JP2024030327A - 建物の柱本数の設定方法及び建物 - Google Patents
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Abstract
【課題】建築計画の初期段階において、必要な柱本数を簡易的に算出することができる建物の柱本数の設定方法及び建物を提供する。【解決手段】建物の柱本数の設定方法は、建物に必要な柱本数を算出する建物の柱本数の設定方法であって、建物条件を設定する建物条件設定工程S1と、構造クライテリアを設定する構造クライテリア設定工程S2と、解析モデルの作成する解析モデル作成工程S3と、静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって、必要柱密度を算出する柱密度算出工程S4と、建物の床面積を設定する床面積設定工程S5と、床面積に必要柱密度を乗じて、柱本数を算出する柱本数算出工程S6と、を備える。【選択図】図1
Description
本開示は、建物の柱本数の設定方法及び建物に関するものである。
従来から、建築計画の初期段階における柱配置を検討する際、複数のプラン案を検討した上で最適な案を選定することが往々にして行われている。このため、短期間に、複数の検討が求められるが、構造的な配置を検討するために、荷重設定、構造解析モデル構築、構造計算等の一定の期間と労力が必要となる。
また、初期段階において、構造計算に基づかないで柱配置を経験的に設定する場合もある。この場合、具体的な設計に移行した段階で、構造計算上成立していないケースも少なくなく、大きく手戻りが生じたり、設計上に無理が生じたりする可能性がある。
また、平面的に複数の構造が混在する平面混構造が知られている(例えば、下記の特許文献1参照)。
しかしながら、平面混構造の場合は、コア部の柱は側柱(外柱)になりやすく、平面の部分的な構造で地震力の多くを負担する。よって、平面混構造の場合には、設計時に特に慎重な工学的判断が求められるため、初期段階の検討においても特に時間と労力がかかるという問題点がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、建築計画の初期段階において、必要な柱本数を簡易的に算出することができる建物の柱本数の設定方法及び建物を提供するものである。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る建物の柱本数の設定方法は、建物に必要な柱本数を算出する建物の柱本数の設定方法であって、建物条件を設定する建物条件設定工程と、構造クライテリアを設定する構造クライテリア設定工程と、解析モデルの作成する解析モデル作成工程と、静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって、必要柱密度を算出する柱密度算出工程と、前記建物の床面積を設定する床面積設定工程と、前記床面積に前記必要柱密度を乗じて、前記柱本数を算出する柱本数算出工程と、を備える。
すなわち、本発明に係る建物の柱本数の設定方法は、建物に必要な柱本数を算出する建物の柱本数の設定方法であって、建物条件を設定する建物条件設定工程と、構造クライテリアを設定する構造クライテリア設定工程と、解析モデルの作成する解析モデル作成工程と、静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって、必要柱密度を算出する柱密度算出工程と、前記建物の床面積を設定する床面積設定工程と、前記床面積に前記必要柱密度を乗じて、前記柱本数を算出する柱本数算出工程と、を備える。
このように構成された建物の柱本数の設定方法では、静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって必要柱密度を算出することによって、建物に必要な柱本数を簡易的に算出することができる。
また、本発明に係る建物の柱本数の設定方法では、基本ユニットが隣接して複数配置された前記建物の場合には、前記解析モデル作成工程の後に、静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって、中柱効果を算出する中柱効果算出工程を行い、前記柱本数算出工程で算出した前記柱本数から、前記中柱効果に対応する分を減じる前記中柱効果を考慮した真の柱本数算出工程を行ってもよい。
このように構成された建物の柱本数の設定方法では、基本ユニットが隣接配置された建物では、中柱効果を考慮することで、全体的な柱本数を減らすことができる。
また、本発明に係る建物では、上記の一の建物の柱本数の設定方法によって柱本数が設定されている。
このように構成された建物では、静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって必要柱密度を算出することによって、建物に必要な柱本数を簡易的に算出することができる。
本発明に係る建物の柱本数の設定方法及び建物によれば、建築計画の初期段階において、必要な柱本数を簡易的に算出することができる。
以下、本発明の一実施形態に係る建物の柱本数の設定方法について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る建物の柱本数の設定方法を示すフローチャートである。
本実施形態に係る建物の柱本数の設定方法の対象となる建物は、柱、梁、床、外壁等の部材の材料、大きさ等が規格化されたもので構成されている。
図1に示すように、まず、建物条件設定工程S1を行う。建物条件設定工程S1では、建物条件を設定する。建物条件とは、建物の階数、階高、荷重条件、部材断面等である。
図1は、本発明の一実施形態に係る建物の柱本数の設定方法を示すフローチャートである。
本実施形態に係る建物の柱本数の設定方法の対象となる建物は、柱、梁、床、外壁等の部材の材料、大きさ等が規格化されたもので構成されている。
図1に示すように、まず、建物条件設定工程S1を行う。建物条件設定工程S1では、建物条件を設定する。建物条件とは、建物の階数、階高、荷重条件、部材断面等である。
次に、構造クライテリア設定工程S2を行う。構造クライテリア設定工程S2では、構造クライテリアを設定する。本実施形態では、構造クライテリアとして、各入力地震波のレベルに応じた建物の最大層間変形角を設定している。なお、構造クライテリアは、壁に生じるせん断力、梁の曲げ応力、杭の引き抜き耐力等の様々な要素のうち、建物の構造種別等に応じて適宜設定可能である。
次に、同一の基本ユニットが複数隣接して配置された建物か否かを判定する工程B1を行う。建物が一つの基本ユニットで構成されていると判定した場合には、解析モデル作成工程S3に進む。
解析モデル作成工程S3では、想定する仕様で最も不利な条件で解析モデルを作成する。
次に、柱密度算出工程S4を行う。静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって、必要柱密度を算出する。
次に、床面積設定工程S5を行う。計画している建物の床面積A(m2)を設定する。
次に、柱本数算出工程S6を行う。床面積設定工程S5で設定した建物の床面積Aに、柱密度算出工程S4で算出した必要柱密度ΔNCを乗じて、建物全体で必要な柱本数NC(本)を算出する。
工程B1で、建物が複数の基本ユニットで構成されていると判定した場合には、中柱を含む解析モデル作成工程S13に進む。
中柱を含む解析モデル作成工程S13では、想定する仕様で最も不利な条件で解析モデルを作成する。
次に、中柱効果算出工程S14を行う。静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって、中柱効果αを算出する。次に、柱密度算出工程S4、床面積設定工程S5及び柱本数算出工程S6を行い、中柱効果を考慮した真の柱本数算出工程S15に進む。
中柱効果を考慮した真の柱本数算出工程S15では、柱本数算出工程S6で算出した柱本数NCから、中柱効果αに対応する分を減じる。外柱の本数をNoとして、内柱の本数をNiとして、下記の式(1)を満たすように、柱配置を検討する。式(1)の柱本数NCは、真の柱本数である。
次に、建物1の事例を挙げて説明する。
図2は、建物1の斜視図である。
まず、建物条件設定工程S1を行う。
図2に示すように、建物1は、平面的に鉄骨造部分3と木造部分2とが混在する平面混構造である。建物1では、木造部分2が中央に配置され、その両側に鉄骨造部分3が配置されている。鉄骨造部分3と木造部分2とは連結されている。建物1のうち鉄骨造部分3における必要な柱本数を算出するものとする。建物1のパラメーターを表1のように設定する。なお、柱14は角形であり、梁15はH形鋼である。
図2は、建物1の斜視図である。
まず、建物条件設定工程S1を行う。
図2に示すように、建物1は、平面的に鉄骨造部分3と木造部分2とが混在する平面混構造である。建物1では、木造部分2が中央に配置され、その両側に鉄骨造部分3が配置されている。鉄骨造部分3と木造部分2とは連結されている。建物1のうち鉄骨造部分3における必要な柱本数を算出するものとする。建物1のパラメーターを表1のように設定する。なお、柱14は角形であり、梁15はH形鋼である。
次に、構造クライテリア設定工程S2を行う。
建物1において、各入力地震波のレベルに応じて、建物1の層間変形角を表2の数値以下に抑える場合を想定する。
建物1において、各入力地震波のレベルに応じて、建物1の層間変形角を表2の数値以下に抑える場合を想定する。
次に、工程B1を行う。建物1は、一の基本ユニットが配置されて建物であるため、解析モデル作成工程S3に進む。
次に、解析モデル作成工程S3を行う。
図3は、建物1の解析モデルを示す。
図3に示すように、鉄骨造部分3では、ラーメン架構11が配置されている。建物1では、図3の右側に示すように、中柱は含まない1スパンラーメンの平面フレーム12にて解析を行う。柱スパンが短いほど柱脚に生じる引張力が大きくなり、柱脚がクリティカルとなったため、柱スパンLxを2mとして解析を行う。
図3は、建物1の解析モデルを示す。
図3に示すように、鉄骨造部分3では、ラーメン架構11が配置されている。建物1では、図3の右側に示すように、中柱は含まない1スパンラーメンの平面フレーム12にて解析を行う。柱スパンが短いほど柱脚に生じる引張力が大きくなり、柱脚がクリティカルとなったため、柱スパンLxを2mとして解析を行う。
次に、柱密度算出工程S4を行う。
建物1において、動的解析を実施して、クライテリアを満足する必要柱密度ΔNC(本/m2)を算出する。図3に示す解析モデルにて複数の入力地震波による時刻歴応答解析を実施して、クライテリア毎に必要な柱本数を算出する。具体的には、図3に示すLcを任意の値(例えば、6m)に設定する。各階の地震力算定用荷重が7.5kN/m2×(Lx+Lc+Lx)×Ly=7.5kN/m2×(2m+6m+2m)×8m=600kNとなるモデルで応答解析を行う。例えば、層間変形角の解析結果値が1/170で層間変形角の目標値が1/200の場合、解析結果値が目標値よりも大きいため、Lcの値を小さく設置して再度解析するという作業を繰り返す。最終的に目標値になるようなLcが見つかるまで応答解析を続ける。クライテリアと実際の変形を比較しながら、柱の本数を調整して解析を繰り返し、クライテリアを満足する最大柱本数を算出する。地震力の方向を、矢印A1で示す。
建物1において、動的解析を実施して、クライテリアを満足する必要柱密度ΔNC(本/m2)を算出する。図3に示す解析モデルにて複数の入力地震波による時刻歴応答解析を実施して、クライテリア毎に必要な柱本数を算出する。具体的には、図3に示すLcを任意の値(例えば、6m)に設定する。各階の地震力算定用荷重が7.5kN/m2×(Lx+Lc+Lx)×Ly=7.5kN/m2×(2m+6m+2m)×8m=600kNとなるモデルで応答解析を行う。例えば、層間変形角の解析結果値が1/170で層間変形角の目標値が1/200の場合、解析結果値が目標値よりも大きいため、Lcの値を小さく設置して再度解析するという作業を繰り返す。最終的に目標値になるようなLcが見つかるまで応答解析を続ける。クライテリアと実際の変形を比較しながら、柱の本数を調整して解析を繰り返し、クライテリアを満足する最大柱本数を算出する。地震力の方向を、矢印A1で示す。
例えば、同じ階高、階数、荷重条件等の建物の設計する場合、表3に示すように、稀地震に対して層間変形角1/200としたい場合には、ΔNC=0.100本/m2(100m2であれば10本)以上となるように柱配置を決定すれば、必要な構造性能は満たされていることになる。なお、動的解析以外に、静的解析によって、必要柱密度ΔNCを算出してもよい。
次に、床面積設定工程S5及び柱本数算出工程S6を行う。
図4は、建物1の平面図である。
図4に示すように、建物1の平面積が140m2の場合には、表4に示すように、柱本数NC=A×ΔNCより、14本となる。
図4は、建物1の平面図である。
図4に示すように、建物1の平面積が140m2の場合には、表4に示すように、柱本数NC=A×ΔNCより、14本となる。
次に、柱本数NCに基づいて、柱配置を検討する。実施設計時には、最終的には、従来建築と同様の構造計算を行う。
次に、建物1Aの事例を挙げて説明する。
図7に示すように、同一の基本ユニットDが隣接して配置された建物1には、隣接する部分で中柱14bを省略することが可能となる場合があり、その方法を説明する。
図7に示すように、同一の基本ユニットDが隣接して配置された建物1には、隣接する部分で中柱14bを省略することが可能となる場合があり、その方法を説明する。
建物条件設定工程S1及び構造クライテリア設定工程S2は、建物1と同様に行う。工程B1では、建物1Aは、2つの基本ユニットDが隣接配置された建物であるため、中柱を含む解析モデル作成工程S13に進む。
図5は、建物1及び建物1Aの解析モデルを示す。
図5の左側に示すように、建物1では外柱14aが12本で検討していた。これに対して、図5の右側に示すように、建物1Aの解析モデルでは、外柱14aが4本と中柱14bが8本とする。他は、解析モデル作成工程S3と同様に行う。
図5の左側に示すように、建物1では外柱14aが12本で検討していた。これに対して、図5の右側に示すように、建物1Aの解析モデルでは、外柱14aが4本と中柱14bが8本とする。他は、解析モデル作成工程S3と同様に行う。
次に、中柱効果算出工程S14を行う。稀地震に対して層間変形角1/200をクライテリアとする場合に、1/200の時に外柱の負担するせん断力が100kNで、中柱の負担するせん断力が135kNであれば、中柱効果α=1.35となる。中柱効果αとは、外柱が負担するせん断力に比べた中柱が負担するせん断力の比率である。
次に、柱密度算出工程S4、床面積設定工程S5及び柱本数算出工程S6は、建物1と同様に行う。
次に、中柱効果を考慮した真の柱本数算出工程S15を行う。
図6は、建物1Aの外柱14a及び中柱14bを説明する図である。
図6に示すように、考慮する地震力の方向A1に対して、外側に配置され地震力の方向A1の片側にのみ梁が接合される柱14を外柱14aとなり、地震力の方向A1の両側に梁が接合される柱14を中柱14bとなる。
図6は、建物1Aの外柱14a及び中柱14bを説明する図である。
図6に示すように、考慮する地震力の方向A1に対して、外側に配置され地震力の方向A1の片側にのみ梁が接合される柱14を外柱14aとなり、地震力の方向A1の両側に梁が接合される柱14を中柱14bとなる。
図7は、建物1Aの平面図である。
図7に示すように、例えば、ΔNC=0.11本/m2とすると、NC=A×ΔNC=280×0.11=30.8本となる。図7の建物1Aの柱14の本数は19本であり、NC(30.8)よりも少ない。例えば、中柱効果α=1.6とすると、外柱の本数をNo=26であり、内柱の本数をNi=3であり、式(1)より、No+α×Ni=26+1.3×3=30.8(真の柱本数)となる。No+α×NiはNC以上であるため、必要な柱本数が満たされていることとなる。
図7に示すように、例えば、ΔNC=0.11本/m2とすると、NC=A×ΔNC=280×0.11=30.8本となる。図7の建物1Aの柱14の本数は19本であり、NC(30.8)よりも少ない。例えば、中柱効果α=1.6とすると、外柱の本数をNo=26であり、内柱の本数をNi=3であり、式(1)より、No+α×Ni=26+1.3×3=30.8(真の柱本数)となる。No+α×NiはNC以上であるため、必要な柱本数が満たされていることとなる。
このように構成された建物の柱本数の設定方法では、静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって必要柱密度を算出することによって、建物に必要な柱本数を簡易的に算出することができる。
また、基本ユニットが隣接配置された建物では、中柱効果を考慮することで、全体的な柱本数を減らすことができる。
なお、上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上記に示す実施形態では、建物1は、平面的に木造部分2と鉄骨造部分3とが混在する平面混構造であるが、本発明はこれに限られない。鉄骨造だけの建物であってもよい。
1,1A 建物
14 柱
14b 中柱
A 床面積
NC 柱本数
S1 建物条件設定工程
S2 構造クライテリア設定工程
S3 解析モデル作成工程
S4 柱密度算出工程
S5 床面積設定工程
S6 柱本数算出工程
α 中柱効果
ΔNC 必要柱密度
14 柱
14b 中柱
A 床面積
NC 柱本数
S1 建物条件設定工程
S2 構造クライテリア設定工程
S3 解析モデル作成工程
S4 柱密度算出工程
S5 床面積設定工程
S6 柱本数算出工程
α 中柱効果
ΔNC 必要柱密度
Claims (3)
- 建物に必要な柱本数を算出する建物の柱本数の設定方法であって、
建物条件を設定する建物条件設定工程と、
構造クライテリアを設定する構造クライテリア設定工程と、
解析モデルの作成する解析モデル作成工程と、
静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって、必要柱密度を算出する柱密度算出工程と、
前記建物の床面積を設定する床面積設定工程と、
前記床面積に前記必要柱密度を乗じて、前記柱本数を算出する柱本数算出工程と、を備える建物の柱本数の設定方法。 - 基本ユニットが隣接して複数配置された前記建物の場合には、
前記解析モデル作成工程の後に、静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって、中柱効果を算出する中柱効果算出工程を行い、
前記柱本数算出工程で算出した前記柱本数から、前記中柱効果に対応する分を減じる前記中柱効果を考慮した真の柱本数算出工程を行う請求項1に記載の建物の柱本数の設定方法。 - 請求項1または2の建物の柱本数の設定方法によって柱本数が設定された建物。
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---|---|---|---|
JP2022133136A JP2024030327A (ja) | 2022-08-24 | 2022-08-24 | 建物の柱本数の設定方法及び建物 |
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