif 000039
【図２９】
2005182736.tif 000040
【図３０】
2005182736.tif 000041
【図３１】
2005182736.tif 000042
【図３２】
2005182736.tif 000043
【図３３】
2005182736.tif 000044
【図３４】
2005182736.tif 000045
【図３５】
2005182736.tif 000046