JP2014070436A - 架構決定方法、及び、鉄骨造建物 - Google Patents

Abstract

【課題】 １階の耐力パネルの配置の変更が生じた場合であっても、建物全体の構造計算のやり直し作業の発生を抑制することができる架構決定方法、及び、鉄骨造建物を提供することを目的とする。
【解決手段】 複数の階層を有し、１階に耐力パネルを備える鉄骨造建物の架構決定方法であって、耐力パネルと２階梁との接合を鉛直ローラ接合として設定する接合設定工程と、耐力パネル以外の架構の耐力及び耐力パネルに求められる耐力を決定する耐力決定工程と、耐力決定工程で決定された耐力パネルに求められる耐力から、耐力パネルの必要数を求める必要数算出工程と、必要数算出工程で算出された必要数を満たす数の耐力パネルを１階に配置するときの配置位置を算出する配置位置算出工程と、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、鉄骨造建物の架構決定方法、及び、この架構決定方法で設計された鉄骨造建物に関する。

住宅等の建物では、上下梁の間に耐力パネルを設けることがある。この耐力パネルは、通常、間仕切壁や外周壁の内部に配置される。このような耐力パネルを用いた住宅を設計する際に、耐力パネルの配置位置の設計支援を行うものとして、例えば特許文献１に記載されたものがある。

特開２０００−７３４４２号公報

従来、耐力パネルと梁との接合方法として、ボルトを用いてお互いを接合する方法がある。この方法では、１階の耐力パネルの配置位置によって、上階の梁の剛性が変化し、上階の架構の耐力（構造計算結果）に影響を与えることがある。また、逆に、一階の耐力パネルの耐力が、上階の架構の影響を受けることがある。

従って、例えば、顧客と住宅の設計者との間での間取り等の折衝中に、間仕切壁や窓の移動を伴う間取りの変更に伴って、１階の耐力パネルの移動が必要となった場合、構造安全性の確認のために、建物全体の構造計算を再度、初めから実行する必要があり、手間や時間がかかるといった問題があった。

そこで本発明は、このような従来技術の有する課題を解決するものであり、１階の耐力パネルの配置の変更が生じた場合であっても、建物全体の構造計算のやり直し作業の発生を抑制することができる架構決定方法、及び、鉄骨造建物を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、本発明に係る架構決定方法は、複数の階層を有し、１階に耐力パネルを備える鉄骨造建物の架構決定方法であって、耐力パネルと２階梁との接合を鉛直ローラ接合として設定する接合設定工程と、耐力パネル以外の架構の耐力及び耐力パネルに求められる耐力を決定する耐力決定工程と、耐力決定工程で決定された耐力パネルに求められる耐力から、耐力パネルの必要数を求める必要数算出工程と、必要数算出工程で算出された必要数を満たす数の耐力パネルを１階に配置するときの配置位置を算出する配置位置算出工程と、を含む。

この発明では、接合設定工程において、耐力パネルと２階梁との接合が、鉛直ローラ接合として設定される。これにより、１階の耐力パネルが上階の架構の耐力に影響を与えないので、１階の耐力パネルの配置が鉄骨造建物全体の構造計算に影響を与えない。また、１階の耐力パネルの耐力が上階の架構の影響を受けない。従って、本発明では、必要数算出工程において、耐力パネルの総数を決定すれば、耐力パネルの配置の異なるパターンのそれぞれについても、鉄骨造建物全体に要求される耐力が担保される。

このため、配置位置算出工程では、必要数算出工程で算出された必要数を満たすように耐力パネルを配置することで、耐力パネルを１階の自由な位置に配置することができる。また、間取り等の折衝の過程で間取りの変更に伴う耐力パネルの配置位置の変更が生じたとしても、耐力決定工程や必要数算出工程を行わずに、配置位置算出工程において耐力パネルの配置位置を変更することができる。以上のように、本発明によれば、１階の耐力パネルの配置の変更が生じた場合であっても、建物全体の構造計算のやり直し作業の発生を抑制することができる。

配置位置算出工程では、耐力パネルの配置位置のパターンを複数算出することが好ましい。この場合には、耐力パネルの配置位置のパターンが複数算出されるので、算出された複数の配置位置のパターンの中から所望のパターンを選択することができ、利便性がよい。

また、本発明に係る鉄骨造建物は、上記の架構決定方法によって耐力パネルの配置位置が算出される。この発明によれば、設計段階において、１階の耐力パネルの配置の変更が生じた場合であっても、建物全体の構造計算のやり直し作業の発生が抑制された鉄骨造建物を得ることができる。

本発明によれば、１階の耐力パネルの配置の変更が生じた場合であっても、建物全体の構造計算のやり直し作業の発生を抑制することができる。

実施形態に係る架構決定装置の全体構成を示す図である。 架構決定方法の処理の流れを示す図である。 構造計算用の図面を示す図である。 構造計算用の図面を示す図である。 耐力パネルの配置位置のパターン例を示す図である。 間取りのパターン例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る架構決定方法を実行する架構決定装置の実施形態について詳細に説明する。また、本実施形態では、架構決定装置によって、複数の階層を有する建物であって、少なくとも１階に耐力パネルを備えたラーメン構造の鉄骨造建物についての架構を決定する場合を例に説明する。

図１に示すように、架構決定装置１は、初期条件受付部１０と、耐力決定部２０と、必要数算出部３０と、配置位置算出部４０と、配置位置出力部５０とを含んで構成される。

初期条件受付部１０は、鉄骨造建物の架構に関する各種の初期条件の入力を受け付ける。この入力は、鉄骨造建物の設計者等によって行われ、初期条件受付部１０に備えられた図示しない入力デバイスを通じて行われる。

具体的には、初期条件受付部１０は、通り（柱や梁を配置する際の基準となる線）に関する情報、鉄骨造建物の各階（鉄骨造建物が２階建てであれば、１階及び２階）の躯体の通り上の輪郭線に関する情報、鉄骨造建物の各階（鉄骨造建物が２階建てであれば、１階、２階、及び、屋根）の床の輪郭線に関する情報、鉄骨造建物の各階（鉄骨造建物が２階建てであれば、１階及び２階）の外壁線に関する情報を受け付ける。

更に、初期条件受付部１０は、階高、床及び壁の構成（単位面積（長さ）あたりの重量）、躯体（柱・梁）の剛性、耐力パネルの耐力等が入力される。また、初期条件受付部１０には、柱と梁との接合方法や、耐力パネルと梁との接合方法が入力される。なお、鉄骨造建物が工業化住宅の場合には、階高、床及び壁の構成、躯体の剛性、耐力パネルの耐力等が規格化されている。このため、これらの情報が初期条件受付部１０に予め入力されている場合には、予め入力された情報を用いることができる。

なお、本実施形態では、初期条件受付部１０には、１階に配置される耐力パネルと２階の梁との接合方法として、鉛直ローラ接合を用いる旨が入力される。また、初期条件受付部１０には、１階の耐力パネルと１階の梁（基礎）との接合方法として、ピン接合を用いる旨が入力される。ここで、鉛直ローラ接合とは、軸方向（建物の上下方向）の力は伝達せず、水平方向の力のみ伝達する接合である。これにより、１階の耐力パネルが上階の架構の耐力に影響を与えないので、１階の耐力パネルの配置が鉄骨造建物全体の構造計算に影響を与えない。また、１階の耐力パネルの耐力が上階の架構の影響を受けない。

耐力決定部２０は、初期条件受付部１０で受け付けられた鉄骨造建物の各種条件に基づいて、１階の耐力パネル以外の架構の耐力を構造計算によって決定する。また、耐力決定部２０は、構造計算によって決定された１階の耐力パネル以外の架構の耐力と、構造計算で想定する水平力（地震力）とに基づいて、１階の耐力パネルに必要な耐力の合計値（即ち、１階の耐力パネルで負担すべき水平力）を決定する。

なお、構造計算で想定する水平力とは、建物の重量で決まる。例えば、大地震に対して建物が倒壊しないように設計することが建築基準法で定められているが、その際に想定する水平力は、建物重量の１００％となっている。

また、１階の耐力パネル以外の架構の耐力が作用する水平力よりも大きい場合には、１階に耐力パネルを追加する必要が無い。即ち、１階に耐力パネルを設けるために、架構の耐力を減らすことができる。従って、１階の耐力パネルが設けられていない状態で、１階の耐力が不足し、２階に必要とされる耐力を満たすように、通り（スパン長）の調整を行うこと（即ち、柱を減らすこと）できる。

必要数算出部３０は、耐力決定部２０で決定された１階の耐力パネルに求められる耐力の合計値と、耐力パネルひとつあたりの耐力から、１階に設ける耐力パネルの必要数を求める。

配置位置算出部４０は、必要数算出部３０で算出された必要数を満たす数の耐力パネルを１階に配置するときの配置位置を算出する。なお、配置位置算出部４０は、予め、１階の間取りが決まっている場合には、その間取りに応じて耐力パネルの配置位置を算出することができる。また、配置位置算出部４０は、１階の間取りが決まっていない場合には、所定の規則に従って、耐力パネルの配置位置を算出することができる。

なお、配置位置算出部４０は、耐力パネルの配置位置のパターンを複数算出することができる。また、配置位置算出部４０は、耐力パネルを１階に配置した時に、配置位置に偏心が生じて、ねじりの影響を考慮する必要がある場合、偏心率に応じて耐力パネルの配置数を増やして１階全体の耐力を上げることもできる。

配置位置出力部５０は、配置位置算出部４０で算出された耐力パネルの配置位置のパターンを出力する。この出力は、図示しないプリンタやディスプレイ等の出力デバイスを通じて行われる。

ここで、架構決定装置１は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置であり、そのハードウェア構成は、通常の情報処理装置の基本構成、即ち、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、キーボードやマウス等の入力デバイス、外部との通信を行う通信デバイス、情報を記憶する記憶デバイス、及び、プリンタやディスプレイ等の出力デバイス等を必要に応じて備えている。これらの構成要素が動作することにより、上記の初期条件受付部１０、耐力決定部２０、必要数算出部３０、配置位置算出部４０、及び、配置位置出力部５０の各機能が発揮される。

次に、架構決定装置１において実行される鉄骨造建物の架構決定方法の処理の流れについて説明する。図２に示すように、初期条件受付部１０は、設計者等によって入力された、１階の耐力パネルと上下階の梁との接合方法についての情報を受け付ける（ステップＳ１０１）。具体的には、初期条件受付部１０には、１階に配置される耐力パネルと２階の梁との接合方法として、鉛直ローラ接合を用い、１階の耐力パネルと１階の梁（基礎）との接合方法として、ボルトによる接合方法を用いる旨が入力される。

耐力決定部２０は、１階の耐力パネルと２階梁との接合を鉛直ローラ接合であるものとして設定する（ステップＳ１０２：接合設定工程）。これにより、耐力決定部２０は、設定された接合条件に基づいて後述の鉄骨造建物の構造計算を行う。

また、初期条件受付部１０は、設計者等によって入力された、１階の耐力パネルと上下階の梁との接合方法以外の各種の初期条件の入力を受け付ける（ステップＳ１０３）。耐力決定部２０は、初期条件受付部１０で入力された鉄骨造建物の各種条件に基づいて、構造計算によって、１階の耐力パネル以外の架構の耐力と、１階の耐力パネルに必要な耐力の合計値（１階の耐力パネルで負担すべき水平力）とを決定する（ステップＳ１０４：耐力決定工程）。

より詳細には、耐力決定部２０は、初期条件受付部１０で受け付けられた通りに関する情報に基づいて、図３（ａ）に示すように、格子状に並ぶ通りが設定された図面を作成する。そして、耐力決定部２０は、鉄骨造建物の各階の躯体の通り上の輪郭線に関する情報に基づいて、図３（ｂ）に示すように、通りが設定された図面上に躯体の輪郭線Ａを追加する。また、躯体の輪郭線Ａに基づいて、鉄骨造建物の各階について、柱Ｂの建つ位置（輪郭線上を含む輪郭線内の通りの交点）を規定する。なお、図３（ａ）、図３（ｂ）、図４（ａ）、図４（ｂ）は、鉄骨造建物の１階の水平断面を示している。

そして、耐力決定部２０は、鉄骨造建物の各階の床の輪郭線に関する情報に基づいて、図４（ａ）に示すように、躯体の輪郭線Ａ及び柱Ｂが規定された図面上に床の輪郭線Ｃを追加する。この床の輪郭線Ｃにより、床が形成される領域が規定される。なお、床の輪郭線のうち、躯体の輪郭線からはみ出す部分はキャンティ（片持ち）架構となる。そして、耐力決定部２０は、鉄骨造建物の各階の外壁線に関する情報に基づいて、図４（ｂ）に示すように、躯体の輪郭線Ａ、柱Ｂ及び床の輪郭線Ｃが規定された図面上に、外壁の輪郭線Ｄを追加する。なお、各階の外壁線は、床が形成される領域の輪郭線からはみ出さないように設定される。

耐力決定部２０は、上述のようにして得られた鉄骨造建物の構造について、１階の耐力パネル以外の架構の耐力と、１階の耐力パネルに必要な耐力とを決定する。なお、本実施形態では、鉄骨造建物の耐力を求めるために、図４（ｂ）等に示す構造計算用の図面を作成するものとしたが、図面を作成することは必須ではなく、図面を作成せずに、初期条件受付部１０によって受け付けられた各種の初期条件に基づいて構造計算を行ってもよい。

次に、必要数算出部３０は、耐力決定部２０で決定された１階の耐力パネルに求められる耐力の合計値と耐力パネルひとつあたりの耐力から、１階に設ける耐力パネルの必要数を求める（ステップＳ１０５：必要数算出工程）。そして、配置位置算出部４０は、図５（ａ）に示すように、必要数算出部３０で算出された必要数を満たす数の耐力パネルＥを１階に配置するときの配置位置を算出する（ステップＳ１０６：配置位置算出工程）。

なお、必要数算出部３０は、鉄骨造建物の１階の水平面上において、図５（ａ）に示すように、互に直交するＸ方向とＹ方向とを設定し、Ｘ方向に沿って配置される耐力パネルＥの数と、Ｙ方向に沿って配置される耐力パネルＥの数と、を求めることができる。そして、配置位置算出部４０は、必要数算出部３０で求められたＸ方向及びＹ方向毎に算出された耐力パネルの必要数を満たすように耐力パネルＥを配置する。

また、配置位置算出部４０は、図５（ａ）に示す耐力パネルＥの配置位置のパターンに加え、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、耐力パネルＥの配置位置のパターンを複数算出することができる。

配置位置出力部５０は、配置位置算出部４０で算出された耐力パネルの配置位置のパターンを出力する（ステップＳ１０７）。これにより、構造計算を一度行うだけで、１階の耐力パネルの複数の配置位置のパターンを得ることができる。

上述の処理を、鉄骨造建物における複数の躯体モデル毎に行い、各躯体モデルについて１階の耐力パネルの配置位置のパターンを複数求めておく。

鉄骨造建物の顧客と設計者との間で１階の間取りを検討する際に、複数の躯体モデルの中から適切なものを選択すると共に、架構決定装置１で得られた耐力パネルの配置位置のパターンの中から、間仕切り壁や窓の位置等を考慮して、適切な耐力パネルの配置位置を決定する。そして、設計者は、決定された耐力パネルの配置位置に基づいて、間取りの設計を行う。図６（ａ）〜図６（ｃ）に、鉄骨造建物の１階の間取りの設計例を示す。図６（ａ）〜図６（ｃ）は、それぞれ、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示す耐力パネルの配置位置のパターンに基づいて設計を行った間取りの例を示している。

その後、顧客の要望等により、間取りの変更が生じ、耐力パネルの配置位置の変更が生じた場合には、上記のように架構決定装置１で求められた１階の耐力パネルの複数の配置位置のパターンの中から、再度、適切なパターンを選択し、間取りの設計を行う。即ち、耐力パネルＥの配置位置を変更する必要が生じても、構造計算を再度行う必要が無い。

このように、架構決定装置１が実行する架構決定方法によって決定された耐力パネルＥの配置位置に基づいて間取りを設計し、鉄骨造建物を建てることができる。

本実施形態は以上のように構成され、初期条件受付部１０によって受け付けられた初期条件に基づいて、耐力決定部２０は、１階の耐力パネルＥと２階梁との接合を鉛直ローラ接合であるものとして設定し、鉄骨造建物の構造計算を行う。これにより、１階の耐力パネルＥが上階の架構の耐力に影響を与えないので、１階の耐力パネルＥの配置が鉄骨造建物全体の構造計算に影響を与えない。また、１階の耐力パネルＥの耐力が上階の架構の影響を受けない。従って、本実施形態では、必要数算出部３０が、１階に配置する耐力パネルＥの総数を決定すれば、耐力パネルＥの配置の異なるパターンのそれぞれについても、鉄骨造建物全体に要求される耐力が担保される。

このため、配置位置算出部４０は、必要数算出部３０で算出された必要数を満たすように耐力パネルＥを配置することで、耐力パネルＥを１階の自由な位置に配置することができる。また、間取り等の折衝の過程で間取りの変更に伴う耐力パネルＥの配置位置の変更が生じたとしても、耐力決定部２０や必要数算出部３０が耐力の再決定や必要数の再算出を行わずに、配置位置算出部４０において算出された耐力パネルの配置位置のパターンを選択したり、再度、配置位置算出部４０において耐力パネルの配置位置を算出したりすることができる。

また、例えば、住宅の場合、ＬＤＫ等のパブリック空間は１階にレイアウトされ、個室（寝室や子供部屋）は２階（２階以上）にレイアウトされることが多い。個室に比べて、ＬＤＫは間取りに対する顧客の関心が高く、顧客がこだわる空間であり、折衝の過程で間取りが二転三転することも多い。このため、１階の間取り変更に伴って耐力パネルＥの移動が必要となることが多くあるが、本実施形態では、耐力パネルＥの配置位置の変更の都度、構造計算をやり直す必要が無い。

また、住宅の販売形態として、建物の構成をある程度固定しておき（例えば、柱割と上階の間取りを予め固定しておき）、これに適用できる１階（ＬＤＫ）の間取りを複数パターン用意し、そのパターン中から顧客が自己の要望に合うものを選択することも考えられる。このような場合においても、全てのパターンについて構造計算を行う必要が無い。

以上のように、本実施形態によれば、１階の耐力パネルＥの配置の変更が生じた場合であっても、建物全体の構造計算のやり直し作業の発生を抑制することができる。このため、手間や、時間、コストを削減することができる。

配置位置算出部４０は、耐力パネルＥの配置位置のパターンを複数算出することができるので、算出された複数の配置位置のパターンの中から所望のパターンを選択することができ、利便性がよい。

必要数算出部３０は、Ｘ方向に沿って配置される耐力パネルＥの数と、Ｙ方向に沿って配置される耐力パネルＥの数と、を求める。この場合には、互いに直交するＸ方向及びＹ方向毎に、必要な耐力パネルＥの数を求めることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ラーメン構造の鉄骨造建物を例に説明したが、ラーメン構造に限定されず、ブレース構造の鉄骨造建物であってもよい。

また、架構決定装置１が架構決定方法を実行するものとしたが、設計者等が構造計算や耐力の決定処理等を行う構成であってもよい。

構造計算の方法については、上記で説明した計算方法に限定されず、種々の方法を用いることができる。

１…架構決定装置、１０…初期条件受付部、２０…耐力決定部、３０…必要数算出部、４０…配置位置算出部、５０…配置位置出力部、Ｅ…耐力パネル。

Claims (3)

1. 複数の階層を有し、１階に耐力パネルを備える鉄骨造建物の架構決定方法であって、
   前記耐力パネルと２階梁との接合を鉛直ローラ接合として設定する接合設定工程と、
   前記耐力パネル以外の架構の耐力及び前記耐力パネルに求められる耐力を決定する耐力決定工程と、
   前記耐力決定工程で決定された前記耐力パネルに求められる耐力から、前記耐力パネルの必要数を求める必要数算出工程と、
   前記必要数算出工程で算出された必要数を満たす数の前記耐力パネルを１階に配置するときの配置位置を算出する配置位置算出工程と、
   を含む架構決定方法。
2. 前記配置位置算出工程では、前記耐力パネルの配置位置のパターンを複数算出する、請求項１に記載の架構決定方法。
3. 前記請求項１又は２に記載の架構決定方法によって前記耐力パネルの配置位置が算出された鉄骨造建物。

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