JP7716966B2 - Design support equipment - Google Patents
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Description
本発明は、設計支援装置に関する。 The present invention relates to a design support device.
従来、建築部材の断面について、所定の基準を満たす構造設計を支援する設計支援装置が知られている(例えば、特許文献1)。この設計支援装置は、構造部材を含む建築部材の配置を示す建築物の三次元モデルを記憶装置から読み出し、当該三次元モデルに含まれる建築部材の断面を仮の大きさに設定した構造計算用の構造解析モデルに変換するモデル生成部と、構造解析モデルを用いて構造計算を行い、所定の基準を満たすまで、構造解析モデルに含まれる構造部材の断面の拡大を繰り返すことで断面算定を行う断面算定部とを備える。 Design support devices are known that support structural design that satisfies specified criteria for the cross sections of building components (see, for example, Patent Document 1). This design support device includes a model generation unit that reads a three-dimensional model of a building showing the layout of building components, including structural members, from a storage device and converts the cross sections of the building components included in the three-dimensional model into a structural analysis model for structural calculations set to a temporary size, and a cross-section calculation unit that performs structural calculations using the structural analysis model and calculates the cross section by repeatedly enlarging the cross sections of the structural members included in the structural analysis model until the specified criteria are met.
上記特許文献1に記載の技術では、構造解析モデルを用いて構造計算を行い、所定の基準を満たすまで、構造解析モデルに含まれる構造部材の断面の拡大を繰り返すことで断面算定を行う。しかし、上記特許文献1には、長期応力に関する条件、短期応力に関する条件、各階の層間変形角の目標値、必要保有水平耐力の順に、それぞれを満たすように、建物モデルの複数の構造部材の各々に既定部材を割り当てることについては記載されていない。 The technology described in Patent Document 1 performs structural calculations using a structural analysis model, and calculates cross-sections by repeatedly enlarging the cross-sections of the structural members included in the structural analysis model until predetermined standards are met. However, Patent Document 1 does not describe assigning predefined members to each of the multiple structural members of a building model so as to satisfy, in that order, long-term stress conditions, short-term stress conditions, target values for the story deformation angles of each floor, and required horizontal bearing capacity.
本発明は上記事実を考慮して、設計条件の入力だけで、適切な構造部材を用いた建物の構造設計を支援することができることを目的とする。 The present invention takes the above into consideration and aims to support the structural design of buildings using appropriate structural components simply by inputting design conditions.
本発明に係る設計支援装置は、設計対象の建物であって、複数の構造部材を含む建物をモデル化した建物モデル、及び前記設計対象の建物に関する長期応力に関する条件、短期応力に関する条件、及び各階の層間変形角の目標値を含む設計条件を受け付ける入力部と、部材情報が予め定められた既定部材を格納した部材リストから各々選択された既定部材を前記複数の構造部材の各々に割り当てた前記建物モデルに対する応力解析の結果に基づいて、長期応力に関する条件を満たし、かつ、前記複数の構造部材の各々に割り当てる前記既定部材の断面が最小となるように、前記複数の構造部材の各々に前記既定部材を割り当てる第1割当部と、前記既定部材を前記複数の構造部材の各々に割り当てた前記建物モデルに対する応力解析の結果に基づいて、短期応力に関する条件を満たすように、前記複数の構造部材の各々に割り当てる前記既定部材を変更する第2割当部と、前記既定部材を前記複数の構造部材の各々に割り当てた前記建物モデルに対する応力解析の結果に基づいて、各階の層間変形角の目標値を満たすように、前記複数の構造部材の各々に割り当てる前記既定部材を変更する第3割当部と、前記複数の構造部材の各々に割り当てられる前記既定部材から、必要保有水平耐力を計算し、前記建物モデルに対する応力解析の結果が、前記計算された必要保有水平耐力を満たすように、前記複数の構造部材の各々に割り当てる前記既定部材を変更する第4割当部と、を含む。 The design support device of the present invention includes an input unit that receives a building model of a building to be designed, the building model including multiple structural members, and design conditions including long-term stress conditions, short-term stress conditions, and target values for inter-story deformation angles for each floor, for the building to be designed; a first assignment unit that assigns predetermined members selected from a member list storing predetermined members whose member information is predetermined to each of the multiple structural members based on the results of a stress analysis of the building model, in which the predetermined members are assigned to each of the multiple structural members so that the long-term stress conditions are met and the cross-section of the predetermined members assigned to each of the multiple structural members is minimized; and a second assignment unit that assigns the predetermined members to each of the multiple structural members. a second assignment unit that changes the predetermined members assigned to each of the plurality of structural members so as to satisfy conditions related to short-term stress based on the results of stress analysis on the building model in which the predetermined members have been assigned to each of the plurality of structural members; a third assignment unit that changes the predetermined members assigned to each of the plurality of structural members so as to satisfy the target value of the inter-story deformation angle for each floor based on the results of stress analysis on the building model in which the predetermined members have been assigned to each of the plurality of structural members; and a fourth assignment unit that calculates the required horizontal bearing capacity from the predetermined members assigned to each of the plurality of structural members, and changes the predetermined members assigned to each of the plurality of structural members so that the results of stress analysis on the building model satisfy the calculated required horizontal bearing capacity.
本発明に係る設計支援装置によれば、入力部によって、設計対象の建物であって、複数の構造部材を含む建物をモデル化した建物モデル、及び前記設計対象の建物に関する長期応力に関する条件、短期応力に関する条件、及び各階の層間変形角の目標値を含む設計条件を受け付ける。 In the design support device according to the present invention, the input unit receives a building model of the building to be designed, which is a model of a building including multiple structural members, as well as design conditions for the building to be designed, including long-term stress conditions, short-term stress conditions, and target values for the inter-story deformation angles of each floor.
そして、第1割当部によって、部材情報が予め定められた既定部材を格納した部材リストから各々選択された既定部材を前記複数の構造部材の各々に割り当てた前記建物モデルに対する応力解析の結果に基づいて、長期応力に関する条件を満たし、かつ、前記複数の構造部材の各々に割り当てる前記既定部材の断面が最小となるように、前記複数の構造部材の各々に前記既定部材を割り当てる。第2割当部によって、前記既定部材を前記複数の構造部材の各々に割り当てた前記建物モデルに対する応力解析の結果に基づいて、短期応力に関する条件を満たすように、前記複数の構造部材の各々に割り当てる前記既定部材を変更する。 Then, based on the results of stress analysis of the building model in which a default member selected from a component list storing default members whose component information is predetermined is assigned to each of the plurality of structural members by a first assignment unit, the default member is assigned to each of the plurality of structural members so as to satisfy long-term stress conditions and minimize the cross-section of the default member assigned to each of the plurality of structural members. Then, based on the results of stress analysis of the building model in which the default member is assigned to each of the plurality of structural members, the second assignment unit changes the default member assigned to each of the plurality of structural members so as to satisfy short-term stress conditions.
そして、第3割当部によって、前記既定部材を前記複数の構造部材の各々に割り当てた前記建物モデルに対する応力解析の結果に基づいて、各階の層間変形角の目標値を満たすように、前記複数の構造部材の各々に割り当てる前記既定部材を変更する。第4割当部によって、前記複数の構造部材の各々に割り当てられる前記既定部材から、必要保有水平耐力を計算し、前記建物モデルに対する応力解析の結果が、前記計算された必要保有水平耐力を満たすように、前記複数の構造部材の各々に割り当てる前記既定部材を変更する。 Then, a third assignment unit changes the default members assigned to each of the plurality of structural members so as to satisfy the target value of the inter-story deformation angle for each floor, based on the results of stress analysis of the building model in which the default members have been assigned to each of the plurality of structural members. A fourth assignment unit calculates the required horizontal bearing capacity from the default members assigned to each of the plurality of structural members, and changes the default members assigned to each of the plurality of structural members so that the results of stress analysis of the building model satisfy the calculated required horizontal bearing capacity.
このように、設計対象の建物に関する長期応力に関する条件、短期応力に関する条件、各階の層間変形角の目標値、及び必要保有水平耐力の順に、それぞれを満たすように、構造部材に既定部材を割り当てることにより、設計条件の入力だけで、適切な構造部材を用いた建物の構造設計を支援することができる。 In this way, by assigning predefined structural members to structural elements so that they satisfy the long-term stress conditions for the building being designed, the short-term stress conditions, the target value for the story drift angle for each floor, and the required horizontal bearing capacity, in that order, it is possible to support the structural design of buildings using appropriate structural elements simply by inputting the design conditions.
本発明に係る設計支援装置において、前記第1割当部は、前記複数の構造部材の配置により定まる上面視での重心と、前記複数の構造部材に割り当てられる既定部材の断面により定まる上面視での剛心とを対応させるように、前記複数の構造部材の各々に前記既定部材を割り当てることができる。これにより、上面視での重心と剛心とを対応させるように建物の構造設計を支援することができる。 In the design support device according to the present invention, the first assignment unit can assign a predetermined member to each of the plurality of structural members so that the center of gravity in a top view determined by the arrangement of the plurality of structural members corresponds to the center of rigidity in a top view determined by the cross section of the predetermined member assigned to the plurality of structural members. This makes it possible to support the structural design of a building so that the center of gravity and center of rigidity in a top view correspond to each other.
本発明に係る設計支援装置において、前記設計条件は、更に、柱梁耐力比の目標値を含み、前記第4割当部は、前記既定部材を前記複数の構造部材の各々に割り当てた前記建物モデルに対する応力解析の結果に基づいて、前記柱梁耐力比の目標値を満たすように、前記複数の構造部材の各々に割り当てる前記既定部材を変更した後に、前記複数の構造部材の各々に割り当てられる前記既定部材から、必要保有水平耐力を計算し、前記建物モデルに対する応力解析の結果が、前記計算された必要保有水平耐力を満たすように、前記複数の構造部材の各々に割り当てる前記既定部材を変更することができる。これにより、設計条件の入力だけで、計算量を抑えて、必要保有水平耐力を満たす構造部材を用いた建物の構造設計を支援することができる。 In the design support device according to the present invention, the design conditions further include a target value for the column-to-beam strength ratio, and the fourth assignment unit can change the default members assigned to each of the plurality of structural members based on the results of a stress analysis of the building model in which the default members are assigned to each of the plurality of structural members so as to satisfy the target value for the column-to-beam strength ratio, and then calculate a required horizontal bearing capacity from the default members assigned to each of the plurality of structural members, and change the default members assigned to each of the plurality of structural members so that the results of the stress analysis of the building model satisfy the calculated required horizontal bearing capacity. This makes it possible to support the structural design of buildings using structural members that satisfy the required horizontal bearing capacity, while minimizing the amount of calculations, simply by inputting the design conditions.
本発明に係る設計支援装置において、前記設計条件は、部材ランクの範囲を更に含み、前記部材リストは、部材ランク毎に用意された部材リストであり、前記部材リストから、前記構造部材に割り当てる既定部材を選択する際に、前記部材ランクの範囲に含まれる部材ランクの部材リストから、既定部材を選択することができる。これにより、部材ランクの範囲を満たす、建物の構造設計を支援することができる。 In the design support device according to the present invention, the design conditions further include a range of component ranks, and the component list is a component list prepared for each component rank. When selecting default components to be assigned to the structural components from the component list, default components can be selected from a component list with a component rank that falls within the range of component ranks. This makes it possible to support the structural design of a building that satisfies the range of component ranks.
本発明に係る設計支援装置において、前記設計条件は、ブレース又は耐力壁の分担率の目標値、検定比の目標値、保有水平耐力余裕度の目標値、繰り返し計算回数、又は材料強度の指定を更に含むことができる。これにより、ブレース又は耐力壁の分担率の目標値、検定比の目標値、保有水平耐力余裕度の目標値、繰り返し計算回数、又は材料強度の指定を満たす、建物の構造設計を支援することができる。 In the design support device according to the present invention, the design conditions can further include a target value for the contribution ratio of braces or shear walls, a target value for the inspection ratio, a target value for the horizontal bearing capacity margin, the number of iterations, or a specified material strength. This can support the structural design of buildings that meet the target values for the contribution ratio of braces or shear walls, the target value for the inspection ratio, the target value for the horizontal bearing capacity margin, the number of iterations, or the specified material strength.
本発明に係る設計支援装置において、既定部材を前記複数の構造部材の各々に割り当てた前記建物モデルに対する応力解析の結果から得られる、前記複数の構造部材の各々の特徴量に基づいて、前記複数の構造部材を、同一の断面とすべき構造部材からなる複数のグループに分類するグルーピングを行うグルーピング処理部を更に含むことができる。これにより、より適切なグループ数の構造部材を用いた建物の構造設計を支援することができる。 The design support device according to the present invention can further include a grouping processing unit that performs grouping by classifying the plurality of structural members into a plurality of groups consisting of structural members that should have the same cross section, based on the characteristic quantities of each of the plurality of structural members obtained from the results of stress analysis of the building model in which a predetermined member is assigned to each of the plurality of structural members. This makes it possible to support the structural design of buildings using a more appropriate number of groups of structural members.
以上説明したように、本発明の設計支援装置によれば、設計対象の建物に関する長期応力に関する条件、短期応力に関する条件、各階の層間変形角の目標値、及び必要保有水平耐力の順に、それぞれを満たすように、構造部材に既定部材を割り当てることにより、設計条件の入力だけで、適切な構造部材を用いた建物の構造設計を支援することができる、という効果が得られる。 As explained above, the design support device of the present invention can assist in the structural design of buildings using appropriate structural members simply by inputting design conditions. This can be achieved by assigning predefined members to structural members so that the long-term stress conditions, short-term stress conditions, target values for story drift angles on each floor, and required horizontal bearing capacity, in that order, are satisfied for the building being designed.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 The following describes in detail an embodiment of the present invention with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
<本発明の第1の実施の形態の設計支援装置の構成>
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る設計支援装置100は、CPU12、グラフィックカード13、GPU14、RAM16、HDD18、通信インタフェース21、及びこれらを相互に接続するためのバス23を備えている。
[First embodiment]
<Configuration of the design support device according to the first embodiment of the present invention>
As shown in FIG. 1, a design support device 100 according to a first embodiment of the present invention includes a CPU 12, a graphics card 13, a GPU 14, a RAM 16, a HDD 18, a communication interface 21, and a bus 23 for interconnecting these components.
CPU12、GPU14は、各種プログラムを実行する。RAM16は、CPU12による各種プログラムの実行時におけるワークエリア等として用いられる。記録媒体としてのHDD18には、後述する設計支援処理ルーチンを実行するためのプログラムを含む各種プログラムや各種データが記憶されている。 The CPU 12 and GPU 14 execute various programs. The RAM 16 is used as a work area when the CPU 12 executes the various programs. The HDD 18, which serves as a recording medium, stores various programs and data, including a program for executing the design support processing routine described below.
本実施の形態における設計支援装置100を、設計支援処理ルーチンを実行するためのプログラムに沿って、機能ブロックで表すと、図2に示すようになる。設計支援装置100は、入力部10、演算部20、及び出力部50を備えている。 The design support device 100 in this embodiment is represented by functional blocks in accordance with the program for executing the design support processing routine, as shown in Figure 2. The design support device 100 includes an input unit 10, a calculation unit 20, and an output unit 50.
入力部10は、設計担当者の操作により、部材情報が予め定められた建物の構造部材である複数の既定部材の情報を受け付ける。 The input unit 10, operated by the designer, accepts information on multiple predefined components, which are structural components of a building whose component information has been predetermined.
例えば、設計担当者の操作により、部材情報が予め定められた建物の構造部材である複数の既定部材の各々について、部材ランク、断面係数、断面積、及び外形サイズを含む部材情報を受け付ける。 For example, through operation by a designer, component information including component rank, section modulus, cross-sectional area, and external size is accepted for each of multiple predefined components, which are structural components of a building for which component information has been predetermined.
また、入力部10は、設計担当者の操作により、設計対象の建物であって、複数の構造部材(柱、梁、壁、ブレース等)を含む建物をモデル化した建物モデルの入力を受け付けるとともに、設計対象の建物に関する設計条件を受け付ける。 The input unit 10 also accepts input of a building model, which is a model of the building to be designed and includes multiple structural members (columns, beams, walls, braces, etc.), through operation by the designer, and also accepts design conditions related to the building to be designed.
例えば、設計担当者の操作により、建物モデルに対して、構造部材の種類(柱、梁、壁、ブレース等)毎に、複数の構造部材を配置させる。そして、設計担当者の操作により、図3の入力画面により、柱梁ブレースのランク範囲の指定を含む設計条件を受け付ける。 For example, the designer operates the input screen in Figure 3 to accept design conditions, including the specification of the rank range for column-beam braces, by placing multiple structural members for each type of structural member (columns, beams, walls, braces, etc.) in the building model.
例えば、設計条件は、設計対象の建物に関する長期応力に関する条件、短期応力に関する条件、及び各階の層間変形角の目標値を含む。 For example, design conditions include long-term stress conditions for the building being designed, short-term stress conditions, and target values for the story drift angle of each floor.
また、設計条件は、更に、ブレース分担率及び耐力壁分担率の目標値、検定比の目標値、保有水平耐力余裕度の目標値、繰り返し計算回数、柱梁耐力比の目標値、柱梁ブレース耐力壁のランク範囲の指定、又は材料強度の指定を含む。 The design conditions also include target values for the brace contribution rate and shear wall contribution rate, target values for the inspection ratio, target values for the horizontal bearing capacity margin, number of iterations, target values for the column-beam strength ratio, designation of the rank range for column-beam braced shear walls, or designation of material strength.
図3の入力画面では、検定比の目標値、保有水平耐力余裕度の目標値、偏心率の調整有無、柱梁耐力比の目標値、S柱のグルーピング層数、繰り返し計算回数、RC部材の検討実施の有無、耐力壁の検討実施の有無、一次設計時のτレベルの目標値、及び柱長期軸力比の目標値を受け付ける例を示している。また、この入力画面では、各階について、層間変形角の目標値、柱梁ブレースのランク範囲の指定、及び強度の指定を受け付ける例を示している。 The input screen in Figure 3 shows an example of accepting the target value for the inspection ratio, the target value for the horizontal bearing capacity margin, whether or not to adjust the eccentricity ratio, the target value for the column-beam bearing capacity ratio, the number of stories to group for steel columns, the number of iterations, whether or not to consider RC members, whether or not to consider shear walls, the target value for the τ level during the primary design, and the target value for the column long-term axial force ratio. This input screen also shows an example of accepting the target value for the story drift angle, the specification of the column-beam brace rank range, and the specification of the strength for each floor.
演算部20は、部材リスト生成部22、断面構造計算部24、及びグルーピング処理部28を備えている。 The calculation unit 20 includes a component list generation unit 22, a cross-sectional structure calculation unit 24, and a grouping processing unit 28.
部材リスト生成部22は、部材情報が予め定められた建物の構造部材である複数の既定部材の情報に基づいて、構造部材に関する部材ランク毎に、複数の既定部材を格納した部材リストであって、断面係数、断面積、又は外形サイズで昇順となるように配列された部材リストを生成する。 The component list generator 22 generates a component list that stores multiple predefined components for each component rank related to the structural components, based on information about multiple predefined components that are structural components of a building whose component information is predetermined, and that is arranged in ascending order by section modulus, cross-sectional area, or external size.
例えば、部材ランク毎に、断面係数、断面積、及び外形サイズの組み合わせが昇順に並べ替えるように、既定部材を選択し(図4)、昇順に配列された部材リストを生成する(図5)。 For example, for each component rank, default components are selected so that the combination of section modulus, cross-sectional area, and external size is sorted in ascending order (Figure 4), and a component list arranged in ascending order is generated (Figure 5).
より具体的には、当該部材ランクの複数の既定部材から、断面係数、断面積、及び外形サイズが全て最小となる既定部材を、最初に選択し、その後、一つ前に選択された既定部材より、断面係数が同一又は大きく、かつ、断面積が同一又は大きく、かつ、外形サイズが同一又は大きくなるように、既定部材を選択することを繰り返すことにより、断面係数、断面積、及び外形サイズの組み合わせが昇順となるように並べ替えた既定部材からなる部材リストを生成する。図4では、一つ前に選択された既定部材より、断面係数が同一又は大きく、かつ、断面積が同一又は大きく、かつ、外形サイズが同一又は大きくなるように選択された既定部材を示すドットを、丸く囲んだ例を示している。図5では、部材リストにおいて、選択された既定部材が右上に向かって並んだ順に既定部材が配列される例を示している。 More specifically, from the multiple predefined components of the component rank, the predefined component with the smallest section modulus, cross-sectional area, and outer size is first selected. Then, predefined components are repeatedly selected so that the section modulus, cross-sectional area, and outer size are the same or larger than the previously selected predefined component. This generates a component list consisting of predefined components sorted in ascending order of section modulus, cross-sectional area, and outer size combinations. Figure 4 shows an example in which circled dots indicate predefined components selected so that the section modulus, cross-sectional area, and outer size are the same or larger than the previously selected predefined component. Figure 5 shows an example in which the predefined components are arranged in the component list in the order in which the selected predefined components are lined up from the top right.
なお、設計者の使用頻度が高い既定部材を分析し、部材リストに採用することにより、設計者に近い部材選択を可能にしてもよい(図6)。図6では、既定部材を、使用頻度の降順に並べ替えた例を示しており、上位N個の既定部材を用いて、部材リストを生成する。 Furthermore, by analyzing the default components that are frequently used by designers and incorporating these into the component list, it is possible to select components that are closer to the designer's preference (Figure 6). Figure 6 shows an example in which the default components are sorted in descending order of frequency of use, and the top N default components are used to generate the component list.
断面構造計算部24は、受け付けた設計条件を満たすように、建物モデルの構造部材の各々に割り当てる既定部材を変更する。このとき、長期応力に関する条件、短期応力に関する条件、各階の層間変形角の目標値、必要保有水平耐力の順に、それぞれを満たすように、建物モデルの複数の構造部材の各々に既定部材を割り当てる。
具体的には、断面構造計算部24は、図7に示すように、第1割当部30、第2割当部32、第3割当部34、及び第4割当部36を備えている。
The cross-sectional structure calculation unit 24 changes the default members to be assigned to each of the structural members of the building model so as to satisfy the accepted design conditions. At this time, the default members are assigned to each of the multiple structural members of the building model so as to satisfy the conditions related to long-term stress, the conditions related to short-term stress, the target value of the inter-story deformation angle of each floor, and the required horizontal bearing capacity in this order.
Specifically, as shown in FIG. 7, the cross-sectional structure calculation unit 24 includes a first assigning unit 30, a second assigning unit 32, a third assigning unit 34, and a fourth assigning unit 36.
第1割当部30は、建物モデルの構造部材の各々について、設計条件に関する値と、構造部材の位置情報を含む部材情報とを入力とし、後述する学習装置200により予め学習した断面計算用の学習済みモデルを用いて、構造部材の断面を計算し、計算結果を表示する。例えば、計算結果として、計算された断面を反映した構造部材を、建物のボリュームに重畳させて視覚的に表示したり、計算された構造部材の断面を用いた、数量、重さ、コストの計算結果を表示したりする。 The first assignment unit 30 inputs values related to the design conditions and component information, including positional information, for each structural component of the building model, and calculates the cross-section of the structural component using a trained model for cross-section calculation trained in advance by the learning device 200 (described below), and displays the calculation results. For example, as a calculation result, the structural component reflecting the calculated cross-section may be visually displayed by superimposing it on the volume of the building, or the calculation results for quantity, weight, and cost using the calculated cross-section of the structural component may be displayed.
断面計算用の学習済みモデルは、部材情報(図8の長さL、角度θ、建物内の位置(高さ方向の位置、平面上の位置)、階高、部材密度(スパン)、負担面積、荷重条件、所属するフレームのせん断力負担率、等)を入力データとし、断面を表す断面情報(図8の部材幅D、部材成B、部材厚t、材料強度、部材重量、部材性能、等)とを出力データとする(図9参照)。例えば、図9に示されるように、モデルの一例としてニューラルネットワークを用いることができ、学習アルゴリズムの一例としてディープラーニングを用いることができ、学習用データの部材情報を入力したときに、当該学習用データの断面情報が出力されるように、断面計算用の学習済みモデルが学習される。 The trained model for cross-section calculation takes as input data component information (length L, angle θ in Figure 8, position within the building (height position, position on the plane), floor height, component density (span), bearing area, loading conditions, shear force bearing rate of the associated frame, etc.), and outputs as output data cross-sectional information representing the cross section (component width D, component composition B, component thickness t, material strength, component weight, component performance, etc. in Figure 8) (see Figure 9). For example, as shown in Figure 9, a neural network can be used as an example of a model, and deep learning can be used as an example of a learning algorithm. The trained model for cross-section calculation is trained so that when component information from training data is input, the cross-sectional information from the training data is output.
そして、第1割当部30は、複数の構造部材の各々について、構造部材の断面と、部材ランク毎に予め用意された、部材情報が予め定められた建物の構造部材である複数の既定部材を格納した部材リストのうち、設計条件を満たす部材ランクの部材リストとに基づいて、各構造部材に既定部材を割り当てる。 The first assigning unit 30 then assigns a default component to each of the multiple structural components based on the cross section of the structural component and a component list of a component rank that satisfies the design conditions from a component list that stores multiple default components, which are structural components of a building whose component information has been predetermined and that has been prepared in advance for each component rank.
具体的には、建物モデルに含まれる複数の構造部材の各々について、断面の計算結果に基づいて、指定されたランク範囲の部材リストから選択された既定部材を割り当てる。このとき、断面の計算結果に対応する既定部材を、部材リストから選択する。 Specifically, for each of the multiple structural members included in the building model, a default member selected from a list of members within a specified rank range is assigned based on the cross-sectional calculation results. At this time, the default member corresponding to the cross-sectional calculation results is selected from the list of members.
このとき、指定されたランク範囲に、複数の部材ランクが含まれる場合には、複数の部材ランクの各々の部材リストを統合した統合部材リストを生成し、統合部材リストから既定部材を選択する。部材リストを統合する場合には、断面係数、断面積、及び外形サイズの組み合わせが昇順となるように、複数の部材ランクの部材リストに含まれる既定部材から既定部材を選択し、昇順に配列された統合部材リストを生成する。 In this case, if the specified rank range includes multiple component ranks, an integrated component list is generated by integrating the component lists for each of the multiple component ranks, and default components are selected from the integrated component list. When integrating component lists, default components are selected from the default components included in the component lists for the multiple component ranks so that the combinations of section modulus, cross-sectional area, and external size are in ascending order, and an integrated component list arranged in ascending order is generated.
ここで、複数の構造部材の各々に割り当てられた既定部材の配置により、図10に示すように、上面視での重心Gと剛心Rとが決定される。図10では、丸印で示される構造部材の配置により決定される、上面視での重心Gの例と、構造部材に割り当てられる既定部材の断面により決定される、上面視での剛心Rの例とを示している。 Here, the center of gravity G and center of rigidity R in top view are determined by the arrangement of the predetermined members assigned to each of the multiple structural members, as shown in Figure 10. Figure 10 shows an example of the center of gravity G in top view, determined by the arrangement of the structural members indicated by circles, and an example of the center of rigidity R in top view, determined by the cross-section of the predetermined members assigned to the structural members.
そして、第1割当部30は、既定部材が割り当てられた複数の構造部材を含む建物モデルに対して、応力解析を行い、応力解析の結果に基づいて、長期応力に関する条件を満たし、かつ、複数の構造部材の各々に割り当てる既定部材の断面が最小となるように、部材リスト又は統合部材リストから、複数の構造部材の各々に既定部材を割り当てる。 The first assignment unit 30 then performs stress analysis on the building model including multiple structural members to which default members have been assigned, and, based on the results of the stress analysis, assigns default members to each of the multiple structural members from the member list or integrated member list so that the long-term stress conditions are met and the cross-section of the default member assigned to each of the multiple structural members is minimized.
このとき、複数の構造部材の配置により定まる上面視での重心Gと、複数の構造部材に割り当てられる既定部材の断面により定まる上面視での剛心Rとを対応させるように、複数の構造部材の各々に既定部材を割り当てる。 In this case, a predetermined member is assigned to each of the multiple structural members so that the center of gravity G in a top view determined by the arrangement of the multiple structural members corresponds to the center of rigidity R in a top view determined by the cross section of the predetermined member assigned to the multiple structural members.
具体的には、柱軸力が多い柱の断面を大きくする。柱の断面を大きくすることにより、柱の水平剛性が増加するため、水平力の負担も大きくなる。 Specifically, the cross section of columns that are subject to a large amount of axial force is increased. Increasing the cross section of a column increases the column's horizontal rigidity, and therefore the horizontal force it bears.
また、部材リスト又は統合部材リストの配列順に沿って、割り当てる既定部材を変更する。これを、長期応力に関する条件を満たすまで繰り返す。 Also, change the default members to be assigned according to the order of the member list or integrated member list. This is repeated until the long-term stress conditions are met.
そして、第2割当部32は、既定部材が割り当てられた複数の構造部材を含む建物モデルに対して、応力解析を行い、応力解析の結果に基づいて、短期応力に関する条件を満たすように、部材リスト又は統合部材リストから、複数の構造部材の各々に既定部材を割り当てる。 The second assignment unit 32 then performs stress analysis on the building model including multiple structural members to which default members have been assigned, and, based on the results of the stress analysis, assigns default members from the member list or integrated member list to each of the multiple structural members so as to satisfy the conditions related to short-term stress.
具体的には、短期応力に対して不足している部材断面のみを必要分だけ大きくする。このとき、部材リスト又は統合部材リストの配列順に沿って、割り当てる既定部材を変更する。これを、短期応力に関する条件を満たすまで繰り返す。 Specifically, only the cross sections of the members that are insufficient for short-term stress are enlarged by the necessary amount. At this time, the default members to be assigned are changed according to the arrangement order in the member list or integrated member list. This is repeated until the conditions for short-term stress are met.
そして、第3割当部34は、既定部材が割り当てられた複数の構造部材を含む建物モデルに対して、応力解析を行い、応力解析の結果に基づいて、各階の層間変形角の目標値を満たすように、部材リスト又は統合部材リストから、複数の構造部材の各々に既定部材を割り当てる。 The third assignment unit 34 then performs stress analysis on the building model including multiple structural members to which default members have been assigned, and, based on the results of the stress analysis, assigns default members to each of the multiple structural members from the member list or integrated member list so as to satisfy the target value for the inter-story deformation angle for each floor.
このとき、平面的な剛性バランスが整っているため、これ以降、層単位で部材断面を変更することにより、平面的な剛性バランスを変更しないようにする。 At this point, the planar rigidity balance is already in place, so from this point on, changing the cross section of the components on a layer-by-layer basis will avoid changing the planar rigidity balance.
また、部材リスト又は統合部材リストの配列順に沿って、割り当てる既定部材を変更する。これを、各階の層間変形角の目標値を満たすまで繰り返す。 Also, the default components to be assigned are changed according to the arrangement order in the component list or integrated component list. This is repeated until the target value for the story drift angle for each floor is met.
第4割当部36は、既定部材を複数の構造部材の各々に割り当てた建物モデルに対する応力解析の結果に基づいて、柱梁耐力比の目標値を満たすように、複数の構造部材の各々に割り当てる既定部材を変更する。 The fourth assignment unit 36 changes the default members assigned to each of the multiple structural members based on the results of stress analysis of the building model in which default members have been assigned to each of the multiple structural members, so as to satisfy the target value of the column-beam strength ratio.
このように、平面的な剛性バランスを整えた後に、柱梁耐力比の目標値を満たすように既定部材を割り当てる。これは、平面的な剛性バランスを整える前にすると、平面的な剛性バランス調整と競合してしまうためである。 In this way, after adjusting the planar stiffness balance, the default members are assigned to meet the target column-to-beam strength ratio. This is because if this is done before adjusting the planar stiffness balance, it will conflict with the planar stiffness balance adjustment.
また、保有水平耐力計算を行う前に、柱梁耐力比の目標値を満たすように既定部材を割り当てる。これは、保有水平耐力計算を行った後にすると、崩壊形が変わる可能性があるためである。 Also, before calculating the horizontal load-carrying capacity, default members are assigned to meet the target column-to-beam load-carrying capacity ratio. This is because if the horizontal load-carrying capacity calculation is performed after the calculation, the collapse pattern may change.
また、部材リスト又は統合部材リストの配列順に沿って、割り当てる既定部材を変更する。これを、柱梁耐力比の目標値を満たすまで繰り返す。
そして、第4割当部36は、複数の構造部材の各々に割り当てられる既定部材の部材ランクから、構造特性係数を求め、構造特性係数から必要保有水平耐力を計算する。
In addition, the assigned default members are changed according to the arrangement order of the member list or integrated member list. This is repeated until the target value of the column-beam strength ratio is met.
The fourth assigning unit 36 then obtains a structural characteristic coefficient from the member rank of the predetermined member assigned to each of the plurality of structural members, and calculates the required horizontal bearing capacity from the structural characteristic coefficient.
構造特性係数を求める際には、柱及び梁の部材群の部材ランク、ブレースの部材群の部材ランク、ブレース分担率βμの各組み合わせに対する構造特性係数を格納したテーブル(図11A参照)を参照して、複数の構造部材の各々に割り当てられる既定部材の部材ランクと、建物モデルに対する応力解析の結果から得られる、ブレース分担率とから、各階の構造特性係数を求める。
また、柱及び梁の部材群の部材ランク、耐力壁の部材群の部材ランク、耐力壁分担率βμの各組み合わせに対する構造特性係数を格納したテーブル(図11B参照)を参照して、複数の構造部材の各々に割り当てられる既定部材の部材ランクと、建物モデルに対する応力解析の結果から得られる、耐力壁分担率とから、各階の構造特性係数を求める。なお、図11A、図11Bのテーブルは、平成19年5月18日国土交通省告示第596号に基づくものである。
When calculating the structural characteristic coefficients, a table (see FIG. 11A) storing structural characteristic coefficients for each combination of the component rank of the column and beam component group, the component rank of the brace component group, and the brace contribution rate β μ is referenced, and the structural characteristic coefficients for each floor are calculated from the component rank of the predetermined component assigned to each of the multiple structural components and the brace contribution rate obtained from the results of stress analysis on the building model.
Furthermore, by referring to a table (see FIG. 11B) that stores the structural characteristic coefficients for each combination of the member ranks of the column and beam member groups, the member ranks of the shear wall member groups, and the shear wall contribution rate β μ , the structural characteristic coefficients for each floor are calculated from the member ranks of the predetermined members assigned to each of the multiple structural members and the shear wall contribution rate obtained from the results of stress analysis of the building model. The tables in FIGS. 11A and 11B are based on the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism Notification No. 596 of May 18, 2007.
また、必要保有水平耐力を計算する際には、構造特性係数を含む計算式から、必要保有水平耐力を計算する。 In addition, when calculating the required horizontal bearing capacity, the required horizontal bearing capacity is calculated using a formula that includes the structural characteristic coefficient.
具体的には、各階の構造特性係数と、建物モデルに対する応力解析の結果から得られる、各階の形状係数、地震時に生じる地震力とから、下記の計算式により、各階の必要保有水平耐力Qunを計算する。 Specifically, the required horizontal bearing capacity Qun for each floor is calculated using the following formula, based on the structural characteristic coefficients for each floor, the shape coefficients for each floor obtained from the results of stress analysis of the building model, and the seismic force generated during an earthquake.
Qun =Ds×Fes×Qud
=Ds×Fes×[W×Ci]
=Ds×Fes×[(W×(Z×Rt×Ai×Co)]
Qun=Ds×Fes×Qud
= Ds × Fes × [W × Ci]
= Ds × Fes × [(W × (Z × Rt × Ai × Co)]
ただし、Dsは、各階の構造特性係数である。Fesは、各階の形状係数であり、高さ方向の変形のバランスに基づく剛性率、平面方向の変形のバランス(ねじれの度合い)に基づく偏心率により定まる値である。Qudは、各階に生ずる大地震時の地震力であり、Qud=W×Ci=W×Z×Rt×Ai×Coである。Wは、各階が支える建物の重量であり、Ciは、各階の層せん断力係数であり、Ci=Z×Rt×Ai×Coであり、Zは、過去の地震記録に基づく国土交通省が定める値であり、地震の起きやすさを数値化した値で、住所により定まる。Rtは、振動特性係数であり、地盤の情報と建物の固有周期により定まる値である。建物の固有周期は建物高さと構造種別により求められるため、地盤情報と建物高さと構造種別により定まる。Aiは、地震層せん断力係数の高さ方向の分布であり、Rtを算出した際の建物の固有周期と建物重量により定まる値である。Coは、標準せん断力係数であり、必要保有水平耐力算出時は1.0である。 where Ds is the structural characteristic coefficient for each floor. Fes is the shape coefficient for each floor, and is a value determined by the rigidity coefficient based on the balance of deformation in the height direction and the eccentricity ratio based on the balance of deformation in the horizontal direction (degree of torsion). Qud is the seismic force generated on each floor during a major earthquake, and is given by Qud = W x Ci = W x Z x Rt x Ai x Co. W is the weight of the building supported by each floor, Ci is the story shear force coefficient for each floor, and is given by Ci = Z x Rt x Ai x Co. Z is a value set by the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism based on past earthquake records, and is a value that quantifies the likelihood of an earthquake occurring and is determined by the address. Rt is the vibration characteristic coefficient, and is a value determined by ground information and the natural period of the building. A building's natural period is calculated based on the building height and structural type, and is therefore determined by ground information, building height, and structural type. Ai is the distribution of the earthquake story shear force coefficient in the height direction, and is a value determined by the building's natural period and building weight when Rt is calculated. Co is the standard shear force coefficient, which is 1.0 when calculating the required horizontal bearing capacity.
そして、第4割当部36は、建物モデルに対する応力解析の結果が、計算された必要保有水平耐力を満たすまで、部材リスト又は統合部材リストから複数の構造部材の各々に割り当てる既定部材を変更すること、及び必要保有水平耐力を計算することを繰り返す。このとき、部材リスト又は統合部材リストの配列順に沿って、割り当てる既定部材を変更する。 The fourth assignment unit 36 then repeatedly changes the default members assigned to each of the multiple structural members from the member list or integrated member list and calculates the required horizontal bearing capacity until the results of the stress analysis on the building model satisfy the calculated required horizontal bearing capacity. At this time, the default members to be assigned are changed in accordance with the arrangement order of the member list or integrated member list.
グルーピング処理部28は、既定部材を複数の構造部材の各々に割り当てた建物モデルに対する応力解析の結果から得られる、複数の構造部材の各々の特徴量に基づいて、複数の構造部材を、同一の断面とすべき構造部材からなる複数のグループに分類するグルーピングを行う。 The grouping processing unit 28 performs grouping by classifying multiple structural members into multiple groups consisting of structural members that should have the same cross section, based on the characteristic quantities of each of the multiple structural members obtained from the results of stress analysis of a building model in which predetermined members are assigned to each of the multiple structural members.
具体的には、構造部材の種類毎に、グルーピングさせるべき構造部材群の特徴量の分布に基づいて、グルーピングを行う。グルーピングのアルゴリズムの一例として、クラスタリング手法を用いることができる。 Specifically, for each type of structural component, grouping is performed based on the distribution of the features of the structural component groups to be grouped. A clustering method can be used as an example of a grouping algorithm.
例えば、既定部材を複数の構造部材の各々に割り当てた建物モデルに対して、応力解析を行い、応力解析の結果に基づいて、構造部材群の特徴量を求め、構造部材の種類毎に、構造部材群の特徴量の分布に基づいて、構造部材群のクラスタリングを行い、同一クラスタの構造部材の断面を統一するように、各構造部材に対する既定部材の割り当てを変更し、複数の構造部材の各々に変更後の既定部材を割り当てた建物モデルに対して、応力解析を行い、応力解析の結果を出力する。特徴量は、応力解析の結果として得られる、長期軸力、短期モーメント、短期軸力や、柱の長さ、柱の座標などを含む。 For example, a stress analysis is performed on a building model in which a predetermined member is assigned to each of multiple structural members, and the feature quantities of the structural member groups are determined based on the results of the stress analysis. The structural member groups are clustered by type based on the distribution of the feature quantities of the structural member groups, and the assignment of predetermined members to each structural member is changed so as to unify the cross sections of structural members in the same cluster. A stress analysis is then performed on the building model in which the changed predetermined members are assigned to each of multiple structural members, and the results of the stress analysis are output. The feature quantities include long-term axial force, short-term moment, short-term axial force, column length, column coordinates, etc. obtained as a result of the stress analysis.
また、グルーピングに関するパラメータからなる複数のパラメータセットが予め定められており、複数のパラメータセットの各々に対し、当該パラメータセットを用いたグルーピングを行うことにより、グルーピング結果を複数求める(図12A~図12C)。 In addition, multiple parameter sets consisting of grouping-related parameters are determined in advance, and multiple grouping results are obtained by performing grouping using each of the multiple parameter sets (Figures 12A to 12C).
パラメータセットは、例えば、クラスタリングに関するKの値や、各特徴量に対する重みからなる重みベクトルを含む。 The parameter set includes, for example, the value of K for clustering and a weight vector consisting of weights for each feature.
図12A~図12Cでは、3つのパラメータセットに対する3つのグルーピング結果を表示する例を示している。図12A~図12Cの下側には、上側のグルーピング結果のうちの矩形の枠部分を拡大したものが示されている。 Figures 12A to 12C show an example of displaying three grouping results for three parameter sets. The lower parts of Figures 12A to 12C show enlarged views of the rectangular framed portion of the grouping results shown at the top.
<本発明の第1の実施の形態の学習装置の構成>
上記図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る学習装置200は、設計支援装置100と同様に、CPU12、グラフィックカード13、GPU14、RAM16、HDD18、通信インタフェース21、及びこれらを相互に接続するためのバス23を備えている。
<Configuration of the learning device according to the first embodiment of the present invention>
As shown in FIG. 1 above, the learning device 200 according to the first embodiment of the present invention, like the design support device 100, comprises a CPU 12, a graphics card 13, a GPU 14, a RAM 16, a HDD 18, a communication interface 21, and a bus 23 for interconnecting these.
CPU12、GPU14は、各種プログラムを実行する。RAM16は、CPU12による各種プログラムの実行時におけるワークエリア等として用いられる。記録媒体としてのHDD18には、学習処理を実行するためのプログラムを含む各種プログラムや各種データが記憶されている。 The CPU 12 and GPU 14 execute various programs. The RAM 16 is used as a work area when the CPU 12 executes the various programs. The HDD 18 serves as a recording medium and stores various programs, including a program for executing the learning process, and various data.
本実施の形態における学習装置200を、学習処理を実行するためのプログラムに沿って、機能ブロックで表すと、図13に示すようになる。学習装置200は、入力部110、演算部120、及び出力部150を備えている。 The learning device 200 in this embodiment is represented by functional blocks in accordance with the program for executing the learning process, as shown in Figure 13. The learning device 200 includes an input unit 110, a calculation unit 120, and an output unit 150.
入力部110は、建物の実績情報から構造部材(柱、梁、壁、ブレース等)の各々について得られる、構造部材の位置情報を含む部材情報と、構造部材の断面との組み合わせを含む学習用データを入力として受け付ける。 The input unit 110 accepts as input learning data that includes a combination of component information, including positional information of each structural component (columns, beams, walls, braces, etc.), obtained from the building's performance information, and the cross-section of the structural component.
演算部120は、学習部122を備えている。 The calculation unit 120 includes a learning unit 122.
学習部122は、入力部110により受け付けた複数の学習用データに基づいて、構造部材の種類毎に、断面計算用の学習済みモデルを得る。 The learning unit 122 obtains a trained model for cross-section calculation for each type of structural member based on multiple pieces of learning data received by the input unit 110.
本実施の形態では、構造部材の種類(柱、梁、壁、ブレース等)毎に、断面計算用の学習済みモデルを生成し、設計支援装置100に対して、出力部150により出力する。 In this embodiment, a trained model for cross-section calculation is generated for each type of structural member (column, beam, wall, brace, etc.) and output to the design support device 100 by the output unit 150.
<学習装置の動作>
次に、本発明の第1の実施の形態に係る学習装置200の動作について説明する。
<Operation of the learning device>
Next, the operation of the learning device 200 according to the first embodiment of the present invention will be described.
入力部110によって、建物の実績情報から構造部材(柱、梁、壁、ブレース等)の各々について得られる、構造部材の位置情報を含む部材情報と、構造部材の断面との組み合わせを含む学習用データを入力として受け付ける。そして、学習部122は、入力部110により受け付けた複数の学習用データに基づいて、断面計算用の学習済みモデルを得る。 The input unit 110 receives as input learning data that includes a combination of component information, including positional information for each structural component (columns, beams, walls, braces, etc.), obtained from the building's performance information, and the cross-sections of the structural components. The learning unit 122 then obtains a trained model for cross-section calculation based on the multiple pieces of learning data received by the input unit 110.
<設計支援装置の動作>
次に、本発明の第1の実施の形態に係る設計支援装置100の動作について説明する。
<Operation of the design support device>
Next, the operation of the design support device 100 according to the first embodiment of the present invention will be described.
まず、入力部10によって、設計担当者の操作により、部材情報が予め定められた建物の構造部材である複数の既定部材の情報を受け付けると、設計支援装置100の部材リスト生成部22は、部材情報が予め定められた建物の構造部材である複数の既定部材の情報に基づいて、構造部材に関する部材ランク毎に、複数の既定部材を格納した部材リストであって、断面係数、断面積、及び外形サイズの組み合わせの昇順となるように配列された部材リストを生成する。 First, the input unit 10 receives information on multiple predefined components, which are structural components of a building whose component information has been predetermined, through operation by the designer. The component list generation unit 22 of the design support device 100 then generates a component list that stores multiple predefined components for each component rank related to the structural components, based on the information on the multiple predefined components, which are structural components of the building whose component information has been predetermined, and that is arranged in ascending order of the combination of section modulus, cross-sectional area, and external size.
そして、入力部10によって、設計担当者の操作により、設計対象の建物であって、複数の構造部材(柱、梁、壁、ブレース等)を含む建物をモデル化した建物モデルの入力を受け付けるとともに、設計対象の建物に関する設計条件を受け付けると、設計支援装置100によって、図14に示す設計支援処理ルーチンが実行される。 Then, the input unit 10 receives input of a building model of the building to be designed, which includes multiple structural members (columns, beams, walls, braces, etc.), through operation by the designer. Also, when design conditions related to the building to be designed are received, the design support device 100 executes the design support processing routine shown in FIG. 14.
まず、ステップS100において、断面構造計算部24は、入力された複数の構造部材を含む建物モデルを取得する。 First, in step S100, the cross-sectional structural calculation unit 24 obtains a building model including the input structural members.
ステップS102では、第1割当部30は、建物モデルの構造部材の各々について、構造部材の部材情報に基づいて、学習した断面計算用の学習済みモデルを用いて、構造部材の断面を計算し、計算結果を表示する。そして、第1割当部30は、複数の構造部材の各々について、計算された構造部材の断面と、設計条件を満たす部材ランクの部材リスト又は統合部材リストとに基づいて、各構造部材に既定部材を割り当てる。 In step S102, the first assignment unit 30 calculates the cross section of each structural member of the building model using the trained model for cross section calculation based on the structural member's member information, and displays the calculation results. Then, for each of the multiple structural members, the first assignment unit 30 assigns a default member to each structural member based on the calculated cross section of the structural member and a member list or integrated member list of member ranks that satisfy the design conditions.
ステップS104では、第1割当部30~第4割当部36は、受け付けた設計条件を満たすように、部材リスト又は統合部材リストから、建物モデルの構造部材の各々に割り当てる既定部材を変更する。 In step S104, the first assignment unit 30 to the fourth assignment unit 36 change the default members to be assigned to each of the structural members of the building model from the member list or integrated member list so as to satisfy the accepted design conditions.
ステップS108では、グルーピング処理部28は、既定部材を複数の構造部材の各々に割り当てた建物モデルに対する応力解析の結果から得られる、複数の構造部材の各々の特徴量に基づいて、複数の構造部材を、同一の断面とすべき構造部材からなる複数のグループに分類するグルーピングを行う。このグルーピングは、グルーピングに関するパラメータセット毎に行われ、複数のグルーピング案が得られる。 In step S108, the grouping processing unit 28 performs grouping to classify the structural members into multiple groups consisting of structural members that should have the same cross section, based on the feature values of each of the structural members obtained from the results of stress analysis of the building model in which default members are assigned to each of the structural members. This grouping is performed for each grouping parameter set, and multiple grouping proposals are obtained.
ステップS110では、複数のグルーピング案に対するグルーピング結果を出力部150により表示し、設計支援処理ルーチンを終了する。 In step S110, the grouping results for the multiple grouping proposals are displayed by the output unit 150, and the design support processing routine is terminated.
上記ステップS104は、図15に示す処理ルーチンによって実現される。 Step S104 above is implemented by the processing routine shown in Figure 15.
ステップS112では、第1割当部30は、既定部材が割り当てられた複数の構造部材を含む建物モデルに対して、応力解析を行い、応力解析の結果に基づいて、長期応力に関する条件を満たし、かつ、複数の構造部材の各々に割り当てる既定部材の断面が最小となるように、部材リスト又は統合部材リストから、複数の構造部材の各々に既定部材を割り当てる。 In step S112, the first assignment unit 30 performs stress analysis on the building model including multiple structural members to which default members have been assigned, and, based on the results of the stress analysis, assigns default members to each of the multiple structural members from the member list or integrated member list so that the long-term stress conditions are met and the cross-section of the default member assigned to each of the multiple structural members is minimized.
ステップS114では、第2割当部32は、既定部材が割り当てられた複数の構造部材を含む建物モデルに対して、応力解析を行い、応力解析の結果に基づいて、短期応力に関する条件を満たすように、部材リスト又は統合部材リストから、複数の構造部材の各々に既定部材を割り当てる。 In step S114, the second assignment unit 32 performs stress analysis on the building model including multiple structural members to which default members have been assigned, and, based on the results of the stress analysis, assigns default members from the member list or integrated member list to each of the multiple structural members so as to satisfy the conditions regarding short-term stress.
ステップS116では、第3割当部34は、既定部材が割り当てられた複数の構造部材を含む建物モデルに対して、応力解析を行い、応力解析の結果に基づいて、各階の層間変形角の目標値を満たすように、部材リスト又は統合部材リストから、複数の構造部材の各々に既定部材を割り当てる。 In step S116, the third assignment unit 34 performs stress analysis on the building model including multiple structural members to which default members have been assigned, and, based on the results of the stress analysis, assigns default members to each of the multiple structural members from the member list or integrated member list so as to satisfy the target value of the inter-story deformation angle for each floor.
ステップS118では、第4割当部36は、既定部材を複数の構造部材の各々に割り当てた建物モデルに対する応力解析の結果に基づいて、柱梁耐力比の目標値を満たすように、複数の構造部材の各々に割り当てる既定部材を変更する。 In step S118, the fourth assignment unit 36 changes the default members assigned to each of the multiple structural members based on the results of stress analysis of the building model in which default members have been assigned to each of the multiple structural members, so as to satisfy the target value of the column-to-beam strength ratio.
ステップS120では、第4割当部36は、複数の構造部材の各々に割り当てられる既定部材の部材ランクから、構造特性係数を求め、構造特性係数から必要保有水平耐力を計算する。そして、第4割当部36は、建物モデルに対する応力解析の結果が、計算された必要保有水平耐力を満たすまで、部材リスト又は統合部材リストから複数の構造部材の各々に割り当てる既定部材を変更すること、及び必要保有水平耐力を計算することを繰り返し、当該処理ルーチンを終了する。 In step S120, the fourth assignment unit 36 determines a structural characteristic coefficient from the component rank of the default component assigned to each of the multiple structural components, and calculates the required horizontal bearing capacity from the structural characteristic coefficient. The fourth assignment unit 36 then repeatedly changes the default component assigned to each of the multiple structural components from the component list or integrated component list and calculates the required horizontal bearing capacity until the results of the stress analysis of the building model satisfy the calculated required horizontal bearing capacity, and then terminates the processing routine.
上記ステップS108は、図16に示す処理ルーチンによって実現される。この処理ルーチンは、グルーピングに関するパラメータセット毎に繰り返し実行される。 Step S108 above is implemented by the processing routine shown in Figure 16. This processing routine is repeatedly executed for each grouping parameter set.
ステップS130では、グルーピング処理部28は、既定部材を複数の構造部材の各々に割り当てた建物モデルに対して、応力解析を行う。 In step S130, the grouping processing unit 28 performs stress analysis on the building model in which the default members have been assigned to each of the multiple structural members.
ステップS132では、グルーピング処理部28は、応力解析の結果に基づいて、構造部材群の特徴量を取得する。 In step S132, the grouping processing unit 28 acquires the characteristic quantities of the structural member group based on the results of the stress analysis.
ステップS134では、グルーピング処理部28は、構造部材の種類毎に、構造部材群の特徴量の分布に基づいて、構造部材群のクラスタリングを行う。 In step S134, the grouping processing unit 28 performs clustering of the structural member groups for each type of structural member based on the distribution of the feature quantities of the structural member groups.
ステップS136では、グルーピング処理部28は、同一クラスタの構造部材の断面を統一するように、各構造部材に対する既定部材の割り当てを変更する。 In step S136, the grouping processing unit 28 changes the assignment of default members to each structural member so as to unify the cross sections of structural members in the same cluster.
ステップS138では、グルーピング処理部28は、複数の構造部材の各々に変更後の既定部材を割り当てた建物モデルに対して、応力解析を行い、応力解析の結果を出力し、当該処理ルーチンを終了する。 In step S138, the grouping processing unit 28 performs stress analysis on the building model in which the changed default members have been assigned to each of the multiple structural members, outputs the results of the stress analysis, and terminates the processing routine.
以上説明したように、本発明の第1の実施の形態に係る設計支援装置によれば、設計対象の建物に関する長期応力に関する条件、短期応力に関する条件、各階の層間変形角の目標値、及び必要保有水平耐力の順に、それぞれを満たすように、構造部材に既定部材を割り当てることにより、設計条件の入力だけで、適切な構造部材を用いた建物の構造設計を支援することができる。 As explained above, the design support device according to the first embodiment of the present invention can assist in the structural design of buildings using appropriate structural members simply by inputting design conditions. This can be achieved by assigning predefined members to structural members so that the long-term stress conditions, short-term stress conditions, target values for story deformation angles on each floor, and required horizontal bearing capacity of the building being designed are satisfied in that order.
また、構造部材の断面の計算結果と、断面係数、断面積、及び外形サイズで昇順となるように既定部材が配列された部材リストと、に基づいて、構造部材に既定部材を割り当てることにより、設計条件の入力だけで、適切な構造部材を用いた建物の構造設計を支援することができる。 In addition, by assigning predefined members to structural members based on the calculation results of the structural member's cross section and a member list in which predefined members are arranged in ascending order by section modulus, cross-sectional area, and external size, the system can assist in the structural design of buildings using appropriate structural members simply by inputting design conditions.
また、受け付けた設計条件を満たすまで、断面係数、断面積、及び外形サイズで昇順となるように既定部材が配列された部材リストの配列順に、構造部材の各々に割り当てる既定部材を変更することを繰り返すことにより、設計条件の入力だけで、適切な構造部材を用いた建物の構造設計を支援することができる。 Furthermore, by repeatedly changing the default members assigned to each structural member in the order of the member list, in which the default members are arranged in ascending order of section modulus, cross-sectional area, and external size, until the accepted design conditions are met, the system can assist in the structural design of buildings using appropriate structural members simply by inputting the design conditions.
また、受け付けた設計条件を満たすように、複数の構造部材の各々に割り当てる既定部材を変更した後に、必要保有水平耐力を計算し、必要保有水平耐力を満たすまで、複数の構造部材の各々に割り当てる既定部材を変更すること、及び必要保有水平耐力を計算することを繰り返すことにより、設計条件の入力だけで、計算の繰り返し回数を抑えて、必要保有水平耐力を満たす構造部材を用いた建物の構造設計を支援することができる。 In addition, the system changes the default members assigned to each of multiple structural members to meet the received design conditions, then calculates the required horizontal bearing capacity. By repeating this process of changing the default members assigned to each of multiple structural members and calculating the required horizontal bearing capacity until the required horizontal bearing capacity is met, the system can support the structural design of buildings using structural members that meet the required horizontal bearing capacity, minimizing the number of calculation iterations, by simply inputting the design conditions.
[第2の実施の形態]
次に本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、第2の実施の形態の設計支援装置及び学習装置の構成は、第1の実施の形態と同様の構成となるため、同一符号を付して説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Note that the configurations of the design support device and learning device of the second embodiment are similar to those of the first embodiment, so the same reference numerals are used and the description thereof will be omitted.
第2の実施の形態では、教師あり学習を用いてグルーピングを行う点が、第1の実施の形態と異なっている。 The second embodiment differs from the first embodiment in that grouping is performed using supervised learning.
<本発明の第2の実施の形態の学習装置の構成>
本発明の第2の実施の形態に係る学習装置200の入力部110は、上記第1の実施の形態と同様に、断面計算用の学習用データを入力として受け付ける。また、入力部110は、建物の実績情報から構造部材について得られる、すべての構造部材のうちの2つの構造部材からなる構造部材ペアの各々についての、2つの構造部材の各々の構造部材情報に基づいてグルーピングされているか否かを判断した判断結果と、2つの構造部材の各々の構造部材情報と、を含む学習用データを入力として受け付ける。
<Configuration of the learning device according to the second embodiment of the present invention>
The input unit 110 of the learning device 200 according to the second embodiment of the present invention accepts as input learning data for cross-section calculation, similar to the first embodiment. The input unit 110 also accepts as input learning data including the structural member information of each of the two structural members, and a determination result for each structural member pair consisting of two structural members out of all structural members obtained from the building performance information about the structural members, as to whether or not the two structural members are grouped together based on the structural member information of each of the two structural members.
具体的には、建物の実績情報から、すべての構造部材のうちの2つの構造部材からなる構造部材ペアについて、2つの構造部材の部材情報(上記図8の長さL、角度θ、建物内の位置(高さ方向の位置、平面上の位置)、階高、部材密度(スパン)、負担面積、その他部材を特徴付ける情報(上記図8の部材幅D、部材成B、部材厚tなど))と、2つの構造部材の各々の構造部材情報に基づいてグルーピングされているか否かを判断した判断結果とを含む学習用データを作成しておく。そして、構造部材ペア毎に、2つの構造部材の部材情報とグルーピングされているか否かの判断結果との組み合わせを含む学習用データを受け付ける。 Specifically, for structural member pairs consisting of two structural members from all structural members, learning data is created from the building's performance information, including the member information of the two structural members (length L, angle θ, position within the building (height position, position on the plane), floor height, member density (span), bearing area, and other information characterizing the members (member width D, member thickness B, member thickness t, etc. in Figure 8 above)) and the results of a determination of whether or not the two structural members are grouped based on the structural member information for each of the two structural members. Then, for each structural member pair, learning data is received that includes a combination of the member information of the two structural members and the results of a determination of whether or not they are grouped.
本実施の形態では、この学習用データを、構造部材の種類(柱、梁、壁、ブレース等)毎に受け付ける。 In this embodiment, this learning data is accepted for each type of structural member (column, beam, wall, brace, etc.).
学習部122は、上記第1の実施の形態と同様に、断面計算用の学習済みモデルを得る。 The learning unit 122 obtains a trained model for cross-section calculation, as in the first embodiment described above.
また、学習部122は、学習用データに基づいて、グルーピング用の学習済みモデルを得る。 The learning unit 122 also obtains a trained model for grouping based on the training data.
具体的には、図17に示すように、グルーピング用の学習済みモデルは、2つの構造部材の特徴量を入力データとし、当該2つの構造部材をグルーピングすべき度合いを出力データとする。例えば、モデルの一例としてニューラルネットワークを用いることができ、学習アルゴリズムの一例としてディープラーニングを用いることができる。構造部材の種類(柱、梁、壁、ブレース等)毎に、グルーピング用の学習済みモデルを生成する。 Specifically, as shown in Figure 17, the trained model for grouping takes the feature quantities of two structural members as input data and the degree to which the two structural members should be grouped as output data. For example, a neural network can be used as an example of the model, and deep learning can be used as an example of the learning algorithm. A trained model for grouping is generated for each type of structural member (column, beam, wall, brace, etc.).
<本発明の第2の実施の形態の設計支援装置の構成>
第2の実施の形態の設計支援装置100のグルーピング処理部28は、構造部材の種類(柱、梁、壁、ブレース等)毎に、生成したすべての構造部材のうちの2つの構造部材からなる構造部材ペアの各々について、2つの構造部材の各々の特徴量とグルーピング用の学習済みモデルとに基づいて、グルーピングすべき度合いを計算し、指定されたグループ数になるように、グルーピングすべき度合いの降順に、構造部材ペアをグルーピングする。
<Configuration of the design support device according to the second embodiment of the present invention>
The grouping processing unit 28 of the design support device 100 of the second embodiment calculates the degree of grouping for each structural member pair consisting of two structural members out of all the generated structural members for each type of structural member (column, beam, wall, brace, etc.) based on the feature values of each of the two structural members and the trained model for grouping, and groups the structural member pairs in descending order of the degree of grouping so as to achieve the specified number of groups.
具体的には、グルーピング処理部28は、構造部材の種類(柱、梁、壁、ブレース等)毎に、すべての構造部材のうちの2つの構造部材からなる構造部材ペアの各々について、2つの構造部材の各々の構造部材情報と当該構造部材の種類のグルーピング用の学習済みモデルとに基づいて、グルーピングすべき度合いを計算する。 Specifically, for each type of structural member (column, beam, wall, brace, etc.), the grouping processing unit 28 calculates the degree to which each structural member pair consisting of two structural members from all structural members should be grouped based on the structural member information for each of the two structural members and the trained model for grouping that type of structural member.
例えば、構造部材ペア毎に、2つの構造部材の部材情報(長さ、角度、建物内の位置(高さ方向の位置、平面上の位置)、階高、部材密度(スパン)、負担面積、その他部材を特徴付ける情報)をグルーピング用の学習済みモデルに入力して、グルーピングすべき度合いを求める。 For example, for each pair of structural members, the member information of the two structural members (length, angle, position within the building (height position, position on the plane), floor height, member density (span), bearing area, and other information characterizing the members) is input into a trained grouping model to determine the degree to which they should be grouped.
そして、グルーピング処理部28は、構造部材の種類(柱、梁、壁、ブレース等)毎に、指定されたグループ数になるように、グルーピングすべき度合いの降順に、構造部材ペアの2つの構造部材を同一グループとすることを繰り返す。これにより、指定されたグループ数のグルーピング結果が得られる。また、グルーピングの数の指定を順に変更して、同様に、構造部材ペアをグルーピングする。これにより、複数のグルーピング案に対するグルーピング結果が得られる。 The grouping processing unit 28 then repeatedly groups two structural members of a structural member pair in the same group in descending order of grouping degree, for each type of structural member (column, beam, wall, brace, etc.), until the specified number of groups is reached. This results in grouping results for the specified number of groups. The specified number of groupings is then changed in turn, and structural member pairs are grouped in the same manner. This results in grouping results for multiple grouping proposals.
第2の実施の形態の設計支援装置100及び学習装置200の他の構成及び作用については、第1の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。 The other configurations and operations of the design support device 100 and learning device 200 in the second embodiment are the same as those in the first embodiment, so explanations will be omitted.
以上説明したように、本発明の第2の実施の形態に係る設計支援装置によれば、受け付けた設計条件、及び必要保有水平耐力に基づいて、建物の複数の構造部材の各々について、既定部材を割り当て、建物モデルに対する応力解析の結果から得られる、複数の構造部材の各々の特徴量に基づいて、グルーピングすべき度合いを計算し、複数の構造部材を分類するグルーピングを行うことにより、設計条件の入力だけで、適切なグループ数の構造部材を用いた建物の構造設計を支援することができる。 As explained above, the design support device according to the second embodiment of the present invention assigns a default member to each of the multiple structural members of a building based on the received design conditions and required horizontal bearing capacity, calculates the degree of grouping based on the characteristic quantities of each of the multiple structural members obtained from the results of stress analysis of the building model, and performs grouping to categorize the multiple structural members. This makes it possible to support the structural design of a building using an appropriate number of groups of structural members simply by inputting the design conditions.
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications are possible without departing from the spirit and scope of the invention.
例えば、上述した実施形態では、学習装置と設計支援装置とが別々の装置として構成されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、学習装置と設計支援装置とを一つの装置として構成してもよい。 For example, in the above-described embodiment, an example was described in which the learning device and the design support device were configured as separate devices, but this is not limited to this, and the learning device and the design support device may also be configured as a single device.
また、本発明のプログラムは、記憶媒体に格納して提供するようにしてもよい。 The program of the present invention may also be provided stored on a storage medium.
10、110 入力部
12 CPU
20、120 演算部
21 通信インタフェース
22 部材リスト生成部
24 断面構造計算部
28 グルーピング処理部
30 第1割当部
32 第2割当部
34 第3割当部
36 第4割当部
50、150 出力部
100 設計支援装置
122 学習部
200 学習装置
10, 110 Input unit 12 CPU
20, 120 Calculation unit 21 Communication interface 22 Member list generation unit 24 Cross-sectional structure calculation unit 28 Grouping processing unit 30 First assignment unit 32 Second assignment unit 34 Third assignment unit 36 Fourth assignment unit 50, 150 Output unit 100 Design support device 122 Learning unit 200 Learning device
Claims (6)
部材情報が予め定められた既定部材を格納した部材リストから各々選択された既定部材を前記複数の構造部材の各々に割り当てた前記建物モデルに対する応力解析の結果に基づいて、長期応力に関する条件を満たし、かつ、前記複数の構造部材の各々に割り当てる前記既定部材の断面が最小となるように、前記複数の構造部材の各々に前記既定部材を割り当てる第1割当部と、
前記既定部材を前記複数の構造部材の各々に割り当てた前記建物モデルに対する応力解析の結果に基づいて、短期応力に関する条件を満たすように、前記複数の構造部材の各々に割り当てる前記既定部材を変更する第2割当部と、
前記既定部材を前記複数の構造部材の各々に割り当てた前記建物モデルに対する応力解析の結果に基づいて、各階の層間変形角の目標値を満たすように、前記複数の構造部材の各々に割り当てる前記既定部材を変更する第3割当部と、
前記複数の構造部材の各々に割り当てられる前記既定部材から、必要保有水平耐力を計算し、前記建物モデルに対する応力解析の結果が、前記計算された必要保有水平耐力を満たすように、前記複数の構造部材の各々に割り当てる前記既定部材を変更する第4割当部と、
を含み、
前記第1割当部による割り当て、前記第2割当部による割り当て、前記第3割当部による割り当て、及び前記第4割当部による割り当ての順序で実行する設計支援装置。 an input unit that receives a building model of a building to be designed, the building including a plurality of structural members, and design conditions for the building to be designed, including long-term stress conditions, short-term stress conditions, and target values of inter-story deformation angles for each floor;
a first assigning unit that assigns predetermined members to each of the plurality of structural members based on a result of a stress analysis of the building model in which predetermined members selected from a member list storing predetermined members whose member information is predetermined are assigned to each of the plurality of structural members so that a condition regarding long-term stress is satisfied and a cross section of the predetermined member assigned to each of the plurality of structural members is minimized;
a second assignment unit that changes the predetermined members to be assigned to each of the plurality of structural members based on a result of a stress analysis of the building model in which the predetermined members are assigned to each of the plurality of structural members so as to satisfy a condition regarding short-term stress;
a third assignment unit that changes the predetermined members to be assigned to each of the plurality of structural members based on a result of a stress analysis of the building model in which the predetermined members are assigned to each of the plurality of structural members so as to satisfy a target value of an inter-story deformation angle of each floor;
a fourth assignment unit that calculates a required horizontal bearing capacity from the predetermined members assigned to each of the plurality of structural members, and changes the predetermined members assigned to each of the plurality of structural members so that a result of stress analysis on the building model satisfies the calculated required horizontal bearing capacity;
Including,
A design support device that executes allocation in the order of the first allocation unit, the second allocation unit, the third allocation unit, and the fourth allocation unit .
前記第4割当部は、前記既定部材を前記複数の構造部材の各々に割り当てた前記建物モデルに対する応力解析の結果に基づいて、前記柱梁耐力比の目標値を満たすように、前記複数の構造部材の各々に割り当てる前記既定部材を変更した後に、前記複数の構造部材の各々に割り当てられる前記既定部材から、必要保有水平耐力を計算し、前記建物モデルに対する応力解析の結果が、前記計算された必要保有水平耐力を満たすように、前記複数の構造部材の各々に割り当てる前記既定部材を変更する請求項1又は2記載の設計支援装置。 The design conditions further include a target value of a column-to-beam strength ratio,
3. The design support device according to claim 1, wherein the fourth allocation unit changes the predetermined members to be assigned to each of the plurality of structural members so as to satisfy the target value of the column-beam strength ratio based on the results of stress analysis of the building model in which the predetermined members are assigned to each of the plurality of structural members, and then calculates a required horizontal bearing capacity from the predetermined members assigned to each of the plurality of structural members, and changes the predetermined members to be assigned to each of the plurality of structural members so that the results of stress analysis of the building model satisfy the calculated required horizontal bearing capacity.
前記部材リストは、部材ランク毎に用意された部材リストであり、
前記部材リストから、前記構造部材に割り当てる既定部材を選択する際に、前記部材ランクの範囲に含まれる部材ランクの部材リストから、既定部材を選択する請求項1~請求項3の何れか1項記載の設計支援装置。 The design conditions further include a range of component ranks,
The component list is a component list prepared for each component rank,
A design support device according to any one of claims 1 to 3, wherein when selecting a default component to be assigned to the structural component from the component list, the default component is selected from a component list of component ranks included in the range of component ranks.
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