(57)【要約】【課題】短時間で複雑な骨組み構造の配置が可能な梁配置方法を提案すること。【解決手段】同一平面内のＸＹ軸方向の同一座標に機器支持点３がない場合にＸ軸方向、Ｙ軸方向のいずれかの方向に梁５を配置したときに、梁５が短くなる方向をその配置方向とし、梁５の長さが同じであるときにはＸ軸方向をその配置方向とし、Ｘ軸又はＹ軸方向のどちらか一方に同一座標の機器支持点３が２つ以上ある場合には、２つ以上の機器支持点３が同一座標上にある軸方向を梁５の配置方向とし、Ｘ軸とＹ軸方向の両方向に同一座標の機器支持点３が二以上ある場合には、同一座標の機器支持点３の数が多くなる軸方向を梁５の配置方向とし、同一座標の機器支持点３の数が同じ場合にはＸ軸、Ｙ軸のどちらかに梁５を配置し、その後は部材が干渉する場合にはＺ軸を中心軸として梁５を回転させる鉄骨構造物の梁配置方法である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱（１）及び大梁（２）と大梁（２）間に設けた機器類の荷重を支持する梁（５）からなる鉄骨構造物内に設置される互いに直交するＸ軸とＹ軸からなるフロア平面を有する一つの矩形領域に配置する方法であって、
（Ａ）前記機器類の荷重を支持する１以上の機器支持点（３）について、前記矩形領域の中心点（４）からの距離を求めるステップと、
（Ｂ）前記求められた中心点（４）からの距離が小さい機器支持点（３）から順に、該機器支持点（３）を通る梁（５）を配置するステップと、
（Ｃ）前記配置された梁（５）と前記特定のフロア平面とは異なる平面に配置された梁（５）によって支持される機器類との干渉をチェックするステップと、
を有し、
前記梁（５）を配置するステップ（Ｂ）において、
対象となる機器支持点（３）について、前記矩形領域内でＸ軸方向、Ｙ軸方向のそれぞれの方向に公差を考慮して、同一座標の機器支持点（３）があるかどうか調べ、
（ａ）Ｘ軸方向、Ｙ軸方向共に同一座標の機器支持点（３）が２つ以上ない場合には、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向のいずれかの方向に梁（５）を配置したときに、（ａ１）梁（５）の長さが短くなる方向を梁（５）の配置方向とし、（ａ２）梁（５）の長さが同じであるときにはＸ軸方向またはＹ軸方向のどちらかを梁（５）の配置方向とし、
（ｂ）Ｘ軸方向またはＹ軸方向のどちらか一方に同一座標の機器支持点（３）が２つ以上ある場合には、２つ以上の機器支持点（３）が同一座標上にあるＸ軸方向またはＹ軸方向を梁（５）の配置方向とし、
（ｃ）Ｘ軸方向およびＹ軸方向の両方向に同一座標の機器支持点（３）が２つ以上ある場合には、（ｃ１）同一座標の機器支持点（３）の数が多くなるＸ軸方向またはＹ軸方向を、梁（５）の配置方向とし、（ｃ２）同一座標の機器支持点（３）の数が同じ場合にはＸ軸方向またはＹ軸方向のどちらかに梁（５）を配置し、
前記干渉チェックのステップ（Ｃ）において、（ａ）干渉しない場合には、前記（Ｂ）のステップで決定したＸ軸方向またはＹ軸方向に梁（５）を配置し、（ｂ）干渉する場合には、（ｂ１）Ｘ軸とＹ軸からなる平面に対して鉛直方向であるＺ軸方向の鉛直線を中心軸として９０°回転した方向で、再度干渉チェックを行い、（ｂ２）前記（ｂ１）の回転後に干渉しない場合には、回転後の方向に梁（５）を配置し、さらに（ｂ３）前記（ｂ１）の回転後も干渉する場合は、最初の方向（回転前の方向）または回転後の方向のどちらかに配置する
ことを特徴とする鉄骨構造物の梁配置方法。
【請求項２】
特定のフロア平面の形状、機器支持点の座標、異なる平面に配置された梁によって支持される機器の形状及び位置データを入力し、各フロアの梁の配置位置を請求項１記載の鉄骨構造物の梁配置方法を実行することで行うことを特徴とする鉄骨構造物の建築システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は火力発電用ボイラの鉄骨構造等の鉄骨骨組み構造の設計方法に係り、鉄骨で支持する機器支持点の位置情報から自動的に鉄骨構造物の梁を配置する方法と建築システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラントの鉄骨のような骨組み構造は、プラント内の機器や配管を支持する必要があるため、骨組みの配置は非常に複雑となる。特に、火力発電ボイラ等の大型プラントでは鉄骨の本数は約1万本にも達し、鉄骨の設計に多くの時間を必要としている。そのため、短期間で鉄骨の骨組み構造を設計できる設計支援システムの開発が望まれている。
【０００３】
図６は鉄骨の骨組み構造の一例として、柱１と大梁２と大梁２，２間に掛け渡される梁５を有する火力発電用ボイラの鉄骨構造を示したものである。その高さは約５０ｍにも達し、鉄骨の本数は約１万本にもなる。
【０００４】
図７に従来の鉄骨構造の設計手法を示す。鉄骨構造の設計においては、まず、主要鉄骨（柱１、大梁２）の配置を決定する。次に鉄骨構造内に収容する各機器を支持するための機器支持点位置の座標データを用いて、機器支持点に梁５が通るように梁を配置していく。この梁５の配置作業は設計者の知識と経験に基づいた手作業により実施していた。例えば、事業用の火力発電ボイラでは、この機器支持点が数千点にもなるため、手作業で梁を配置していく作業には多大な時間と労力を必要とする。
【０００５】
すべての機器支持点について梁５を配置した後、鉄骨全体のＣＡＤモデルを作成し、別途作成した機器のＣＡＤモデルと重ね合わせることにより、鉄骨（柱１、大梁２、梁５）と機器の干渉の有無を確認する。機器と干渉する鉄骨がある場合には、再び手作業により梁５が機器と干渉せず、かつ、機器の支持点を通るように、梁５の配置を修正する。すべての梁５が機器と干渉せず、機器の支持点を通るように配置できたら、鉄骨の配置設計が終了となる。
【非特許文献１】山木正彦ら「火力発電プラントエンジニアリングのＩＴ化」東芝レビューＶｏｌ．５８，Ｎｏ．１（２００３），ｐ３７−４１
【非特許文献２】山成實ら「新しい概念を備えた鋼構造骨組設計支援に関する研究」日本建築学会大会学術講演梗概集（東北）２０００年９月，ｐ３７９−３８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記非特許文献１、２記載の技術は、設計者が手作業により機器を支持するための梁（鉄骨）を配置するため、設計に多大な時間を必要とするという問題点があった。また、鉄骨（柱１、大梁２、梁５）と該鉄骨（柱１、大梁２、梁５）に支持される機器が干渉する場合も多々発生するため、設計者はこの問題を回避しながら１本１本梁５を配置する必要があった。さらに、設計途中で機器配置に変更が生じる場合もあり、この場合に変更が生じた部分について梁５（鉄骨）の再配置が必要となる。  
以上のように、従来の梁配置方法では、鉄骨の設計に多大な時間を要するという問題点があった。
【０００７】
本発明の課題は、上記従来手法の課題を解決し、短時間で複雑な骨組み構造の配置が可能な梁配置方法及びこれを組み込んだ建築システムを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記本発明の課題は、次の解決手段により解決される。  
請求項１記載の発明は、柱（１）及び大梁（２）と大梁（２）間に設けた機器類の荷重を支持する梁（５）からなる鉄骨構造物内に設置される互いに直交するＸ軸とＹ軸からなるフロア平面を有する一つの矩形領域に配置する方法であって、（Ａ）前記機器類の荷重を支持する１以上の機器支持点（３）について、前記矩形領域の中心点（４）からの距離を求めるステップと、（Ｂ）前記求められた中心点（４）からの距離が小さい機器支持点（３）から順に、該機器支持点（３）を通る梁（５）を配置するステップと、（Ｃ）前記配置された梁（５）と前記特定のフロア平面とは異なる平面に配置された梁（５）によって支持される機器類との干渉をチェックするステップとを有し、前記梁（５）を配置するステップ（Ｂ）において、対象となる機器支持点（３）について、前記矩形領域内でＸ軸方向、Ｙ軸方向のそれぞれの方向に公差を考慮して、同一座標の機器支持点（３）があるかどうか調べ、（ａ）Ｘ軸方向、Ｙ軸方向共に同一座標の機器支持点（３）が２つ以上ない場合には、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向のいずれかの方向に梁（５）を配置したときに、（ａ１）梁（５）の長さが短くなる方向を梁（５）の配置方向とし、（ａ２）梁（５）の長さが同じであるときにはＸ軸方向またはＹ軸方向のどちらかを梁（５）の配置方向とし、（ｂ）Ｘ軸方向またはＹ軸方向のどちらか一方に同一座標の機器支持点（３）が２つ以上ある場合には、２つ以上の機器支持点（３）が同一座標上にあるＸ軸方向またはＹ軸方向を梁（５）の配置方向とし、（ｃ）Ｘ軸方向およびＹ軸方向の両方向に同一座標の機器支持点（３）が２つ以上ある場合には、（ｃ１）同一座標の機器支持点（３）の数が多くなるＸ軸方向またはＹ軸方向を、梁（５）の配置方向とし、（ｃ２）同一座標の機器支持点（３）の数が同じ場合にはＸ軸方向またはＹ軸方向のどちらかに梁（５）を配置し、前記干渉チェックのステップ（Ｃ）において、（ａ）干渉しない場合には、前記（Ｂ）のステップで決定したＸ軸方向またはＹ軸方向に梁（５）を配置し、（ｂ）干渉する場合には、（ｂ１）Ｘ軸とＹ軸からなる平面に対して鉛直方向であるＺ軸方向の鉛直線を中心軸として９０°回転した方向で、再度干渉チェックを行い、（ｂ２）前記（ｂ１）の回転後に干渉しない場合には、回転後の方向に梁（５）を配置し、さらに（ｂ３）前記（ｂ１）の回転後も干渉する場合は、最初の方向（回転前の方向）または回転後の方向のどちらかに配置する鉄骨構造物の梁配置方法である。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、特定のフロア平面の形状、機器支持点の座標、異なる平面に配置された梁によって支持される機器の形状及び位置データを入力し、各フロアの梁の配置位置を請求項１記載の鉄骨構造物の梁配置方法を実行することで行う鉄骨構造物の建築システムである。
【００１０】
（作用）
請求項１記載の発明によれば、梁（鉄骨）により支持される機器の支持位置の情報から、機器を支持するための梁の配置を、機器との干渉を回避するように自動的に決定させ、これを全機器支持点について実施することにより、全機器支持点を通り、かつ、機器と干渉しない鉄骨構造を短時間で設計することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、機器支持点の座標情報から自動的に鉄骨構造物の梁を配置することが可能となり、鉄骨の骨組み構造の設計時間を大幅に短縮することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本実施例の鉄骨骨組み構造の梁を自動配置する方法の具体的な設計システムを構築した例を図１に示す。  
図１（１）に示すように、まず設計する鉄骨の概略構造、すなわち主要な柱と梁を配置し、これに詳細な鉄骨を配置していく。次いで図１（２）に示す各機器を支持するための支持点の座標データを用いて図１（３）に示すように、「過去の設計例、設計者の知識」に基づき決められる「自動配置ルール」に基づき「梁の自動配置」を行う。この「梁の自動配置」の具体例は図３を用いて後述する。
【００１３】
自動的に配置する鉄骨構造の梁は、例えば火力発電用ボイラ鉄骨の場合、数千本にもなる。梁を自動配置した後、図１（４）で応力解析を実施して各鉄骨部材に必要な断面積や断面形状を決定する。また、図１（５）で３Ｄ−ＣＡＤモデルを作成し、このモデルをプラント全体の配置の検討や図面の出力に利用する。
【００１４】
図２には図１（３）の「梁の自動配置」の詳細手順を示すフローを示す。機器支持点位置の座標データから梁を自動配置した後、機器の形状及び位置データを用いて、配置した梁が機器と干渉するかどうかチェックする。干渉する場合には、干渉しないように梁の配置を修正する。
【００１５】
図３に鉄骨構造物の梁配置方法を用いて梁を自動配置する実施例を模式的に示す。図３は鉄骨全体のうち、特定のフロアの平面から、４本の柱１と４本の大梁２で囲まれた矩形領域を抜き出して図示した平面図である。大梁２の内部に配置する梁５の配置は、図３に示す例のような矩形領域単位で実施する。  
図３中の機器６を支持するための支持点３（３ａ〜３ｇ）を通るように梁５（５ａ〜５ｅ）を自動配置する。
【００１６】
図３を例として、本発明になる鉄骨の設計方法を以下に説明する。  
（１）梁５の生成の順番の決定
４本の柱１と大梁２で囲まれるＸ，Ｙ軸平面上の矩形領域において、矩形領域の中心点４からの距離が近い機器支持点３から、順番に梁５の生成を行う。
【００１７】
（２）梁５の生成方向の決定
まず対象となる機器支持点３について、前記矩形領域内でＸ軸方向、Ｙ軸方向のそれぞれの方向に公差を考慮して、同一座標の機器支持点３が２つ以上あるかどうか調べる。  
（ａ）Ｘ軸方向、Ｙ軸方向共に同一座標の機器支持点３が２つ以上ない場合には、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向のいずれかの方向に梁５を配置したときに、（ａ１）梁５の長さが短くなる方向を梁５の配置方向とし、（ａ２）梁５の長さが同じであるときにはＸ軸方向またはＹ軸方向のどちらかを梁５の配置方向とし、
（ｂ）Ｘ軸方向またはＹ軸方向のどちらか一方に同一座標の機器支持点３が２つ以上ある場合には、２つ以上の機器支持点３が同一座標上にあるＸ軸方向またはＹ軸方向を梁５の配置方向とし、
（ｃ）Ｘ軸方向およびＹ軸方向の両方向に同一座標の機器支持点３が２つ以上ある場合には、（ｃ１）同一座標の機器支持点３の数が多くなるＸ軸方向またはＹ軸方向を、梁５の配置方向とし、（ｃ２）同一座標の機器支持点３の数が同じ場合にはＸ軸方向またはＹ軸方向のどちらかに配置する。
【００１８】
（３）干渉チェック
前記（２）で決定したＸ軸方向またはＹ軸方向に梁５を配置した場合に、梁５が異なる平面（フロアの階層）に配置された梁５によって支持される機器類と干渉するかどうかをチェックする。  
（ａ）干渉しない場合
前記（２）で決定したＸ軸方向またはＹ軸方向に梁５を配置する。  
（ｂ）干渉する場合
以下のルールで梁５の配置方向を修正する。  
（ｂ１）Ｚ軸（鉛直方向）の鉛直線を中心軸として９０°回転した方向で、再度干渉チェックを行う。  
（ｂ２）前記（ｂ１）の回転後干渉しない場合には、回転後の方向に梁５を配置する。  
（ｂ３）前記（ｂ１）の回転後も干渉する場合は、最初の方向（回転前の方向）または回転後の方向に配置する。
【００１９】
上記設計方法に基づいて図３に梁５を生成すると以下のようになる。  
（ア）中心４からの距離が最も近い機器支持点３ａの梁５ａを最初に生成する。  
（イ）機器支持点３ａとＸ軸方向座標が同一の点は機器支持点３ｃと３ｄであり、Ｙ軸方向座標が同一の点は機器支持点３ｂである。従って同一座標点の数が多いＸ軸方向に梁５ａを配置する。  
（ウ）中心４からの距離が次に短い機器支持点３ｂの梁５ｂを配置する。梁長さが短くなるＹ軸方向に梁５ｂを配置する。  
（エ）機器支持点３ｃと３ｄは機器支持点３ａで生成した梁５ａで支持するため処理不要であるため、次に機器支持点３ｅを支持する梁５ｃを配置する。梁５ｃの長さが短くなるＹ軸方向に梁５ｃを配置する。  
（オ）次に機器支持点３ｆを支持する梁５ｄを配置する。梁長さが短くなるのはＹ軸方向であるが、機器６と干渉するため９０度回転したＸ方向に配置する。  
（カ）最後に機器支持点３ｇを支持する梁５ｅを配置する。梁５ｅは長さが短くなるＹ軸方向に配置する。
【００２０】
図４、図５は本システムを用いて、実際に鉄骨の配置を行った例である。図４は、システム適用前の鉄骨（柱１、大梁２）（図１（１）に相当）であり、図５は本システムで柱１と大梁２からなる鉄骨に梁５を自動生成させた結果を示し、表１はこの結果について、鉄骨の自動生成率を評価した結果である。
【表１】
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【００２１】
表１に示すようにフロアレベルには７つのレベルがあり、７つのレベルで合計５３３本の鉄骨の配置が必要である。５３３本のうち、本システムで自動配置できた梁５は４８６本であり、自動化率は９１％であった。
【００２２】
本システムを鉄骨の設計に利用した場合、設計者は本システムで自動配置した結果の確認作業、自動配置できなかった梁５の手動配置を行えば良いので、設計者の作業量を大幅に軽減でき、設計に必要な時間も減少する。
【００２３】
図４、図５の鉄骨の例では、本実施例になる鉄骨構造物の梁５の配置方法及びシステムを利用した場合、従来の約１／３の時間で鉄骨の梁５を配置することができた。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の鉄骨構造物の梁の配置方法により、各種の鉄骨構造物の設計支援が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明になる骨組み構造設計システムの全体構成を示す。
【図２】本発明になる骨組み構造設計アルゴリズムのフローを示す。
【図３】本発明になる骨組み構造設計アルゴリズムによる梁配置例を示す。
【図４】骨組み構造の主要鉄骨を示す。
【図５】本発明になる骨組み構造設計アルゴリズム及びそのシステムで設計した骨組み構造全体の例を示す。
【図６】火力発電用ボイラの鉄骨の例を示す。
【図７】従来の骨組み構造の設計フローを示す。
【符号の説明】
【００２６】
１  柱              ２  大梁
３  機器支持点      ４  矩形領域の中心点
５  梁              ６  機器
【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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