JP4069225B2

JP4069225B2 - 建物の構造設計支援方法

Info

Publication number: JP4069225B2
Application number: JP24659498A
Authority: JP
Inventors: 力高橋
Original assignee: Asahi Kasei Homes Corp
Current assignee: Asahi Kasei Homes Corp
Priority date: 1998-09-01
Filing date: 1998-09-01
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2018-09-01
Also published as: JP2000073442A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピュータを利用して建物の構造設計を支援する方法に関し、特に、建物の外壁及び間仕切り壁を含んで耐力壁を適正に配置し得るようにした建物の構造設計支援方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な建物の構造を設計する段階では、耐力壁を建物内部の任意の位置（外壁線に限定されることなく、内壁部位を含む任意の位置）に配置した上で強度の判定を行うことが行われている。
【０００３】
また建物の構造設計を行う場合、建物に作用する地震や風等の水平力を想定すると共に屋根や壁或いは床等の構造要素の重量や重心点を計算し、この計算結果に基づいて各方向の壁に耐力壁を適数配置することが行われている。この計算は煩雑であり、コンピュータを利用して部分的な演算を実行し得るものの、耐力壁の配置等は設計者が適宜割り付けている。
【０００４】
最近では、コンピュータを用いて耐力壁の割り付けを含めた構造設計の支援を行うことが提案されている。例えば、特開平9-302765号公報に開示された技術は、コンピュータの画面上で住宅の外壁ラインと屋根等の仕様に関するデータを入力することにより、コンピュータに横，縦方向の耐力壁の目安数と重心の位置を算出させてこの結果を画面上に表示させ、この表示を参照しながら外壁ラインに沿って耐力壁を入力した後、入力した耐力壁によって必要強度を付与できるか否かを判定させて結果を画面に表示させ、判定により必要強度を付与できないと判明したとき、耐力壁の配置の修正を行って再度強度判定を行うものである。この技術では、目的の住宅に於ける外壁に耐力壁を配置して強度の判定を行うことが出来るため、構造計画の支援方法として有利である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記技術では、耐力壁の入力位置（配置位置）が住宅の外壁に限定されている。このため、必然的に耐力壁を外壁に集中配置せざるを得ず、外壁に設ける開口部の位置や大きさに制約が生じる場合がある。また住宅全体としての耐力壁の不足や配置の偏りが生じて構造計画上の必要強度が得られず、目的の平面計画を断念せざるを得ない場合も発生し得る。
【０００６】
本発明の目的は、コンピュータを利用して建物の構造設計を支援するに際し、建物の内部に構成される間仕切り壁も含めて耐力壁を配置することで、建物に設ける開口部の位置や大きさの自由度、及び平面形状の自由度を向上させることが出来る建物の構造設計支援方法を提供することにある。
【０００７】
【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発明に係る建物の構造設計支援方法は、コンピュータの表示画面上に耐力壁の配置を表示するようにした建物の構造設計支援方法に於いて、前記コンピュータの記憶部に記憶した建物の構造計算に必要なデータである建物の仕様、建物形状、及び屋根形状の各データをコンピュータで入力し、前記入力データを使用して、建物の階毎の垂直荷重をコンピュータで算出し、前記建物の階毎の垂直荷重と予め記憶部に記憶されている風又は地震に対応した係数によって、風又は地震により建物に作用する階毎及び方向毎の水平力をコンピュータで算出し、建物の階毎及び方向毎に作用する水平力と、予め記憶されている標準的な耐力壁の許容荷重とに基づいて、建物の階毎及び方向毎に必要な耐力壁数をコンピュータに計算させて、該建物の階毎及び方向毎に必要な耐力壁数をコンピュータで表示させ、次に建物外壁部及び建物内部に複数の耐力壁線を建物の階毎及び方向毎にコンピュータで入力して、前記建物の階毎及び方向毎の耐力壁線をコンピュータで表示させ、更に、各耐力壁線の負担面積及び上階の耐力壁線との位置関係と床に作用する剪断力に基づいて、建物の階毎及び方向毎の各耐力壁線に配分すべき必要な耐力壁数をコンピュータで算出させて、前記各耐力壁線に配分すべき必要な耐力壁数が割り振られてコンピュータに表示させ、前記各耐力壁線に必要とする耐力壁の配置をコンピュータに入力して、該耐力壁の配置と、建物の部材の生成、モデル化、荷重生成に基づいて応力の解析、部材の断面検定である構造計算をコンピュータの演算過程で一貫処理させ、建物が必要とする強度である個々の耐力壁の許容荷重と該耐力壁に作用する水平力との関係を過度の水平力が作用する場合又は極端に少ない場合に否と判定する合否判定をコンピュータで行わせてその結果を表示させ、判定が否である場合は耐力壁を追加して又は移動させるべくコンピュータで再入力を行うようにしたことを特徴とするものである。
【０００８】
上記構造設計支援方法では、建物の構造を設計するに際し、コンピュータを利用して予め設定された手順に従って建物の構造設計に必要なデータを入力して所定の演算を実行させることで、構造計画の検討時間の短縮化をはかることが出来、且つ構造計算に関する知識がなくとも計画を検討することが出来る。
【０００９】
即ち、コンピュータに建物の構造計算を実行するのに必要なデータを入力して建物の階毎及び方向毎に必要な耐力壁数を計算させて表示し、建物の外壁部及び内部の間仕切り壁に対応させて複数の耐力壁線を設定して表示させ、各耐力壁線毎に必要な耐力壁の配置を入力し、この配置に基づく強度を計算して合否の判定を行ってその結果を表示させ、判定結果が否である場合には、耐力壁の配置を再入力して再度判定を行わせることで、構造設計を支援することが出来る。
【００１０】
このとき、耐力壁を配置する部位が各方向毎に、外壁部と内部との複数の耐力壁線を設定し、この設定された耐力壁線に割り振られるため、耐力壁が外壁にのみ配置されることがなく、外壁に形成する開口部の位置や大きさ、平面形状等の設計に大きな自由度を付与することが出来る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、上記建物の構造設計支援方法の好ましい実施形態について図を用いて説明する。図１は本実施例に係る建物の構造設計を支援する方法の手順を説明するフローチャート、図２は１階の平面図を示すと共に外壁線，躯体輪郭線，床面外周線を示す図、図３は２階の平面図を示すと共に外壁線，躯体輪郭線，床面外周線を示す図、図４は屋根伏図、図５は１階の各方向毎に必要な耐力壁数の目安を示すと共に耐力壁線を指定した状態を示す図、図６は１階の各耐力壁線に耐力壁を割り付けた状態を示す図、図７は１階の各耐力壁線に割り付けた耐力壁の位置と負担剪断力との関係を示す図、図８は目的の建物の１階及び２階のレイアウトを示す図である。
【００１２】
図１に示すフローチャートに従って本実施例に係る建物の構造設計支援方法を説明し、合わせて各ステップに対応して外壁或いは間仕切り壁に対して耐力壁を割り付けた建物の構成について図２〜図７により説明する。
【００１３】
本実施例の建物の構造設計支援方法の説明に先立って、図８により建物の例を説明する。図に於いて、目的の建物は１階Ａと２階Ｂとからなる２階建て住宅として構成されている。各階Ａ，Ｂには、建物の外部を構成する外壁１、及び建物の内部に設けた間仕切り壁２が構成されており、これらの壁１，２によって建物内部の間取りが形成されている。また１階Ａには床面を構成する玄関ポーチ３が構成され、２階Ｂには同様に床面を構成するベランダ４が構成されている。
【００１４】
建物の構造を設計する場合、該建物の重量が大きな影響を与える。このため、構造設計を実行する際には、先ず建物の重量を算出することが必要である。そして算出された建物の重量（垂直荷重）に応じて地震時に作用する水平力が算出される。
【００１５】
建物に作用する水平力に対抗するための耐力壁５（図７参照）は、予め設定された構造を有しており、建物に設定されたモジュール寸法（例えば915mm ）に応じて、幅寸法がモジュールの0.5 倍，1.0 倍，1.5 倍，２倍等、複数設定されている。そして予め幅寸法に応じて許容し得る水平荷重が設定されており、構造を設計する段階で選択的に採用される。
【００１６】
コンピュータには上記複数の耐力壁の全ての許容荷重のデータ及び他の構造設計に必要なデータを記憶させ、構造設計に際し、作用する水平力に対し最適な耐力壁を選択するように構成することが可能である。また予め複数の耐力壁の中から標準となる耐力壁５を設定し、この耐力壁５の許容荷重のデータ等をコンピュータに記憶させ、構造設計に際し、作用する水平力に対して必要な耐力壁を前記耐力壁５の数に換算して表示するように構成することも可能である。
【００１７】
本実施例では、標準的な耐力壁５を設定し、この耐力壁５の水平力に対する許容荷重や他の構造設計に必要なデータを設計支援コンピュータの記憶部に記憶させており、演算過程では、必要な耐力壁を前記標準的な耐力壁５の数として表示している。このため、表示された目安となる耐力壁の数は必ずしも整数ではなく、小数点を含む数値となる。
【００１８】
建物の構造設計を実行する場合、前述したように先ず建物の重量を算出する。このため、支援システムをスタートさせると、ステップＳ１では、建物の重量を計算する上で必要となる、床の仕様（例えば目的の建物が戸建住宅である場合の一般床か集合住宅である場合の重量床か、更に床を構成する材料や厚さ等），屋根の仕様（例えば屋根材が瓦か石綿セメント板か、等），耐火被覆の有無、及び他の条件を入力する。
【００１９】
次いで、ステップＳ２では、建物の形状を入力する。即ち、図２に示す１階Ａの外壁１（外壁線１），躯体の輪郭線６，玄関ポーチ３を含む床面外周線７を入力し、同様に図３に示す２階Ｂの外壁線１，躯体の輪郭線６，ベランダ４を含む床面外周線７を入力する。更に、図４に示す屋根Ｃの形状を入力する。
【００２０】
上記の如くして建物の仕様及び建物の形状を入力することにより、各階毎の荷重及び単位面積当たりの荷重を算出することが可能である。そして算出された各階毎の荷重と、予め記憶されている風或いは地震に対応した係数とによって、風或いは地震時に各階に作用する水平力を外壁線１の各方向（一般的にＸ−Ｙ直交座標系に於ける直交二方向）毎に算出することが可能である。上記の如くして算出された垂直力及び各方向に対応した水平力はコンピュータの記憶部に記憶される。
【００２１】
次に、ステップＳ３では、上記の如くして算出された各階毎、及び各方向毎に作用する水平力と、予め記憶されている標準的な耐力壁５の許容荷重とに基づいて、各階毎及び各方向毎に必要な耐力壁５の目安枚数（Ｎｘ，Ｎｙ）を算出する。尚、ステップＳ３で算出された耐力壁５の目安枚数は、あくまでも各階のＸ，Ｙ方向に必要な総数であり、この数を如何に配分するかは以下の手順に従う。そして算出された耐力壁５の目安枚数を各階毎に配分する手法が本発明の特徴となる点である。
【００２２】
前述したように、耐力壁５の目安枚数は必ずしも整数ではなく、小数点以下の数値が算出されることがある。本実施例では、小数点第一位の数値で算出している。
【００２３】
そしてステップＳ４では、ステップＳ３で算出した耐力壁５の目安枚数Ｎｘ，Ｎｙを画面上に表示する。例えば、図５は１階Ａの平面形状と、１階のＸ方向に必要な耐力壁５の目安枚数がＮｘ＝４．１枚であり、Ｙ方向に必要な耐力壁５の目安枚数がＮｙ＝４．１枚である場合の画面の表示例を示している。
【００２４】
尚、各方向に必要な耐力壁５の目安数は各階毎に算出される。従って、２階Ｂに対応して図５と同様の機能を持った画面が表示されるが、便宜上、以下の説明では１階Ａに対する画面表示を説明して２階Ｂに対する説明を省略する。
【００２５】
ステップＳ５では、ステップＳ４で表示された画面を参考にして、該画面上で耐力壁線Ｘ８（Ｘ８ａ〜Ｘ８ｄ），Ｙ８（Ｙ８ａ〜Ｙ８ｃ）を指定して入力する。前記耐力壁線Ｘ８，Ｙ８は外壁線１にのみ指定するものではなく、内部に構成される間仕切り壁２（図８参照）も指定することが可能である。このとき、指定された耐力壁線Ｘ８，Ｙ８には、図に示すように矢印を表示することが好ましい。
【００２６】
そして、間仕切り壁２を含んで耐力壁Ｘ８，Ｙ８を指定することで、耐力壁５を各階毎に配置位置を分散することが可能となり、外壁１に形成される開口部の大きさや位置の自由度を向上させることが可能となる。
【００２７】
次に、ステップＳ６では、指定された耐力壁線Ｘ８ａ〜Ｘ８ｄ，Ｙ８ａ〜Ｙ８ｃ毎に耐力壁５の目安数を算出する。このとき、例えば、指定された各耐力壁線Ｘ８ａ〜Ｘ８ｄ，Ｙ８ａ〜Ｙ８ｃの負担面積及び上階の耐力壁線との位置関係、更に、床面に作用する剪断力等を考慮する。
【００２８】
ステップＳ７では、図６に示すように、ステップＳ６で各耐力壁線Ｘ８ａ〜Ｘ８ｄ，Ｙ８ａ〜Ｙ８ｃ毎に算出された耐力壁５の目安数を対応する耐力壁線Ｘ８ａ〜Ｘ８ｄ，Ｙ８ａ〜Ｙ８ｃに対応させて表示する。
【００２９】
次いで、ステップＳ８では、図６に示す表示画面を参考にしつつ、指定された各耐力壁線Ｘ８ａ〜Ｘ８ｄ，Ｙ８ａ〜Ｙ８ｃに耐力壁５を配分して入力する。このとき、耐力壁５を配置する位置は設計者が適宜判断して設定することが可能である。
【００３０】
上記の如くして構造上必要な耐力壁５の目安枚数を算出すると共に、算出された耐力壁を外壁１及び間仕切り壁２に配分することが可能である。そして各耐力壁線Ｘ８ａ〜Ｘ８ｄ，Ｙ８ａ〜Ｙ８ｃに配置された耐力壁５は画面上に表示される（図７参照）。
【００３１】
次に、ステップＳ９に於いて一貫構造計算を実行する。即ち、目的の建物の構造設計を実施する際に必要である耐力壁５以外の部材の生成し、モデル化、荷重生成、これに伴う応力の解析、前記部材の断面検定等の一貫処理を行う。このステップＳ９までの手順を実行することで、一応の構造設計が終了し、次いで、終了した構造設計の判定を実行する。
【００３２】
ステップＳ９に於ける一貫処理を行った結果、図７に示すように、各方向の総負担剪断力の値（トン，ｔ）と、各耐力壁線Ｘ８ａ〜Ｘ８ｄ，Ｙ８ａ〜Ｙ８ｃ毎の負担剪断力の値（ｔ）を表示することが可能である。
【００３３】
ステップＳ10では、ステップＳ９の一貫処理結果に基づいて耐力壁５の配置に関する判定を行う。この判定は、耐力壁５に対して作用する水平力と許容荷重との関係を個々の耐力壁５毎に行われる。そして過度の水平力が作用し、或いは作用する水平力が極端に少ないような耐力壁５が存在する場合、現在の耐力壁５の配置が否定され、ステップＳ８に戻って、個々の耐力壁５が略均等な水平力を負担し得るように耐力壁５を追加し或いは移動させて、該耐力壁５の再配置を行う。
【００３４】
ステップＳ10に於ける判定の結果、耐力壁５が合理的に配置されているとして判定された場合、ステップＳ11に進行して耐力壁５以外の部材に対する判定を行う。
【００３５】
ステップＳ11では、例えば各耐力壁線Ｘ８ａ〜Ｘ８ｄ，Ｙ８ａ〜Ｙ８ｃに配置された耐力壁５に水平力が作用したとき、各耐力壁線Ｘ８ａ〜Ｘ８ｄ，Ｙ８ａ〜Ｙ８ｃを構成する個々の梁に作用する応力を判定し、過度の応力が作用する梁が存在する場合、部材の配置が否定され、ステップＳ９に戻って耐力壁５以外の部材の再配置を行う。この作業は、ステップＳ９で配置された全ての部材に対して行われる。
【００３６】
ステップＳ11に於いて、耐力壁５以外の全ての部材に対する判定の結果、これらの部材が合理的に配置されているとして判定されると、目的の建物に対する構造設計が終了し、システムがエンドとなる。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係る建物の構造設計支援方法では、コンピュータを利用して各階毎に、且つ各方向毎に必要な耐力壁の目安枚数を算出することが出来、且つ外壁線及び間仕切り壁を耐力壁線として指定することで耐力壁を外壁に限定することなく、間仕切り壁を含んで適正に配置することが出来る。このため、外壁に形成する開口部の大きさや位置の自由度を向上することが出来る。
【００３８】
特に、耐力壁の配置位置を外壁のみならず、間仕切り壁を含んで配置しなければ設計し得ないような建物、例えばアパート等の規模が大きい建物，店舗等の採光上或いは用途上外壁部に充分な量の耐力壁を配置し得ないような建物への対応及び検討が可能であり、支援対象を極めて広くすることが出来る。
【００３９】
また耐力壁の配置部位として間仕切り壁を対象とすることは一般的であり、耐力壁の入力部位を外壁線のみに限定して間仕切り壁に対する配置を考慮し得ないシステムは実用的ではない。この点、本発明に係る建物の構造設計支援方法では、耐力壁の配置部位を外壁線にのみ限定することなく、外壁及び間仕切り壁、更には前記各壁以外の部位に配置した場合であっても容易に対応することが出来、目的の建物の構造設計を支援することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例に係る建物の構造設計を支援する方法の手順を説明するフローチャートである。
【図２】１階の平面図を示すと共に外壁線，躯体輪郭線，床面外周線を示す図である。
【図３】２階の平面図を示すと共に外壁線，躯体輪郭線，床面外周線を示す図である。
【図４】屋根伏図である。
【図５】１階の各方向毎に必要な耐力壁数の目安を示すと共に耐力壁線を指定した状態を示す図である。
【図６】１階の各耐力壁線に耐力壁を割り付けた状態を示す図である。
【図７】１階の各耐力壁線に割り付けた耐力壁の位置と負担剪断力との関係を示す図である。
【図８】目的の建物の１階及び２階のレイアウトを示す図である。
【符号の説明】
Ａ１階
Ｂ２階
１外壁，外壁線
２間仕切り壁
３玄関ポーチ
４ベランダ
５耐力壁
６躯体の輪郭線
７床面外周線
Ｘ８（Ｘ８ａ〜Ｘ８ｄ），Ｙ８（Ｙ８ａ〜Ｙ８ｃ）耐力壁線

Claims

コンピュータの表示画面上に耐力壁の配置を表示するようにした建物の構造設計支援方法に於いて、
前記コンピュータの記憶部に記憶した建物の構造計算に必要なデータである建物の仕様、及び建物形状、及び屋根形状の各データをコンピュータで入力し、
前記入力データを使用して、建物の階毎の垂直荷重をコンピュータで算出し、
前記建物の階毎の垂直荷重と予め記憶部に記憶されている風又は地震に対応した係数によって、風又は地震により建物に作用する階毎及び方向毎の水平力をコンピュータで算出し、
建物の階毎及び方向毎に作用する水平力と、予め記憶されている標準的な耐力壁の許容荷重とに基づいて、建物の階毎及び方向毎に必要な耐力壁数をコンピュータに計算させて、
該建物の階毎及び方向毎に必要な耐力壁数をコンピュータで表示させ、
次に建物外壁部及び建物内部に複数の耐力壁線を建物の階毎及び方向毎にコンピュータで入力して、前記建物の階毎及び方向毎の耐力壁線をコンピュータで表示させ、
更に、各耐力壁線の負担面積及び上階の耐力壁線との位置関係と床に作用する剪断力に基づいて、建物の階毎及び方向毎の各耐力壁線に配分すべき必要な耐力壁数をコンピュータで算出させて、前記各耐力壁線に配分すべき必要な耐力壁数が割り振られてコンピュータに表示させ、
前記各耐力壁線に必要とする耐力壁の配置をコンピュータに入力して、該耐力壁の配置と、建物の部材の生成、モデル化、荷重生成に基づいて応力の解析、部材の断面検定である構造計算をコンピュータの演算過程で一貫処理させ、
建物が必要とする強度である個々の耐力壁の許容荷重と該耐力壁に作用する水平力との関係を過度の水平力が作用する場合又は極端に少ない場合に否と判定する合否判定をコンピュータで行わせてその結果を表示させ、
判定が否である場合は耐力壁を追加して又は移動させるべくコンピュータで再入力を行うようにしたことを特徴とする建物の構造設計支援方法。