(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直方体の骨組み構造体を備えた建物ユニットで構成されるユニット建物、又は、前記建物ユニットと付属建物とで構成されるユニット建物において、
前記建物ユニットの重心の基準点からの距離を重みとして、又は、前記建物ユニット及び前記付属建物の重心の基準点からの距離を重みとして、前記建物ユニットの重量の重み付き平均を計算して前記ユニット建物の重心とし、
前記建物ユニットの基準点からの距離を重みとして、予め求めた水平荷重に対するバネ定数の重み付き平均を計算して前記ユニット建物の剛心とし、
前記重心と前記剛心との距離として偏心距離を求めることを特徴とするユニット建物の構造解析方法。
【請求項２】
直方体の骨組み構造体を備えた建物ユニットで構成されるユニット建物、又は、前記建物ユニットと付属建物とで構成されるユニット建物において、
請求項１記載のユニット建物の構造解析方法により、構造的に必要十分な強度に建物ユニットを組み合わせることを特徴とするユニット建物の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ユニット建物の構造解析方法とユニット建物の設計方法に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建物の構造解析は柱，床梁，天井梁，耐力壁等構造強度に係わる全ての建築要素や建物の自重や積載荷重を対象に解析していた。
【０００３】
また、従来、ユニット建物とは、複数の建物ユニットを縦，横に積み重ね、基礎と建物ユニット及び建物ユニットどうしをアンカーボルト，ボルト，連結板等で接合したものである。
この建物ユニットには、基本形が４本の柱，４本の床梁，４本の天井梁から直方体を構成した柱・梁タイプと基本形が壁パネル，床パネル等から直方体を構成したパネルタイプとがある。
【０００４】
これらの、建物ユニットは、工業化率を高くするため標準化されている。この標準化された建物ユニットだけを他の補強もせずに組み合わせたのではユニット建物の強度が不足する場合があるという問題があった。
上記問題点を解決するユニット建物としては、例えば特許第２５９４３８２号公報において、水平方向に並設した複数の建物ユニットの天井梁の上に建物ユニットを渡って補強部材を一方向に架け渡されたユニット建物が記載されている。
【０００５】
また、従来、建物ユニットが標準化されていることから、建物ユニットのサイズのバリエーションには限度があり、ユニット建物のとりうる外形寸法に制限があるという問題があった。
上記問題点を解決する、ユニット建物にも一般の建物にも適用可能な技術として、特許第２７５４２７８号公報において、建物本体に沿って梁を配設し、この梁の両側に平面三角形状に２つの突出梁を結合し、この突出梁にそれぞれ耐力壁を配設した付属建物が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、建物の構造解析のために、柱，床梁，天井梁，耐力壁等構造強度に係わる全ての建築要素や建物の自重や積載荷重を対象に解析すると、大型のコンピューターで長時間かけて計算しなければならず、長い時間が必要となり、費用がかさむという問題があった。
【０００７】
また、上記特許第２５９４３８２号公報におけるユニット建物の場合補強部材を架け渡す方向が一方向に限られ、補強できる方向が限られるという問題点があった。
さらに、補強部材を架け渡した建物ユニットは高さが高くなるという問題点と、補強部材を採用しない建物ユニットとは、補強部材の高さだけ高さが不揃いになり、並設が困難という問題点があった。
【０００８】
また、上記特許第２７５４２７８号公報における付属建物の場合、その平面形状が三角形に限られるという問題があった。
【０００９】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであって、建物ユニットで構成されるユニット建物、及び、建物ユニットと付属建物で構成されるユニット建物の構造解析を簡単に行える構造解析方法と、建物ユニットだけで構成されたユニット建物、及び、建物ユニットと形状の限定されない付属建物とから構成されたユニット建物の設計方法とを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
ユニット建物の構造解析方法は、直方体の骨組み構造体を備えた建物ユニットで構成されるユニット建物、又は、前記建物ユニットと付属建物とで構成されるユニット建物において、予め建物ユニットごとに水平荷重に対するバネ定数を求め、該建物ユニットごとのバネ定数を足し合わせて、ユニット建物の水平荷重に対する剛性を計算し、該剛性によって荷重を除すことで変形量を計算することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のユニット建物の構造解析方法は、直方体の骨組み構造体を備えた建物ユニットで構成されるユニット建物、又は、前記建物ユニットと付属建物とで構成されるユニット建物において、前記建物ユニットの重心の基準点からの距離を重みとして、又は、前記建物ユニット及び前記付属建物の重心の基準点からの距離を重みとして、前記建物ユニットの重量の重み付き平均を計算して前記ユニット建物の重心とし、前記建物ユニットの基準点からの距離を重みとして、予め求めた水平荷重に対するバネ定数の重み付き平均を計算して前記ユニット建物の剛心とし、前記重心と前記剛心との距離として偏心距離を求めることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のユニット建物の設計方法は、直方体の骨組み構造体を備えた建物ユニットで構成されるユニット建物、又は、前記建物ユニットと付属建物とで構成されるユニット建物において、上記の構造解析方法により、構造的に必要十分な強度に建物ユニットを組み合わせることを特徴とする。
【００１３】
ここで、建物ユニットの水平荷重に対するバネ定数はその剛性を表し、風圧や地震力による水平荷重に対する構造強度の指標の一つである。
【００１４】
また、偏心距離は剛心と重心との距離のことであり、地震力に対する建物の捩じれやすさの指標の一つである。つまり、地震力は、建物の各階の重心に作用する。このため、重心と剛心との位置が一致しないと、建物は水平方向に変形するほか剛心まわりに回転する。偏心距離が大きい建物においては、建物の隅部で部分的に過大な変形を強いられる部材が生じ、それらの部材に損傷が生じることがある。
【００１５】
本発明における建物ユニットについてのバネ定数，重心，重量等のデータは、寸法違いの建物ユニットのそれぞれに対して外寸が同じで構造強度の異なるものに対応した各建物ユニットのバネ定数，重心，重量等のデータを準備するのが効果的である。具体的には、補強のない建物ユニットと外寸が同じで補助柱やブレースを設けた建物ユニットを標準化しておき、それらに対応する建物ユニットのデータを準備しておくことが効果的である。
【００１６】
本発明においては、建物ユニットのバネ定数や重さや重心を、予め実物による実験や測定により求めておくのがよい。
【００１７】
さらに、付属建物の重量や重心は設計図書から求めることができる。また、付属建物はユニット建物にピン接合することにより、水平荷重に対する剛性を建物ユニットだけに負担させることができ、構造解析が簡単にできる。
【００１８】
【作用】
ユニット建物の構造解析方法においては、予め求めた建物ユニットの水平荷重に対するバネ定数を使ってユニット建物の水平荷重に対する剛性を計算するので、通常は複雑な計算を必要とするユニット建物の水平荷重に対する剛性を簡単に計算することができる。
【００１９】
また、本発明のユニット建物の構造解析方法においては、前記建物ユニットの重心の基準点からの距離を重みとして、又は、前記建物ユニット及び前記付属建物の重心の基準点からの距離を重みとして、前記建物ユニットの重量の重み付き平均を計算して前記ユニット建物の重心とし、前記建物ユニットの基準点からの距離を重みとして、予め求めた水平荷重に対するバネ定数の重み付き平均を計算して前記ユニット建物の剛心とし、前記重心と前記剛心との距離として偏心距離を求めるので、通常は複雑な計算を必要とするユニット建物の偏心距離を簡単に計算することができる。
【００２０】
さらに、本発明のユニット建物の設計方法においては、上記の構造解析方法により、構造的に必要十分な強度に建物ユニットを組み合わせるので、構造的に最適なユニット建物の設計ができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例にもとづき図１〜図８を参照して説明する。
図１は本発明の建物ユニットの水平荷重に対するバネ定数の求め方を示す図であり、（ａ）は水平荷重と変形量の関係の求め方を示す正面図であり、（ｂ）は水平荷重と変形量の関係を示すグラフである。図２はユニット建物を模式的に示す平面図であり、図３は本発明のユニット建物の剛心の求め方を示す平面図であり、図４は本発明のユニット建物の重心の求め方を示す平面図であり、図５は本発明のユニット建物の偏心距離の求め方を示す平面図であり、図６は本発明の付属建物付きユニット建物の重心の求め方を示す平面図である。図７は本発明の建物ユニットの水平構面を示す斜視図であり、図８は付属建物付き建物ユニットの実施の形態を示す斜視図である。
【００２２】
図７は建物ユニットＵ1 ，Ｕ2 ，・・・・等から構成される建物ユニットを示す。
本発明において、ユニット建物の解析は図７に示すように、１階の水平構面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ及び２階の水平構面ａ，ｂ，ｃ，ｄそれぞれについて行う。説明を簡単にするために、２階の水平構面ａ，ｂ，ｃ，ｄを例にとって説明する。
図１（ａ）において、建物ユニットＵ1 は４本の柱１，４本の天井梁３，４本の床梁４とで直方体に構成されており、１階の建物ユニットの締結ボルト（不図示）からなる支点５に締結されている。
この建物ユニットＵ1 に水平荷重Ｐ1 を加えると水平方向の変移量Ｓ1 の変形が生じる。この水平荷重Ｐと変形Ｓとの関係をグラフに表すと図１（ｂ）となる。このグラフから、直線部分の勾配Ｐ／Ｓ＝Ｋが剛性を表すバネ定数として求まる。ＰとＳとＫとの関係は数１，数２で示される。
【００２３】
【数１】
0004028652.tif 000002
【００２４】
【数２】
0004028652.tif 000003
【００２５】
図２は建物ユニットＵ1 ，Ｕ2 ，Ｕ3 から構成されるユニット建物であり、各建物ユニットは柱１と壁２を有している。
また、各建物ユニットはそれぞれの壁の長さ方向のバネ定数Ｋ1 1 ，Ｋ1 2 ，・・，Ｋ3 4 は補強のなされていない実物の建物ユニットＵ1 ，Ｕ2 ，Ｕ3 を使った測定により求められている。
【００２６】
図３に示すように、横軸Ｘ，縦軸Ｙの座標軸上に上記ユニット建物を配置する。ここで、座標軸は計算上の設定であり、実際のユニット建物を配置する必要はない。
このようにすると、Ｘ軸方向の水平荷重Ｐx ，Ｙ軸方向の水平荷重Ｐy が働いたときのＸ軸方向の変形Ｓx ，Ｙ軸方向の変形Ｓy は数３，数４で求めることができる。
【００２７】
【数３】
0004028652.tif 000004
【００２８】
【数４】
0004028652.tif 000005
【００２９】
ユニット建物の水平荷重に対する安全性を確認するには、地震力や風力を水平荷重Ｐx ，Ｐy として変形Ｓx ，Ｓy を計算することによりできる。
【００３０】
次に、上記バネ定数Ｋ1 1 ，・・，Ｋ3 4 を使った剛心Ｇの求め方を説明する。剛心Ｇの横軸Ｘ，縦軸Ｙ上の座標点Ｇx ，Ｇy は数５，数６で求めることができる。
【００３１】
【数５】
0004028652.tif 000006
【００３２】
【数６】
0004028652.tif 000007
【００３３】
次に、重心Ｏの求め方を図４で説明する。
図４に示すように、横軸Ｘ，縦軸Ｙの座標軸上に上記ユニット建物を配置する。
ここで、建物ユニットＵ1 ，Ｕ2 ，Ｕ3 の重心をＯ1 ，Ｏ2 ，Ｏ3 、重量をＷ1 ，Ｗ2 ，Ｗ3 とする。
重心Ｏの横軸Ｘ，縦軸Ｙ上の座標点Ｏx ，Ｏy は数７，数８で求めることができる。
【００３４】
【数７】
0004028652.tif 000008
【００３５】
【数８】
0004028652.tif 000009
【００３６】
重心Ｏと剛心Ｇとの距離が偏心距離であり、この距離が小さいほど捩じれのない良好な建物である。
図２〜図４に示すユニット建物は、数５，数６で計算された剛心Ｇ（Ｇx ，Ｇy ）と、数７，数８で計算された重心Ｏ（Ｏx ，Ｏy ）との距離が大きいため、偏心距離が大きいということであり、地震力が加わったときには捩じれが大きいという問題点がある。
【００３７】
そこで、図５に示すように建物ユニットＵ1 をブレース６を追加した建物ユニットＵ´1 に置きかえて、バネ定数をＫ1 4 からＫ´1 4 （実験等により求めておく）と大きくし、建物ユニットＵ3 をブレース７を追加した建物ユニットＵ´3 に置きかえて、バネ定数をＫ3 2 からＫ´3 2 （実験等により求めておく）と大きくした。
その結果、剛心をＧ（Ｇx ，Ｇy ）からＧ´（Ｇx ´，Ｇy ´）に移動させることができ、偏心距離を小さくすることができる。
満足できる程度の偏心距離にできたら、対応する建物ユニットの配置に基づいてユニット建物を設計する。このような設計を経てユニット建物を建築する。
【００３８】
図６はユニット建物にピン接合されたピン構造の付属建物Ａ1 付きユニット建物を示す。
図６により付属建物Ａ1 付きユニット建物の偏心距離の求め方を説明する。
ここで、付属建物Ａ1 はピン構造であり、ユニット建物にピン接合されているので、剛性を持たないものとし、重量をＷa とする。
【００３９】
剛心は付属建物Ａ1 が剛性をもたないので図３に示すＧ（Ｇx ，Ｇy ）となる。
【００４０】
重心Ｏ´の横軸Ｘ，縦軸Ｙ上の座標点Ｏ´x ，Ｏ´y は、数９，数１０で求めることができる。
【００４１】
【数９】
0004028652.tif 000010
【００４２】
【数１０】
0004028652.tif 000011
【００４３】
重心Ｏ（Ｏx ，Ｏy ）より重心Ｏ´（Ｏ´x ，Ｏ´y ）の方が剛心Ｇ（Ｇx ，Ｇy ）に近い。つまり、ピン構造の付属建物Ａ1 をピン接合することにより、ユニット建物の偏心距離を小さくできた。
満足できる程度の偏心距離にできたら、対応する建物ユニットと付属建物の配置に基づいてユニット建物を設計する。このような設計を経てユニット建物を建築する。
【００４４】
以上、本発明の実施例を図面により説明したが、本発明の具体的構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
【００４５】
例えば、ユニット建物は２階建て以上でもよい。また、捩じれやすさは偏心率によって評価してもよい。
【００４６】
また、建物ユニットは壁パネルと床パネルとから構成されるパネルタイプであっても構わない。
【００４７】
このような方法によって、例えば図８の様な建物ユニットＵ1 ，Ｕ2 ，・・・，付属建物Ａ2 とから構成されるユニット建物が建築できる。
なお、構造解析や設計にコンピューター等の補助手段を用いることがよいことはいうまでもない。
【００４８】
【発明の効果】
上記の構造解析方法においては、通常は複雑な計算を必要とするユニット建物の水平荷重に対する構造強度を簡単に計算することができるので、ユニット建物の水平荷重に対する剛性を短い時間で費用をあまりかけずに計算する事ができる。つまり、ユニット建物が水平荷重に対して必要十分な剛性をもっているかどうかを短い時間で費用をあまりかけずに計算する事ができるので、ユニット建物の構造的最適設計を簡単に行うことができる。
【００４９】
また、本発明の構造解析方法においては、通常は複雑な計算を必要とするユニット建物の偏心距離を簡単に計算することができるので、ユニット建物の地震力に対する捩じれやすさを短い時間で費用をあまりかけずに計算することができる。つまり、ユニット建物が地震力に対して必要十分な捩じれにくさを持っているかどうかを短い時間で費用をあまりかけずに計算する事ができるので、ユニット建物の構造的最適設計を簡単に行うことができる。
【００５０】
また、本発明のユニット建物の設計方法においては、構造的に必要十分な強度に建物ユニットを組み合わせることにより、構造的に最適なユニット建物の設計ができるので、経済的で住まいがってのよいユニット建物を短時間に安い経費で設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の建物ユニットの水平荷重に対するバネ定数の求め方を示す図であり、（ａ）は水平荷重と変形量の関係の求め方を示す模式図、（ｂ）は水平荷重と変形量の関係を示すグラフである。
【図２】ユニット建物を模式的に示す平面図である
【図３】本発明のユニット建物の剛心の求め方を示す平面図である。
【図４】本発明のユニット建物の重心の求め方を示す平面図である。
【図５】本発明のユニット建物の偏心距離の求め方を示す平面図である。
【図６】本発明の付属建物付きユニット建物の重心の求め方を示す平面図である。
【図７】本発明の建物ユニットの水平構面を示す斜視図である。
【図８】本発明の付属建物付き建物ユニットの実施の形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
Ｕ1 ，Ｕ2 ，Ｕ3 ，Ｕ4 ，Ｕ5 ，Ｕ6   建物ユニット
Ａ1 ，Ａ2   付属建物
Ｐ  ＰX   ＰY   水平荷重
Ｋ  バネ定数
Ｇ  剛心
Ｏ  重心
【図１】
0004028652.tif 000012
【図２】
0004028652.tif 000013
【図３】
0004028652.tif 000014
【図４】
0004028652.tif 000015
【図５】
0004028652.tif 000016
【図６】
0004028652.tif 000017
【図７】
0004028652.tif 000018
【図８】
0004028652.tif 000019