JP2003013458A

JP2003013458A - 柱型部設計支援装置、柱型部設計支援プログラム、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体

Info

Publication number: JP2003013458A
Application number: JP2001203139A
Authority: JP
Inventors: Masakatsu Sasaki; 昌克佐々木; Osamu Kojima; 修小島
Original assignee: NIPPON CASTING CO Ltd; Nippon Chuzo Co Ltd
Current assignee: NIPPON CASTING CO Ltd; Nippon Chuzo Co Ltd
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2003-01-15

Abstract

(57)【要約】【課題】柱型部の設計を容易にできるようにする。【解決手段】設計対象となる柱型部の仮定断面情報を
記憶する記憶手段と、仮定断面を選択するための情報を
入力する入力手段と、入力情報に基づいて前記記憶手段
から仮定断面情報を抽出する手段と、柱型部の応力情報
を入力する応力情報入力手段と、入力された応力情報と
前記抽出された仮定断面の耐力とに基づいて耐力検定を
する耐力検定手段とを備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、柱型部設計支援
装置、柱型部設計支援プログラム、該プログラムを記録
したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】構造物は、図１２に示すように、梁３
１、柱３３、ブレース３５を主要構成とする上部構造３
７、柱の下部およびベースプレートからなる柱脚部３
９、柱脚部３９の下部に構築される柱型部４１に分ける
ことができる。柱型部４１は、図１３に示すように、コ
ンクリート４３、アンカーボルト４５、立上筋４７、フ
ープ筋４９を備えている。

【０００３】このような構造物の構造設計においては、
幅、高さを有する柱３３、梁３１、ブレース３５をそれ
ぞれの材芯位置などで線材に置換した構造骨組みにモデ
ル化して応力計算されるのが一般的である（図１４参
照）。

【０００４】この場合、柱型部４１は骨組みモデルに組
み入れられないまま柱３３、梁３１、ブレース３５の構
造設計が進められる。すなわち、柱梁構造設計が一括で
行われるのに対し、柱型部４１の構造設計は別途、個別
に行われるのが一般的である。

【０００５】近年、構造設計はコンピュータを用いて行
われるようになっており、構造計算を一貫して行うプロ
グラムとして汎用一貫構造計算プログラムが知られてい
る。しかし、このようなプログラムでも、柱型部４１の
構造設計まで一貫して行うものはなく、柱型部４１の構
造設計は、別途、各柱型部ごとに個別に行われているの
が現状である。

【０００６】このような汎用一貫構造計算プログラムを
用いた構造設計の大まかな手順は次の通りである。上部
構造をモデル化してコンピュータによる上部構造の設計
を行う。次に、上部構造の設計を基に柱脚部３９の設計
を行う。さらに、柱脚部３９の設計を基に柱型部４１の
設計を行う。

【０００７】この柱型部４１の設計は以下の手順で行
う。柱脚部３９の設計によって特定されたベースプレー
ト５１（図１３参照）の仕様等を基に柱型部の大まかな
断面を仮定する（仮定断面という）。この仮定断面の耐
力が実際の応力に対して耐えうるかどうかを検定する
（耐力検定という）。

【０００８】耐力検定の結果、仮定断面の耐力が実際の
応力に対して耐えうるなら、次に当該柱型部に接合され
る梁５３（図１３参照）の主筋が柱型部４１に収まるか
どうかの検討を行う。すなわち、耐力的にＯＫとなった
柱型部４１に対して空間的な観点からの検討（梁配筋検
討という）を行うのである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】柱型部の設計を行うに
は、柱脚部の設計情報を基に柱型部の仮定断面を設定す
る必要がある。この仮定断面を設定は、柱脚部の設計情
報を基に設計者が自己の経験に基づいて柱型部寸法、鉄
筋強度、径、本数およびコンクリート強度を決定して行
わなければならない。そのため、熟練を要すると共に作
業に時間を要する。しかも、仮定断面が適切でないと、
断面仮定−耐力検定の繰返しが多くなり設計に手間取
り、設計時間が長くなる。また、設計時間に制限がある
場合は、耐力的に余裕のある仮定断面、即ち、不経済設
計のまま設計を終了することにもなりかねない。

【００１０】柱型部の耐力検定には柱型部の応力を求め
なければならないが、これには対象となる柱脚部に関連
する応力を、柱、梁の応力計算結果から抽出し、設計に
使えるように整理し、さらに、この応力を柱型部に作用
する応力に変換する必要がある。これらを設計者が各柱
型部毎に行わなければならず、煩雑な作業であった。

【００１１】さらに、梁配筋検討を行うには、自らの経
験に基づいて図面を描いて検討しなければならず、非常
に煩雑な作業であった。

【００１２】この発明はかかる課題を解決するためにな
されたものであり、柱型部の設計を容易にできるように
することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明による柱型部設
計支援装置は、設計対象となる柱型部の仮定断面情報を
記憶する記憶手段と、仮定断面を選択するための情報を
入力する入力手段と、入力情報に基づいて前記記憶手段
から仮定断面情報を抽出する手段と、柱型部の応力情報
を入力する応力情報入力手段と、入力された応力情報と
前記抽出された仮定断面の耐力とに基づいて耐力検定を
する耐力検定手段とを備えたものである。

【００１４】また、設計対象となる柱型部に対する梁の
梁配筋検討情報を記憶する記憶手段と、入力情報に基づ
いて梁配筋検討情報を抽出する抽出手段と、抽出された
梁配筋検討情報を表示する表示手段とを備えたものであ
る。

【００１５】また、応力情報入力手段は、柱脚部の応力
情報を入力する手段と、該入力情報を柱型部の応力情報
に変換する手段とを備えてなるものである。

【００１６】また、応力情報入力手段は、予め記憶され
ている柱脚部の応力情報から柱型部の設計に必要な応力
を抽出する手段と、該抽出された情報を柱型部の応力情
報に変換する手段とを備えてなるものである。

【００１７】この発明による柱型部設計支援プログラム
は、コンピュータを、設計対象となる柱型部の仮定断面
情報を記憶する記憶手段、仮定断面を選択するための情
報を入力する入力手段、入力情報に基づいて前記記憶手
段から仮定断面情報を抽出する手段、柱型部の応力情報
を入力する応力情報入力手段、入力された応力情報と前
記抽出された仮定断面の耐力とに基づいて耐力検定する
耐力検定手段として機能させるものである。

【００１８】また、コンピュータを、設計対象となる柱
型部に対する梁の梁配筋検討情報を記憶する記憶手段、
入力情報に基づいて配筋情報を抽出する抽出手段、抽出
された梁配筋検討情報を表示する表示手段として機能さ
せるものである。

【００１９】また、応力情報入力手段は、柱脚部の応力
情報を入力する手段と、該入力情報を柱型部の応力情報
に変換する手段とを備えてなるものである。

【００２０】また、応力情報入力手段は、予め記憶され
ている柱脚部の応力情報から柱型部の設計に必要な応力
を抽出する手段と、該抽出された情報を柱型部の応力情
報に変換する手段とを備えてなるものである。

【００２１】この発明によるコンピュータ読み取り可能
な記録媒体は、上記の柱型部設計支援プログラムの何れ
かを記録したものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は、設計者が操作することに
より、半自動的にまたは自動的に柱型部の設計を行うこ
とができる装置の構成を示している。

【００２３】メモリ１は予め作成された仮定断面情報、
梁配筋検討情報からなるデータベースを格納するもので
ある。仮定断面情報とは、設計者が柱型部の設計に際し
て、仮定的に用いる柱型部の断面の情報である。断面の
情報は、柱型部水平断面寸法、立上筋、帯筋の仕様から
構成される。梁配筋検討情報とは、柱型部に接続される
梁主筋の柱型部における取り合い関係を図示したもので
ある。

【００２４】仮定断面情報、梁配筋検討情報のデータベ
ースの例をそれぞれ図２、図３に示す。仮定断面情報を
構成するデータベースは以下のように構成される。仮定
断面を選択するための情報に対応付けられて、柱型部水
平断面寸法、立上筋、帯筋の仕様からなる仮定断面情報
が記憶されている。仮定断面を選択するための情報とし
て、この例では、コンクリート強度（Ｆｃ）、柱材降伏
点（σ_у）、柱脚型式が示されている（図２参照）。な
お、必要とあれば仮定断面情報に対応して、柱型部の水
平・縦断面図の画像情報、水平・縦断面図番号、柱の仕
様等を併せて記憶させておいてもよい。

【００２５】梁配筋検討情報を構成するデータベースは
以下のように構成される。柱型部情報、梁情報に対応付
けられて、標準的な配筋例の柱型部縦断面図、柱型部水
平断面図の図番が記憶されている（図３参照）。なお、
標準的な配筋例の一例を図４、図５に示す。図４は中柱
の柱型部縦断面図、図５は図４に対応する柱型部水平断
面図である。図中には、配筋形態に加えて、柱型部、梁
の仕様が示されている。このような図の画像情報を、図
３に示した図番に関連付けてメモリ１内あるいはＭＯ
（光磁気ディスク）等の外部記憶手段２に格納しておく
ようにする。外部記憶手段２への格納、外部記憶手段２
からの読み出しは、外部記憶手段駆動装置４で行う。な
お、上記のデータベースは、中柱、側柱、隅柱毎に作成
されている。

【００２６】キーボード３は、種々の情報、例えば仮定
断面を選択するのに必要な情報、具体的にはコンクリー
ト強度、柱材降伏点等、を入力するものである。ＣＲＴ
５はこれら入力されたデータの表示、入力情報に基づく
検定結果、配筋例の図等を必要に応じて表示する。プリ
ンタ７も入力されたデータの表示、入力情報に基づく検
定結果、配筋例の図等を必要に応じてプリント出力す
る。

【００２７】マウス９はＣＲＴ５に表示されたアイコン
の選択により、選択された処理命令、データ等を入力す
る。

【００２８】ＣＰＵ１１はキーボード３、マウス９から
入力された情報に基づいて、耐力検定、仮定断面の選
択、梁配筋検討情報図の選択等を行う。また、ＣＰＵ１
１はＣＲＴ５への表示、プリンタ７による印刷出力の制
御を行う。

【００２９】ＣＰＵ１１の各種の機能はＣＰＵ１１がプ
ログラムを実行することにより実現される。プログラム
は、これを記録した記録媒体（例えば、ＦＤ１３、ＣＤ
−ＲＯＭ１５等）によって提供される。ＦＤ１３によっ
て提供された場合には、ＦＤ駆動装置１７を介してメモ
リ１に格納される。ＣＤ−ＲＯＭ１５によって提供され
た場合には、ＣＤ−ＲＯＭ駆動装置１９を介してメモリ
１に格納される。そして、格納されたプログラムは必要
に応じて読み出されて実行される。

【００３０】図６は図１に示す装置を用いて柱型部の設
計を行う処理または操作の一連の手順を示している。以
下、中柱の柱型部を例に挙げて設計時の処理または操作
の手順を説明する。仮定断面選択のための情報である、
柱脚型式、コンクリート強度、柱材降伏点がキーボード
から入力される（ステップ１）。入力された情報に基づ
いて、図２に示したデータベースから仮定断面情報が選
択される（ステップ２）。選択された仮定断面情報は予
め設定された形式でＣＲＴ５に表示される。図７は表示
の一例を示しており、柱型部の水平断面図を併せて表示
している。

【００３１】仮定断面が選択されると、該仮定断面の耐
力検定が行われる。耐力検定は対象となる柱型部に実際
に作用する応力と当該柱型部の耐力とを比較することよ
ってなされる。なお、耐力検定は、軸力、曲げモーメン
ト、せん断力について行われる。

【００３２】ここで、柱型部に実際に作用する応力の入
力方法を説明する。柱型部の設計に先立って柱脚部の設
計が行われているので、柱脚部の応力は既に求められて
いる。そこで、この柱脚部の応力を利用して柱型部の応
力を求めるようにする。具体的には以下のようにする。

【００３３】柱脚部に作用する軸力、曲げモーメント、
せん断力がキーボードから入力される。入力された応力
値は柱型部に作用する応力値に変換される。柱脚部に作
用する応力を柱型部に作用する応力に変換する方法を、
図８に基づいて説明する。柱脚部２１と梁２３を比較す
ると、通常は、柱脚部２１の下面よりも柱型部２５に接
合する梁２３の上面が低い（図８参照）。したがって、
柱型部２５に作用する応力は柱脚部２１のそれより大き
くなる。この場合、一般的には、これら応力の内、曲げ
モーメントだけが柱型部で柱脚部より大きくなる。そこ
で、柱脚部２１の軸力Ｎｂ、せん断力Ｑｂ、曲げモーメ
ントＭｂとし、柱型部２５の軸力Ｎｆ、せん断力Ｑｆ、
曲げモーメントＭｆ、柱脚部２１の下面と基礎梁上端位
置の距離をｈとして、柱脚部２１に作用する応力と柱型
部２５に作用する応力関係を以下のように考える。Ｎｆ＝ＮｂＱｆ＝ＱｂＭｆ＝Ｍｂ＋Ｎｂ×ｈ

【００３４】上記の関係に基づいて柱型部２５に作用す
る応力が入力される（ステップ３）。この変換はＣＰＵ
がプログラムを実行することで実現される。耐力検定プ
ログラムが実行され、耐力検定が行われる（ステップ
４）。そして、検定結果がＣＲＴに表示される（ステッ
プ５）。表示の一例を図９に示す。なお、耐力検定は、
対象となる柱型部の平面図座標軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸
方向）毎に、各種荷重条件（長期Ｌ、地震ＬＥ、地震Ｒ
Ｅ、短期Ｌ＋ＬＥ、短期Ｌ＋ＲＥ、終局Ｌ＋γＬＥ、終
局Ｌ＋γＲＥ）での軸力、曲げモーメント、せん断力の
それぞれについて行われる。

【００３５】検定の結果、応力が耐力の範囲内にある
と、ＯＫの判定がなされ、その旨が画面に表示される
（図９参照）。ＯＫの判定がなされた場合には、梁配筋
の検討に移る。梁配筋の検討に際しては、まず、対象と
なっている柱型に接合される梁情報がキーボードまたは
マウスから入力される（ステップ７）。入力される梁情
報は、この例では、梁幅、梁主筋径、スタラップ筋径で
ある。

【００３６】梁情報が入力されると、当該梁情報及び柱
型部情報に基づいて梁配筋検討情報の図番が選択され、
その図番に対応する図面（図４、図５参照）がＣＲＴに
表示される（ステップ８）。設計者はＣＲＴに表示され
た梁配筋検討情報を見て、梁主筋を柱型に実際に配筋で
きるかどうかの検討を行う（ステップ９）。検討に際し
て、設計者は柱型部に設置されている定着板、アンカー
フレーム等の位置、寸法等を確認し、これらの位置、寸
法を考慮して、実際に当該柱型部に配筋できるか、柱型
部のコンクリートかぶりが十分であるかどうかを判断す
る。配筋ができると判断された場合は、その柱型部の仕
様はキーボードまたはマウスから入力指示により、プリ
ンタからプリント出力される。

【００３７】ステップ６の判断で応力が耐力の範囲外に
あり、判定がＮＯの場合には、設計者がキーボードから
修正情報を入力する（ステップ１０）。修正情報は設計
者の経験に基づいて入力されるが、一般的な例としては
次のようなものがある。曲げモーメント不足、引張の軸
力不足の場合には、立上筋の本数、径、規格等を変更す
る。せん断力不足の場合には、帯筋の数、間隔等を変更
する。圧縮の軸力不足の場合には、コンクリート強度を
変更するか、断面を大きくする。なお、この修正情報は
判定結果に対応づけておき、自動入力するようにしても
よい。

【００３８】修正情報が入力されると、ステップ４に戻
り、修正情報で特定された柱型断面に対して耐力検定が
行われる。その後の処理は前述の通りである（ステップ
５〜ステップ６）。

【００３９】また、ステップ９で梁主筋を柱型に配筋で
きないと判断した場合には、設計者がキーボードから修
正情報を入力する（ステップ１０）。修正情報の一般的
な例としては、柱型部の寸法を大きくすることが考えら
れる。

【００４０】修正情報が入力されると、ステップ４に戻
り、修正情報で特定された柱型断面に対して耐力検定が
行われる。その後の処理は前述の通りである（ステップ
５〜ステップ９）。

【００４１】この実施の形態によれば、柱型部の設計に
際して、耐力検定、梁配筋検討を一貫して行うことがで
き、設計効率を大幅に高めることができる。また、仮定
断面を選択する情報をキー入力するだけで対象となる仮
定断面を抽出でき、設計の効率が向上する。さらに、柱
型部に作用する応力を柱脚部に作用する応力から自動的
に変換できるので、従来、煩雑であった梁配筋を含めた
柱型部の配筋検討が大幅に簡略化される。また、梁配筋
検討図を容易に表示でき、とても便利である。

【００４２】なお、上記の実施の形態においては、仮定
断面の選択を、柱脚型式、コンクリート強度、柱材降伏
点に基づいて行った例を示した。しかし、柱材降伏点に
代えて応力領域に基づいて行うようにしてもよい。この
方法を図１０、図１１に基づいて説明する。

【００４３】図１０は仮定断面情報のデータベースを示
しており、このデータベースは以下のように構成され
る。仮定断面を選択するための情報に対応付けられて、
柱型部水平断面寸法、立上筋、帯筋の仕様からなる仮定
断面情報が記憶されている。仮定断面を選択するための
情報としては、コンクリート強度（Ｆｃ）、柱脚型式、
応力領域がある（図１０参照）。応力領域とは、次のよ
うに定義される。図１１に示すように縦軸に軸力を、横
軸に曲げモーメントをそれぞれ取って、柱脚部の耐力線
を描く。そして、この耐力線で囲まれた領域を複数の領
域（この例では１０個の領域）に分けたものである。

【００４４】仮定断面情報の選択に際しては、柱型部に
作用する応力を、図１１に示したグラフ上にプロットし
て、それがどの領域にあるかを特定する。領域が特定さ
れたら、この領域の情報と、コンクリート強度（Ｆ
ｃ）、柱脚型式とによって、仮定断面を特定する。この
ようにすることで、よりきめ細かい仮定断面の選択が可
能となり、断面仮定−耐力検定の繰返しを少なくでき
る。

【００４５】なお、この領域の特定は、図１１に示す耐
力曲線の数式等を用いて構成されるプログラムを実行す
ることで、コンピュータで行うようにする。

【００４６】また、上記の実施の形態においては、梁配
筋検討情報の選択に際して、梁幅を入力する例を示し
た。しかし、梁幅に代えて梁主筋本数を入力するように
してもよい。あるいは梁幅に加えて梁主筋本数を入力す
るようにしてもよい。これらは、準備する標準配筋図と
の関係で決定する。多種の図面を準備するのなら、これ
に対応して入力情報も多くする。

【００４７】さらに、上記の実施の形態では、応力など
柱脚部の設計に必要な情報をキーボード３用いて入力す
る例を示した。ただし、汎用一貫構造計算プログラム情
報における柱型部の設計に必要な情報を抽出してコンピ
ュータの記録装置（メモリーor外部記録）に記憶させて
おけば、これらの情報を本発明システムに簡便に入力す
ることもできる。

【００４８】

【発明の効果】以上のように、この発明においては、設
計対象となる柱型部の仮定断面情報を記憶する記憶手段
と、仮定断面を選択するための情報を入力する入力手段
と、入力情報に基づいて前記記憶手段から仮定断面情報
を抽出する手段と、柱型部の応力情報を入力する応力情
報入力手段と、入力された応力情報と前記抽出された仮
定断面の耐力とに基づいて耐力検定をする耐力検定手段
とを備えたことにより、適切な仮定断面情報の抽出が容
易になり、柱型部の設計の省力化による効率化を図るこ
のができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】柱型部の設計に適した装置を示すブロック図
である。

【図２】仮定断面情報のデータベースの一例を示す図
である。

【図３】梁配筋検討情報のデータベースの一例を示す
図である。

【図４】標準的な配筋例の一例の縦断面図である。

【図５】標準的な配筋例の一例の水平断面図である。

【図６】柱型部の設計を行う処理または操作の一連の
手順を示すフローチャートである。

【図７】仮定断面情報を表示した画面の一例を示す図
である。

【図８】柱脚部の応力と柱型部の応力との関係の説明
図である。

【図９】柱型部の耐力検定結果を表示した画面の一例
を示す図である。

【図１０】仮定断面情報のデータベースの他の例を示
す図である。

【図１１】図１０に示した仮定断面情報のデータベー
スの内容を説明する図である。

【図１２】構造物の骨組み図の縦断面図である。

【図１３】柱型部の構造の説明図である。

【図１４】構造物の骨組みの構造計算モデル例を示す
図である。

【符号の説明】

１メモリ３キーボード５ＣＲＴ７プリンタ９マウス１１ＣＰＵ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】設計対象となる柱型部の仮定断面情報を
記憶する記憶手段と、仮定断面を選択するための情報を
入力する入力手段と、入力情報に基づいて前記記憶手段
から仮定断面情報を抽出する手段と、柱型部の応力情報
を入力する応力情報入力手段と、入力された応力情報と
前記抽出された仮定断面の耐力とに基づいて耐力検定を
する耐力検定手段とを備えたことを特徴とする柱型部設
計支援装置。
【請求項２】設計対象となる柱型部に対する梁の梁配
筋検討情報を記憶する記憶手段と、入力情報に基づいて
梁配筋検討情報を抽出する抽出手段と、抽出された梁配
筋検討情報を表示する表示手段とを備えたことを特徴と
する請求項１記載の柱型部設計支援装置。
【請求項３】応力情報入力手段は、柱脚部の応力情報
を入力する手段と、該入力情報を柱型部の応力情報に変
換する手段とを備えてなることを特徴とする請求項１又
は２記載の柱型部設計支援装置。
【請求項４】応力情報入力手段は、予め記憶されてい
る柱脚部の応力情報から柱型部の設計に必要な応力を抽
出する手段と、該抽出された情報を柱型部の応力情報に
変換する手段とを備えてなることを特徴とする請求項１
又は２記載の柱型部設計支援装置。
【請求項５】コンピュータを、設計対象となる柱型部の仮定断面情報を記憶する記憶手
段、仮定断面を選択するための情報を入力する入力手
段、入力情報に基づいて前記記憶手段から仮定断面情報
を抽出する手段、柱型部の応力情報を入力する応力情報
入力手段、入力された応力情報と前記抽出された仮定断
面の耐力とに基づいて耐力検定する耐力検定手段として
機能させることを特徴とする柱型部設計支援プログラ
ム。
【請求項６】コンピュータを、設計対象となる柱型部
に対する梁の梁配筋検討情報を記憶する記憶手段、入力
情報に基づいて配筋情報を抽出する抽出手段、抽出され
た梁配筋検討情報を表示する表示手段として機能させる
ことを特徴とする請求項５記載の柱型部設計支援プログ
ラム。
【請求項７】応力情報入力手段は、柱脚部の応力情報
を入力する手段と、該入力情報を柱型部の応力情報に変
換する手段とを備えてなることを特徴とする請求項５又
は６記載の柱型部設計支援プログラム。
【請求項８】応力情報入力手段は、予め記憶されてい
る柱脚部の応力情報から柱型部の設計に必要な応力を抽
出する手段と、該抽出された情報を柱型部の応力情報に
変換する手段とを備えてなることを特徴とする請求項５
又は６記載の柱型部設計支援プログラム。
【請求項９】請求項５〜８記載のプログラムを記録し
たコンピュータ読み取り可能な記録媒体。