JP3848208B2 - Building structure calculation device, computer program, recording medium, and building - Google Patents

Building structure calculation device, computer program, recording medium, and building Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、「べた基礎」と称される基礎構造をマットスラブの構造計算方法を用いて計算する建築物の構造計算装置、コンピュータを建築物の構造計算装置として実現させるためのコンピュータプログラム、該コンピュータプログラムを記録してあるコンピュータで読み取りが可能な記録媒体、及びこれを利用して建築された建築物に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
図１７は建築物の従来の構造設計方法の過程を示すフローチャートである。まず、建築物の構造設計方針を決定し（ステップＳ４０１）、地盤調査を行い（ステップＳ４０２）、建築物の上部構造計算を行う（ステップＳ４０３）。そして、地業の設定を行い（ステップＳ４０４）、建築物の基礎構造形式の設定を行う（ステップＳ４０５）。該基礎構造形式の設定過程において、地盤調査の結果に基づき、地業（杭打ち地業、敷砂利地業、地盤改良地業等）を含めた基礎構造形式を設定するが、本件においては地業にかかわらず建築物の基礎構造形式をべた基礎に特定する。
【０００３】
地盤調査の結果、前記上部構造計算の結果、及び基礎構造の設計条件設定に基づいて、有限要素法を用いて、前記基礎構造の計算を行う（ステップＳ４０６）。該基礎構造計算の過程において、前記基礎構造に様々な荷重が作用した場合に生じる応力等を計算して基礎構造の形状及び部材の配置を決定し、地業、基礎構造に対する安全性の確認及び沈下量の確認も行う。そして、得られた構造計算結果に対して、基礎構造の断面を設計し（ステップＳ４０７）、終了する。
【０００４】
前記基礎構造計算は、前記上部構造計算により得られた計算結果を用いて行われる。しかしながら、従来は、前記基礎構造計算と前記上部構造計算とは、夫々異なる構造計算装置又は異なるコンピュータプログラムにて行われるため、前記基礎構造計算を構造計算装置又はコンピュータプログラムにて行うに際して、該構造計算装置又はコンピュータプログラムへ前記上部構造計算による計算結果をユーザが入力しなければならないという問題がある。前記上部構造計算による計算結果は膨大なデータからなるため、斯かる入力作業に要する時間は膨大であるとともに、入力ミスのチェックにも膨大な労力を要する。
【０００５】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、上部構造計算を行い、連続的かつ自動的に基礎構造計算を行うことにより、基礎構造計算を行うために上部構造計算の結果をユーザが入力する作業を省き、建築物の構造計算に要する時間及び労力を削減する建築物の構造計算装置、コンピュータプログラム、及びコンピュータで読み取りが可能な記録媒体を提供することにある。
【０００６】
ところで、建築物の上部構造の設計と基礎構造の設計とを夫々異なる業者等で行う場合等、上述したように上部構造計算より連続的に基礎構造計算を行うことができないことがある。この際には、従来どおりに、上部構造計算により得られた計算結果をユーザが入力して基礎構造計算を行わなければならない。図１７に示した従来の構造設計方法のステップＳ４０６の有限要素法を用いて基礎構造の計算を行う過程においては、有限要素法を用いた基礎構造計算専用の構造計算装置又はコンピュータプログラムが開発されていない。このために、従来は、有限要素法を用いて構造物の構造計算を行う装置又はコンピュータプログラムにおいて、ユーザはまず、構造計算を行う対象の構造物を平面構造に設定する等の基礎構造計算を行うための前処理を予め行ってから、基礎構造計算を行うべく上述した上部構造計算の結果等を入力しなければならないという問題があった。
【０００７】
本発明の他の目的は、有限要素法を用いた基礎構造計算専用とすることにより、基礎構造計算を行うための前処理をユーザが行う手間を省き、建築物の基礎構造計算に要する時間及び労力を削減する建築物の構造計算装置、コンピュータプログラム、及びコンピュータで読み取りが可能な記録媒体を提供することにある。
【０００８】
また、従来のべた基礎は、面状の基礎スラブの上面に、上部構造の外縁を縁取るように連続する外周の立上がりを立設し、さらに該立上がりの内側を、同じく前記基礎スラブの上面に立設された内部の立上がりにより複数区画に分割して構成されている。
【０００９】
上述した従来のべた基礎は、建築される上部構造の床下に前記立上がりにより各別に囲われた複数の密閉空間が形成され、これらの空間内に湿気が滞留することにより上部構造を構成する土台、柱等が腐食しやすいという問題があった。また、床下に水道、ガス等の配管を行う際に、配管経路に存在する立上がり全てに配管用孔を設けなければならないという問題があった。さらに、前記配管の点検等の床下点検及びメンテナンスを行う場合、前記立上がりの存在により床下での移動が阻害されるため、前記立上がりによる分割区画の夫々に点検口を設けなければならないという問題があった。
【００１０】
本発明の他の目的は、基礎スラブと建築物を支える地盤との間にばね要素を想定した前記基礎構造の力学モデルを作成して有限要素法により基礎構造計算を行うことにより、床下換気及び床下点検を容易に行わせることができ、配管用孔を設ける必要がないべた基礎を有する建築物の構造を計算することができる構造計算装置を用いて建築された建築物を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る建築物の構造計算装置は、面状の基礎スラブを有する基礎構造により上部構造を支える建築物の構造を計算する装置において、上部構造の架構、該上部構造に作用する荷重、基礎構造の形状、及び地盤特性を受け付ける第１受付手段と、該第１受付手段により架構を受け付けた上部構造に、前記第１受付手段により受け付けた荷重が作用することによって生じる応力及び変形を計算する計算手段と、該計算手段により計算した応力を含む、前記基礎構造に作用する荷重を受け付ける第２受付手段と、前記基礎スラブの全面を分割する節点と、建築物を支える地盤との間に、前記第１受付手段により受け付けた地盤特性を示すばね要素を想定して前記基礎構造の力学モデルを作成する作成手段と、前記第１受付手段により形状を受け付けた基礎構造に、前記第２受付手段により受け付けた荷重が作用することによって生じる応力を、前記作成手段により作成した力学モデルを用いて有限要素法により計算する手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
第２発明に係る建築物の構造計算装置は、面状の基礎スラブを有する基礎構造により上部構造を支える建築物の前記基礎構造を、前記上部構造に生じる応力を用いて計算する装置において、基礎構造の形状、地盤特性、及び前記応力を含む、前記基礎構造に作用する荷重を受け付ける受付手段と、前記基礎スラブの全面を分割する節点と、建築物を支える地盤との間に、前記受付手段により受け付けた地盤特性を示すばね要素を想定して前記基礎構造の力学モデルを作成する作成手段と、前記受付手段により形状を受け付けた基礎構造に、前記受付手段により受け付けた荷重が作用することによって生じる応力を、前記作成手段により作成した力学モデルを用いて有限要素法により計算する手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
第３発明に係る建築物の構造計算装置は、第１又は第２発明において、前記建築物を支持すべく杭を打設する又は杭状地盤改良を行う箇所の配置、及び前記杭又は前記杭状地盤改良の特性を受け付ける手段をさらに備え、前記作成手段は、前記基礎スラブの全面を分割する節点のうち、前記杭を打設する又は前記杭状地盤改良を行う箇所に対応する節点を除く節点と、建築物を支える地盤との間に、前記受け付けた地盤特性を示すばね要素又は杭基礎の特性を考慮したばね要素、又は前記杭若しくは前記杭状地盤改良された地盤により支持される前記基礎構造の特性を考慮したばね要素を想定して前記基礎構造の力学モデルを作成すべくなしてあることを特徴とする。
【００１４】
第４発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、面状の基礎スラブを有する基礎構造により上部構造を支える建築物の構造を計算させるためのコンピュータプログラムにおいて、コンピュータに、上部構造の架構を受け付けさせる第１受付ステップと、コンピュータに、前記上部構造に作用する荷重を受け付けさせる第２受付ステップと、コンピュータに、前記第１受付ステップにより架構を受け付けさせた上部構造に、前記第２受付ステップにより受け付けさせた荷重が作用することによって生じる応力及び変形を計算させる計算ステップと、コンピュータに、基礎構造の形状及び地盤特性を受け付けさせる第３受付ステップと、コンピュータに、前記計算ステップにより計算させた応力を含む、前記基礎構造に作用する荷重を受け付けさせる第４受付ステップと、コンピュータに、前記基礎スラブの全面を分割する節点と、建築物を支える地盤との間に、前記第３受付ステップにより受け付けさせた地盤特性を示すばね要素を想定して前記基礎構造の力学モデルを作成させる作成ステップと、コンピュータに、前記第３受付ステップにより形状を受け付けさせた基礎構造に、前記第４受付ステップにより受け付けさせた荷重が作用することによって生じる応力を、前記作成ステップにより作成させた力学モデルを用いて有限要素法により計算させるステップとを実行させることを特徴とする。
【００１５】
第５発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、面状の基礎スラブを有する基礎構造により上部構造を支える建築物の前記基礎構造を、前記上部構造に生じる応力を用いて計算させるためのコンピュータプログラムにおいて、コンピュータに、基礎構造の形状、地盤特性、及び前記応力を含む、前記基礎構造に作用する荷重を受け付けさせる受付ステップと、コンピュータに、前記基礎スラブの全面を分割する節点と、建築物を支える地盤との間に、前記受付ステップにより受け付けさせた地盤特性を示すばね要素を想定して前記基礎構造の力学モデルを作成させる作成ステップと、コンピュータに、前記受付ステップにより形状を受け付けさせた基礎構造に、前記受付ステップにより受け付けさせた荷重が作用することによって生じる応力を、前記作成ステップにより作成させた力学モデルを用いて有限要素法により計算させるステップとを実行させることを特徴とする。
【００１６】
第６発明に係るコンピュータプログラムは、第４又は第５発明において、コンピュータに、前記建築物を支持すべく杭を打設する又は杭状地盤改良を行う箇所の配置、及び前記杭又は前記杭状地盤改良の特性を受け付けさせるステップをさらに備え、前記作成ステップは、コンピュータに、前記基礎スラブの全面を分割する節点のうち、前記杭を打設する又は前記杭状地盤改良を行う箇所に対応する節点を除く節点と、建築物を支える地盤との間に、前記受け付けさせた地盤特性を示すばね要素、又は前記杭若しくは前記杭状地盤改良された地盤により支持される前記基礎構造の特性を考慮したばね要素を想定して前記基礎構造の力学モデルを作成させるべくなしてあることを特徴とする。
【００１７】
第７発明に係るコンピュータで読み取りが可能な記録媒体は、コンピュータに、面状の基礎スラブを有する基礎構造により上部構造を支える建築物の構造を計算させるためのコンピュータプログラムを記録してあるコンピュータでの読み取りが可能な記録媒体において、コンピュータに、上部構造の架構を受け付けさせる第１受付ステップと、コンピュータに、前記上部構造に作用する荷重を受け付けさせる第２受付ステップと、コンピュータに、前記第１受付ステップにより架構を受け付けさせた上部構造に、前記第２受付ステップにより受け付けさせた荷重が作用することによって生じる応力及び変形を計算させる計算ステップと、コンピュータに、基礎構造の形状及び地盤特性を受け付けさせる第３受付ステップと、コンピュータに、前記計算ステップにより計算させた応力を含む、前記基礎構造に作用する荷重を受け付けさせる第４受付ステップと、コンピュータに、前記基礎スラブの全面を分割する節点と、建築物を支える地盤との間に、前記第３受付ステップにより受け付けさせた地盤特性を示すばね要素を想定して前記基礎構造の力学モデルを作成させる作成ステップと、コンピュータに、前記第３受付ステップにより形状を受け付けさせた基礎構造に、前記第４受付ステップにより受け付けさせた荷重が作用することによって生じる応力を、前記作成ステップにより作成させた力学モデルを用いて有限要素法により計算させるステップとを実行させるコンピュータプログラムを記録してあることを特徴とする。
【００１８】
第８発明に係るコンピュータで読み取りが可能な記録媒体は、コンピュータに、面状の基礎スラブを有する基礎構造により上部構造を支える建築物の前記基礎構造を、前記上部構造に生じる応力を用いて計算させるためのコンピュータプログラムを記録してあるコンピュータでの読み取りが可能な記録媒体において、コンピュータに、基礎構造の形状、地盤特性、及び前記応力を含む、前記基礎構造に作用する荷重を受け付けさせる受付ステップと、コンピュータに、前記基礎スラブの全面を分割する節点と、建築物を支える地盤との間に、前記受付ステップにより受け付けさせた地盤特性を示すばね要素を想定して前記基礎構造の力学モデルを作成させる作成ステップと、コンピュータに、前記受付ステップにより形状を受け付けさせた基礎構造に、前記受付ステップにより受け付けさせた荷重が作用することによって生じる応力を、前記作成ステップにより作成させた力学モデルを用いて有限要素法により計算させるステップとを実行させるコンピュータプログラムを記録してあることを特徴とする。
【００１９】
第９発明に係る建築物は、第１乃至第３発明に記載の建築物の構造計算装置を用いた構造計算の結果を反映させて建築されたことを特徴とする。
【００２０】
第１発明、第４発明、及び第７発明においては、上部構造計算より連続的かつ自動的に基礎構造計算を行うことで、基礎構造計算を行うために上部構造計算の結果をユーザが入力する作業を省き、建築物の構造計算に要する時間及び労力を削減することができる。また、基礎スラブと地盤との間にばね要素を想定した基礎構造の力学モデルを用いて有限要素法により基礎構造計算を行うことによって、基礎スラブに立設される立上がりが不連続又は皆無であっても安全性を確認することができる建築物の構造計算を行うことができる。また、地中梁についても、不連続又は皆無であっても安全性を確認することができる建築物の構造計算を行うことができる。さらに、構造計算された建築物の地震、風圧等に対する耐力を示すことで、建築物の構造に関する性能を明示することができる。
【００２１】
第２発明、第５発明、及び第８発明においては、有限要素法を用いた基礎構造計算専用とすることにより、従来、有限要素法を用いて構造物の構造計算を行う際に行っていた基礎構造計算を行うための前処理が不必要となり、建築物の構造計算に要する時間及び労力を削減することができる。また、基礎スラブと地盤との間にばね要素を想定した基礎構造の力学モデルを用いて有限要素法により基礎構造計算を行うことによって、基礎スラブに立設される立上がりが不連続又は皆無であっても安全性を確認することができる建築物の基礎構造計算を行うことができる。さらに、地中梁についても、不連続又は皆無であっても安全性を確認することができる建築物の構造計算を行うことができる。
【００２２】
第３発明、及び第６発明においては、本発明の建築物の構造計算装置において上部構造計算及び基礎構造計算の両方を行う場合には、地盤に打設される杭又は杭状地盤改良された地盤によって支持される建築物の構造計算についても、上部構造計算より連続的かつ自動的に基礎構造計算を行うことで、基礎構造計算を行うために上部構造計算の結果をユーザが入力する作業を省き、建築物の構造計算に要する時間及び労力を削減することができる。また、基礎スラブと地盤との間にばね要素を想定した基礎構造の力学モデルを用いて有限要素法により基礎構造計算を行うことによって、基礎スラブに立設される立上がりが不連続又は皆無であっても安全性を確認することができる建築物の構造計算を行うことができる。また、地中梁についても、不連続又は皆無であっても安全性を確認することができる建築物の構造計算を行うことができる。さらに、構造計算された建築物の地震、風圧等に対する耐力を示すことで、建築物の構造に関する性能を明示することができる。
【００２３】
本発明の建築物の構造計算装置において基礎構造計算のみを行う場合には、地盤に打設される杭又は杭状地盤改良された地盤によって支持される建築物の構造計算についても、従来、有限要素法を用いて構造物の構造計算を行う際に行っていた基礎構造計算を行うための前処理が不必要となり、この場合にも、建築物の構造計算に要する時間及び労力を削減することができる。また、基礎スラブと地盤との間にばね要素を想定した基礎構造の力学モデルを用いて有限要素法により基礎構造計算を行うことによって、基礎スラブに立設される立上がりが不連続又は皆無であっても安全性を確認することができる建築物の基礎構造計算を行うことができる。また、地中梁についても、不連続又は皆無であっても安全性を確認することができる建築物の構造計算を行うことができる。
【００２４】
第９発明においては、構造計算の結果を反映させることにより、基礎スラブに立設される立上がりが不連続又は皆無であっても安全性を確認された建築物を建築することができ、前記立上がりが不連続又は皆無であることによって、床下換気による十分な湿気の排除と、１箇所の点検口からの広範囲に亘る床下点検とを可能にする。また、地中梁が不連続又は皆無であっても安全性を確認された建築物を建築することができ、地中梁が不連続又は皆無であることによって、基礎構造形状及び配筋量を小さくすることが可能である。さらに、第１又は第２発明の建築物の構造計算装置において上部構造計算及び基礎構造計算の両方を行った場合には、建築された建築物の地震、風圧等に対する耐力等の建築物の構造に関する性能を明示することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１は、本発明に係る建築物の構造計算装置を用いる構造設計方法の過程を示すフローチャートである。
【００２６】
まず、建築物の構造設計方針を決定し（ステップＳ１０１）、地盤調査を行い（ステップＳ１０２）、地業の設定を行い（ステップＳ１０３）、基礎構造形式の設定を行う（ステップＳ１０４）。
【００２７】
前記構造設計方針の決定過程においては、準拠する設計基準等を設定し、設計許容値、許容沈下量等の設計目標を決定する。前記地盤調査を行う過程においては、建築物を支える地盤の地耐力、Ｎ値、地下水位等の地盤特性を調査する。前記地業の設定過程においては、地盤調査の結果に基づいて、杭打ち地業又は敷砂利地業とするか、深層地盤改良を行うか、浅層地盤改良を行うか又は地盤改良を行わないか等を設定する。
【００２８】
前記基礎構造形式の設定過程においては地盤調査の結果に基づいて基礎構造形式を、布基礎、べた基礎、独立基礎等のいずれかに特定する。本実施の形態においては、基礎構造形式を、地業にかかわらず、基礎スラブ及び基礎スラブから立設される立上がりからなるべた基礎に特定する。また、本実施の形態においては、前記べた基礎の構造計算に対して、鉄筋コンクリート造等の建築物の基礎構造設計に広く用いられているマットスラブの構造計算方法を用いるため、基礎スラブ厚に対応するマットスラブ厚、基礎スラブからから立設される立上がりに対応するマットスラブの立上がり及び束柱等の形状及び配置等の設定を行う。
【００２９】
次に、本発明に係る構造計算装置にて構造計算を行う（ステップＳ１０５）。構造計算について詳細は後述する。構造計算を行った後、構造計算にて得られた計算結果に基づいて基礎構造の断面設計を行い（ステップＳ１０６）、終了する。前記断面設計過程においては、基礎スラブ厚、断面寸法が適切であることの確認及び配筋の設計を行う。
【００３０】
次に、本発明に係る建築物の構造計算装置について詳述する。図２は、本発明に係る建築物の構造計算装置の構成を示すブロック図である。１はコンピュータを用いてなる本発明に係る建築物の構造計算装置であり、演算を行うＣＰＵ１１と、ＲＡＭ１２と、ＣＤ−ＲＯＭドライブ等の外部記憶装置１３と、ハードディスク等の内部記憶装置１４とを備えている。本発明に係るＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体２から本発明に係るコンピュータプログラム２０を外部記憶装置１３にて読み取り、読み取ったコンピュータプログラム２０を内部記憶装置１４に記憶し、ＲＡＭ１２にコンピュータプログラム２０をロードして、ＣＰＵ１１はコンピュータプログラム２０に基づいて構造計算装置１に必要な処理を実行する。
【００３１】
構造計算装置１は、さらに、キーボード又はマウス等の入力装置１５と、ＣＲＴディスプレイ又は液晶ディスプレイ等の出力装置１６とを備えており、データ入力等のユーザの操作を受け付ける。入力装置１５にて受け付けた情報をＲＡＭ１２に記憶するとともに、ＣＰＵ１１の処理にて行われた構造計算結果もＲＡＭ１２に記憶する。
【００３２】
また、構造計算装置１は、通信インタフェース１７を備え、通信インタフェース１７に接続しているサーバ装置１０から本発明に係るコンピュータプログラム２０をダウンロードし、ＣＰＵ１１にて処理を実行する形態であってもよい。
【００３３】
図３は、本発明に係る構造計算装置１のＣＰＵ１１の処理手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ１１は、まず、建築物の上部構造計算を行うべく、上部構造の架構を受け付け（ステップＳ２０１）、前記上部構造に作用する荷重を受け付ける（ステップＳ２０２）。そして、ＣＰＵ１１は、ステップＳ２０１にて架構を受け付けた上部構造に対して、ステップＳ２０２にて受け付けた荷重が作用することによって生じる応力及び変形の計算を行い（ステップＳ２０３）、部材の断面算定を行う（ステップＳ２０４）。
【００３４】
前記架構を受け付ける処理においては、上部構造はどのような形状か、及びどのような部材をどのように配置するかを受け付ける。また、荷重を受け付ける処理においては、鉛直荷重（固定荷重、積載荷重、積雪荷重）及び水平荷重（風圧力、地震力）等の上部構造に作用する荷重の種類及び大きさを受け付ける。
【００３５】
前記応力の計算の処理においては、上部構造に対して荷重が作用することにより上部構造に生じる鉛直荷重時応力及び水平荷重時応力を剛性マトリックス法等を用いて計算する。前記部材の断面算定の処理においては、建築基準法又は日本建築学会の設計基準にて規定されている設計方法に基づき、前記応力の計算の処理にて得られた計算結果を用いて、柱、梁、壁、床等の各部材に生じるすべての応力又は組み合わされた応力に対して安全性を確保することができる各部材の設計を行う。また、接合部の設計も行う。
【００３６】
上記処理を行った後、ＣＰＵ１１は、地震に対する安全性の確認を行い（ステップＳ２０５）、確認結果に基づいて判定を行う（ステップＳ２０６）。前記地震に対する安全性の確認処理においては、層間変形角、偏心率、剛性率、保有水平耐力、限界耐力を確認し、前記判定処理においては、確認した値が夫々規定範囲内であるか否かに基づいて判定を行う。ステップＳ２０６において、判定結果が不適合の場合には、ステップＳ２０１へ処理を戻して前述した処理を反復する。
【００３７】
ステップＳ２０６において、適合の場合には、ＣＰＵ１１は、基礎構造計算を行うべく、前記上部構造を支える基礎構造はどのような形状であり、部材をどのように配置するかを受け付ける（ステップＳ２０７）。そして、ＣＰＵ１１は、すでに地盤調査によって得られている地盤特性を受け付け（ステップＳ２０８）、前記基礎構造に作用する荷重を受け付ける（ステップＳ２０９）。
【００３８】
前記基礎構造の形状及び部材配置を受け付ける処理においては、マットスラブの構造計算方法を用いるための、マットスラブ厚、マットスラブの立上がり及び束柱等の形状及び配置等を受け付ける。また、基礎構造が杭支持又は深層地盤改良を行っている場合は、杭を打設する箇所又は杭状地盤改良を行う箇所の配置も受け付ける。前記地盤特性を受け付ける処理においては、基礎構造の支持条件としての、基礎構造（マットスラブ）を支える地盤特性を示すばね定数を受け付ける。ここで、地盤調査の結果に基づいて計算される数値を圧縮する場合のばね定数とし、伸張する場合のばね定数は、０又はほぼ０と近似することができるような軟らかいばねの値とされる。また、基礎構造が杭支持又は深層地盤改良を行っている場合は、前記基礎構造の支持条件として、杭の変形特性又は杭状地盤改良の特性も受け付ける。
【００３９】
前記荷重を受け付ける処理においては、荷重の種類及び大きさを受け付ける。荷重の種類としては、建築基準法に準じて、固定荷重、積載荷重、積雪荷重、風圧力、地震力、及びすでに計算されている上部構造に生じる応力（柱軸力、壁直圧）の中から適宜の組み合わせが設定される。
【００４０】
そして、入力された基礎構造形状、部材配置、地盤特性に基づき、ＣＰＵ１１は、マットスラブの全面を分割した節点と地盤との間に地盤特性を示すばね要素を想定してなる力学モデルを作成する（ステップＳ２１０）。ここで、基礎構造が、杭支持又は深層地盤改良を行っている場合は、ＣＰＵ１１は、マットスラブの全面を分割した節点のうち、杭を打設する箇所又は杭状地盤改良を行う箇所に対応する節点を除く節点と地盤との間に、地盤特性を示すばね要素、又は、杭若しくは杭状地盤改良された地盤により支持される基礎構造の特性を考慮したばね要素を想定してなる力学モデルを作成する。ステップＳ２１０にて作成した力学モデルに対して、ＣＰＵ１１は、ステップＳ２０９にて受け付けた荷重が前記マットスラブに作用する場合に生じる応力及び変位量を、有限要素法を用いて計算する（ステップＳ２１１）。
【００４１】
そして、ＣＰＵ１１は、地業に対する安全性の確認を行い（ステップＳ２１２）、基礎構造に対する安全性の確認を行い（ステップＳ２１３）、沈下量の確認を行い（ステップＳ２１４）、ステップＳ２１２、Ｓ２１３、Ｓ２１４の確認結果に基づいて判定を行う（ステップＳ２１５）。
【００４２】
前記地業に対する安全性の確認処理においては、基礎構造が杭支持又は杭形式の深層地盤改良を行っている場合には、杭耐力を確認し、浅層地盤改良を行った場合、又は地盤改良を行っていない場合には、接地圧を確認する。前記基礎構造に対する安全性の確認においては、許容応力度の確認を行う。
【００４３】
ステップＳ２１５において、判定結果が不適合の場合には、ステップＳ２０７に処理を戻して前述した処理を反復し、また適合の場合には、処理を終了する。
【００４４】
以下に、構造計算装置１を用いた２階建木造住宅の構造設計の実施例を示す。図４に示す敷地内の黒丸印の５か所においてサウンディング試験による地盤調査を行い、その結果、敷地の４隅の地盤に比べて、図中にて斜線で示す略中央部の地盤が軟弱であることが判明した。敷地周辺の状況より、この略中央部の地盤のＮ値を２．８と設定し、その他の部分のＮ値を１０と設定した。またＮ値を２．８と仮定して地耐力を日本建築学会編集による「建築基礎構造設計指針」に基づいて計算した結果、長期地耐力は４１．５ｋＮ／ｍ2 、短期地耐力は８３．０ｋＮ／ｍ2 であったことから、許容長期地耐力は４０ｋＮ／ｍ2、許容短期地耐力は８０ｋＮ／ｍ2 とした。地業は敷砂利地業を行い、基礎構造形式はべた基礎とした。マットスラブの構造計算法にて構造計算を行うためのばね定数を、日本道路協会編集による「道路橋示方書」に基づいて計算した結果、代表的な節点において、Ｎ値が２．８の場合は４．７４×１０2ｋＮ／ｍ、Ｎ値が１０の場合は１．６９×１０3 ｋＮ／ｍとなった。
【００４５】
そして、上述した地盤調査により得られた地盤特性を示す数値等に基づいて、本発明に係る構造計算装置１により構造計算を行った。まず、上部構造の架構及び上部構造に作用する荷重に基づいて応力及び変形の計算を行い、その後断面算定を行い、そして、地震に対する安全性の確認を行った後、基礎構造の形状、部材配置、地盤特性に基づいて、構造計算装置１において基礎構造をマットスラブとしてモデル化を行った。図５は、作成したマットスラブの全面をメッシュ分割した状態を示す説明図である。なお、本実施例ではマットスラブを正方形要素にメッシュ分割するようにしたが、三角形要素等に分割してもよい。
【００４６】
図５に示すマットスラブに作用する荷重に基づいて構造計算を行った結果を図６、図７、図８、図９、図１０、図１１に示す。図６は、図５に示すマットスラブに対して長期荷重が作用する場合のマットスラブの変位を示す説明図である。図７、図８、図９、図１０、図１１は図５に示すマットスラブに夫々長期荷重、長期荷重＋ｘ方向正加力時荷重、長期荷重＋ｘ方向負加力時荷重、長期荷重＋ｙ方向正加力時荷重、長期荷重＋ｙ方向負加力時荷重が作用する場合に生じる応力の分布を示す説明図である。
【００４７】
構造計算装置１によって上述した計算結果より地業、基礎構造に対する安全性の確認及び沈下量の確認を行い、判定を行った結果、適合であった。例えば、長期応力度最大値及び短期応力度最大値は夫々０．１２Ｎ／ｍｍ2 、０．３４Ｎ／ｍｍ2 であり、規定値（許容長期応力度０．７０Ｎ／ｍｍ2、短期許容応力度１．４０Ｎ／ｍｍ2 ）よりも小さい。また、構造計算装置１によって計算された最大沈下量は２．１６４ｍｍであり、日本建築学会編集による「建築基礎構造設計指針」に示される鉄筋コンクリート造のべた基礎の許容沈下量（標準値３．０ｃｍ、最大値６．０ｃｍ）に比べて小さい。
【００４８】
図１２は、上述した実施例において構造計算装置１を用いた構造設計方法により計算された建築物の基礎構造を示す平面図であり、図１３及び図１４は、図１２の要部の縦断面図である。基礎構造は略矩形をなす面状の基礎スラブ３と、基礎スラブ３の上面に、図示しない上部構造の外縁をほぼ縁取るように連続して立設された外周の立上がり３０と、さらに外周の立上がり３０の内側に、内部の立上がり３１、３１…を複数備えている。
【００４９】
図１３及び図１４に示す如く基礎スラブ３は、適量堀削された地盤４の表面に敷かれた多数の砂利３２を構成し、砂利３２上に所定厚さのコンクリートを打設して構成されている。基礎スラブ３の内部には、鉄筋３３が、図中の線画により示す如く配筋されている。なお、基礎スラブ３は、前記コンクリート上に断熱材及び防湿フィルムを敷設する構成であってもよい。
【００５０】
図１３には、外周の立上がり３０の形成部分の縦断面が示されている。外周の立上がり３０は、基礎スラブ３内に配筋された鉄筋３３の端部を略直角上方に曲げ、この曲げ部の周囲にコンクリートを打設することにより、基礎スラブ３と一体をなして形成されている。このような立上がり３０の上部には、木材等を枠組みして構成された上部構造の土台５が架設され、立上がり３０に基部を埋設されたアンカーボルト３４により固定されており、土台５の上部に柱６が立設されている。
【００５１】
図１４には、内部の立上がり３１の形成部分の縦断面が示されており、図示の如く立上がり３１は、基礎スラブ３の上面に略垂直をなして立設されたコンクリート製の壁体又は柱体であり、その上部には土台５の一部が載架され、アンカーボルト３４により固定されている。立上がり３１の内部には、基礎スラブ３内に配筋された鉄筋３３にその下部を連結され、上方に立設された鉄筋３３ａが配筋されているが、このような配筋は必須の要件ではなく、立上がり３１は、配筋なしに形成されたコンクリート製の柱体であってもよい。
【００５２】
このように構成された内部の立上がり３１、３１…は、図１２に示す如く、上部構造の外縁形状に対応する外周の立上がり３０の内側に複数配設されており、これらの一部は、外周の立上がり３０の内面に連続し、内側に向けて適長延設される態様に設けてあり、他部は、外周の立上がり３０により囲われた空間内に、外周の立上がり３０と連続せず個々に独立して配置されている。この配置は、土台５上における柱６、６…の立設位置を考慮して、１本又は複数本の柱６の下位置を夫々の立上がり３１、３１…が占めるように決定されている。
【００５３】
図１２中の黒角印は、上部構造の柱６、６…の立設位置を示し、同じく丸印は、土台５を固定するためのアンカーボルト３４の埋設位置を示しており、個々に独立した複数の立上がり３１、３１…と柱６、６…の位置関係が明らかである。
【００５４】
このように、基礎スラブ３上に、上部構造の柱６、６…に各別に対応する連続しない立上がり３１、３１を備える基礎構造を有する本発明に係る建築物は、建築基準法上、建築物の基礎構造として不適であると認定されるおそれがある。
【００５５】
しかしながら、本発明に係る構造計算装置１にて安全性が確認されているために、建築基準法の例外規定（平１２建告第１３４７号）を満たすことにより、建築物の基礎構造として有効なものとなる。また、本発明に係る構造計算装置１にて安全性が確認されれば、立上がりを備えない基礎構造を有する建築物を建築することも可能である。
【００５６】
実施の形態２
実施の形態１は、図１に示した構造設計方法の構造計算を行う過程（ステップＳ１０５）において、建築物の上部構造計算及び基礎構造計算を行う構造計算装置１について説明したが、実施の形態２においては、図１７に示した従来の構造設計方法の上部構造計算を行う過程（ステップＳ４０３）において、外部の装置又はコンピュータプログラムにより建築物の上部構造計算が行われた後に、基礎構造計の計算を行う過程（ステップＳ４０６）において、先に計算された上部構造計算の結果を用いて基礎構造計算を行う構造計算装置について説明する。
【００５７】
図１５は、本発明の実施の形態２に係る建築物の構造計算装置の構成を示すブロック図である。７はコンピュータを用いてなる本発明に係る建築物の構造計算装置であり、構造計算装置１と同様の構成をしており、演算を行うＣＰＵ７１と、ＲＡＭ７２と、ＣＤ−ＲＯＭドライブ等の外部記憶装置７３と、ハードディスク等の内部記憶装置７４とを備えている。本発明に係るＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体８から本発明に係るコンピュータプログラム８０を外部記憶装置７３にて読み取り、読み取ったコンピュータプログラム８０を内部記憶装置７４に記憶し、ＲＡＭ７２にコンピュータプログラム８０をロードして、ＣＰＵ７１はコンピュータプログラム８０に基づいて構造計算装置７に必要な処理を実行する。
【００５８】
構造計算装置７は、さらに、キーボード又はマウス等の入力装置７５と、ＣＲＴディスプレイ又は液晶ディスプレイ等の出力装置７６とを備えており、データ入力等のユーザの操作を受け付ける。入力装置７５にて受け付けた情報をＲＡＭ７２に記憶するとともに、ＣＰＵ７１の処理にて行われた基礎構造計算結果もＲＡＭ７２に記憶する。
【００５９】
また、構造計算装置７は、通信インタフェース７７を備え、通信インタフェース７７に接続しているサーバ装置７０から本発明に係るコンピュータプログラム８０をダウンロードし、ＣＰＵ７１にて処理を実行する形態であってもよい。
【００６０】
図１６は、本発明に係る構造計算装置７のＣＰＵ７１の処理手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ７１は、まず、基礎構造はどのような形状であり、部材をどのように配置するかを受け付ける（ステップＳ３０１）。そして、ＣＰＵ７１は、すでに地盤調査によって得られている地盤特性を受け付け（ステップＳ３０２）、前記基礎構造に作用する荷重を受け付ける（ステップＳ３０３）。
【００６１】
前記基礎構造の形状及び部材配置を受け付ける処理及び前記地盤特性を受け付ける処理は、実施の形態１の構造計算装置１が行う処理（図３のステップＳ２０７及びステップＳ２０８）と同じ処理である。
【００６２】
前記荷重を受け付ける処理においては、荷重の種類及び大きさを受け付ける。荷重の種類としては、実施の形態１と同様に、建築基準法に準じて、固定荷重、積載荷重、積雪荷重、風圧力、地震力、及び上部構造に生じる応力（柱軸力、壁直圧）の中から適宜の組み合わせが設定される。前記上部構造に生じる応力の大きさは、構造計算装置７にて基礎構造計算を行う前にすでに外部の装置又はコンピュータプログラムにより計算された計算結果を用いるので、この荷重を受け付ける処理において、前記計算結果の入力を受け付ける。
【００６３】
そして、入力された基礎構造形状、部材配置、地盤特性に基づき、ＣＰＵ７１は、マットスラブの全面を分割した節点と地盤との間に地盤特性を示すばね要素を想定してなる力学モデルを作成する（ステップＳ３０４）。そして、ステップＳ３０４にて作成した力学モデルに対して、ＣＰＵ７１は、ステップＳ３０３にて受け付けた荷重が前記マットスラブに作用する場合に生じる応力及び変位量を、有限要素法を用いて計算する（ステップＳ３０５）。
【００６４】
そして、ＣＰＵ７１は、地業に対する安全性の確認を行い（ステップＳ３０６）、基礎構造に対する安全性の確認を行い（ステップＳ３０７）、沈下量の確認を行い（ステップＳ３０８）、ステップＳ３０６、Ｓ３０７、Ｓ３０８の確認結果に基づいて判定を行う（ステップＳ３０９）。
【００６５】
以上のステップＳ３０４〜ステップＳ３０９の処理は、実施の形態１の構造計算装置１の図３のステップＳ２１０〜ステップＳ２１５の処理と同様の処理である。ステップＳ３０９において、判定結果が不適合の場合には、ＣＰＵ７１はステップＳ３０１に処理を戻して前述した処理を反復し、また適合の場合には、処理を終了する。
【００６６】
以上のような構造計算装置７において、外部の装置又はコンピュータプログラムにより計算された上部構造計算結果を用いて基礎構造計算を行うことにより、安全性の確認及び沈下量の確認を行い、判定を行った結果、適合であった場合、実施の形態１の構造計算装置１による建築物の構造計算と同様に、図１２に示したような、基礎スラブ３上に、上部構造の柱６、６…に各別に対応する連続しない立上がり３１、３１を備える基礎構造を計算することができる。さらに、実施の形態１の構造計算装置１の場合と同様に、本発明に係る構造計算装置７にて安全性が確認されれば、立上がりを備えない基礎構造を有する建築物を建築することも可能である。
【００６７】
なお、実施の形態１及び２は、木造建築物のような立上がりを備える基礎構造を有する建築物の構造計算を行う形態であったが、木造建築物以外の地中梁を備える基礎構造を有する建築物の構造計算を同様に行う形態であってもよく、この場合には、本発明に係る構造計算装置にて安全を確認することにより、連続しない地中梁を備える基礎構造を計算することができる。さらに、本発明に係る構造計算装置にて安全が確認されれば、地中梁を備えない基礎構造を有する建築物を建築することも可能である。
【００６８】
【発明の効果】
第１発明、第４発明、及び第７発明によれば、上部構造計算より連続的かつ自動的に基礎構造計算を行うことで、基礎構造計算を行うために上部構造計算の結果をユーザが入力する作業を省き、建築物の構造計算に要する時間及び労力を削減することができる。また、基礎スラブと地盤との間にばね要素を想定した基礎構造の力学モデルを用いて有限要素法により基礎構造計算を行うことによって、基礎スラブに立設される立上がりが不連続又は皆無であっても安全性を確認することができる建築物の構造計算を行うことができる。また、地中梁についても、不連続又は皆無であっても安全性を確認することができる建築物の構造計算を行うことができる。さらに、構造計算された建築物の地震、風圧等に対する耐力を示すことで、建築物の構造に関する性能を明示することができる。
【００６９】
第２発明、第５発明、及び第８発明によれば、有限要素法を用いた基礎構造計算専用とすることにより、従来、有限要素法を用いて構造物の構造計算を行う際に行っていた基礎構造計算を行うための前処理が不必要となり、建築物の構造計算に要する時間及び労力を削減することができる。また、基礎スラブと地盤との間にばね要素を想定した基礎構造の力学モデルを用いて有限要素法により基礎構造計算を行うことによって、基礎スラブに立設される立上がりが不連続又は皆無であっても安全性を確認することができる建築物の基礎構造計算を行うことができる。さらに、地中梁についても、不連続又は皆無であっても安全性を確認することができる建築物の構造計算を行うことができる。
【００７０】
第３発明、及び第６発明によれば、本発明の建築物の構造計算装置において上部構造計算及び基礎構造計算の両方を行う場合には、地盤に打設される杭又は杭状地盤改良された地盤によって支持される建築物の構造計算についても、上部構造計算より連続的かつ自動的に基礎構造計算を行うことで、基礎構造計算を行うために上部構造計算の結果をユーザが入力する作業を省き、建築物の構造計算に要する時間及び労力を削減することができる。また、基礎スラブと地盤との間にばね要素を想定した基礎構造の力学モデルを用いて有限要素法により基礎構造計算を行うことによって、基礎スラブに立設される立上がりが不連続又は皆無であっても安全性を確認することができる建築物の構造計算を行うことができる。また、地中梁についても、不連続又は皆無であっても安全性を確認することができる建築物の構造計算を行うことができる。さらに、構造計算された建築物の地震、風圧等に対する耐力を示すことで、建築物の構造に関する性能を明示することができる。
【００７１】
本発明の建築物の構造計算装置において基礎構造計算のみを行う場合には、地盤に打設される杭又は杭状地盤改良された地盤によって支持される建築物の構造計算についても、従来、有限要素法を用いて構造物の構造計算を行う際に行っていた基礎構造計算を行うための前処理が不必要となり、この場合にも、建築物の構造計算に要する時間及び労力を削減することができる。また、基礎スラブと地盤との間にばね要素を想定した基礎構造の力学モデルを用いて有限要素法により基礎構造計算を行うことによって、基礎スラブに立設される立上がりが不連続又は皆無であっても安全性を確認することができる建築物の基礎構造計算を行うことができる。また、地中梁についても、不連続又は皆無であっても安全性を確認することができる建築物の構造計算を行うことができる。
【００７２】
第９発明によれば、構造計算の結果を反映させることにより、基礎スラブに立設される立上がりが不連続又は皆無であっても安全性を確認された建築物を建築することができ、前記立上がりが不連続又は皆無であることによって、床下換気による十分な湿気の排除と、１箇所の点検口からの広範囲に亘る床下点検とを可能にする。また、地中梁が不連続又は皆無であっても安全性を確認された建築物を建築することができ、地中梁が不連続又は皆無であることによって、基礎構造形状及び配筋量を小さくすることが可能である。さらに、第１又は第２発明の建築物の構造計算装置において上部構造計算及び基礎構造計算の両方を行った場合には、建築された建築物の地震、風圧等に対する耐力等の建築物の構造に関する性能を明示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る建築物の構造計算装置を用いる構造設計方法の過程を示すフローチャートである。
【図２】本発明に係る建築物の構造計算装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る構造計算装置のＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る構造計算装置を用いて構造設計を行った２階建木造住宅の敷地を示す模式図である。
【図５】マットスラブの全面をメッシュ分割した状態を示す説明図である。
【図６】マットスラブに長期荷重が作用する場合の変位を示す説明図である。
【図７】マットスラブに長期荷重が作用する場合に生じる応力の分布を示す説明図である。
【図８】マットスラブに長期荷重＋ｘ方向正加力時荷重が作用する場合に生じる応力の分布を示す説明図である。
【図９】マットスラブに長期荷重＋ｘ方向負加力時荷重が作用する場合に生じる応力の分布を示す説明図である。
【図１０】マットスラブに長期荷重＋ｙ方向正加力時荷重が作用する場合に生じる応力の分布を示す説明図である。
【図１１】マットスラブに長期荷重＋ｙ方向負加力時荷重が作用する場合に生じる応力の分布を示す説明図である。
【図１２】本発明に係る構造計算装置を用いた構造設計方法により設計された建築物の基礎構造を示す平面図である。
【図１３】図１２の要部の縦断面図である。
【図１４】図１２の要部の縦断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態２に係る建築物の構造計算装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の実施の形態２に係る構造計算装置のＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。
【図１７】従来の構造設計方法の過程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１、７ 構造計算装置
１１、７１ ＣＰＵ
２、８ 記録媒体
２０、８０ コンピュータプログラム
３ 基礎スラブ
４ 地盤
３０ 外周の立上がり
３１ 内部の立上がり[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure calculation device for a building that calculates a basic structure called “solid foundation” using a structure calculation method for a mat slab, a computer program for realizing a computer as a structure calculation device for a building, The present invention relates to a computer-readable recording medium in which a computer program is recorded, and a building constructed using the same.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
FIG. 17 is a flowchart showing the process of a conventional structural design method for buildings. First, the structural design policy of the building is determined (step S401), the ground survey is performed (step S402), and the upper structure calculation of the building is performed (step S403). Then, the setting of the groundwork is performed (step S404), and the basic structure format of the building is set (step S405). In the process of setting the foundation structure type, the foundation structure type including the groundwork (pile-making groundwork, ground gravel groundwork, ground improvement groundwork, etc.) is set based on the ground survey results. Regardless of the work, the basic structural form of the building is specified as a solid foundation.
[0003]
Based on the ground investigation result, the result of the superstructure calculation, and the design condition setting of the foundation structure, the foundation structure is calculated using the finite element method (step S406). In the process of calculating the foundation structure, the stress generated when various loads are applied to the foundation structure is calculated to determine the shape of the foundation structure and the arrangement of the members. Also check the amount of settlement. Then, a cross section of the basic structure is designed with respect to the obtained structural calculation result (step S407), and the process ends.
[0004]
The basic structure calculation is performed using a calculation result obtained by the superstructure calculation. However, conventionally, since the basic structure calculation and the superstructure calculation are performed by different structural calculation apparatuses or different computer programs, the basic structure calculation is performed when the basic structure calculation is performed by the structural calculation apparatus or the computer program. There is a problem that a user has to input a calculation result by the superstructure calculation to a calculation device or a computer program. Since the calculation result by the superstructure calculation is composed of a large amount of data, the time required for such an input operation is enormous, and an enormous effort is required for checking an input error.
[0005]
The present invention has been made in view of such circumstances. The purpose of the present invention is to perform basic structure calculation by performing superstructure calculation and performing basic structure calculation continuously and automatically. To provide a structural calculation device for a building, a computer program, and a computer-readable recording medium that reduce the time and labor required for the structural calculation of a building by omitting the user's input of the results of the superstructure calculation. It is in.
[0006]
By the way, when the design of the superstructure of the building and the design of the basic structure are performed by different contractors, etc., the basic structure calculation may not be performed continuously from the superstructure calculation as described above. At this time, the user must input the calculation result obtained by the superstructure calculation and perform the basic structure calculation as usual. In the process of calculating the basic structure using the finite element method in step S406 of the conventional structural design method shown in FIG. 17, a structural calculation device or a computer program dedicated to the basic structure calculation using the finite element method has been developed. Not. For this reason, conventionally, in an apparatus or a computer program for performing structural calculation of a structure using a finite element method, a user first performs basic structural calculation such as setting a target structure to be structurally calculated to a planar structure. There has been a problem that after performing preprocessing for performing in advance, it is necessary to input the result of the above-described upper structure calculation in order to perform the basic structure calculation.
[0007]
Another object of the present invention is to dedicate to the basic structure calculation using the finite element method, thereby eliminating the time for the user to perform pre-processing for performing the basic structure calculation, An object of the present invention is to provide a structural calculation device for a building, a computer program, and a computer-readable recording medium that reduce labor.
[0008]
In addition, the conventional solid foundation is provided with a continuous outer peripheral rise on the upper surface of the planar foundation slab so as to border the outer edge of the superstructure, and the inner side of the rise is also formed on the upper surface of the basic slab. It is divided into a plurality of sections by standing upright inside.
[0009]
In the conventional solid foundation described above, a plurality of sealed spaces surrounded by the rising are formed under the floor of the superstructure to be constructed, and a base that constitutes the superstructure by dampening moisture in these spaces, There was a problem that pillars etc. were easy to corrode. In addition, when pipes such as water and gas are provided under the floor, there has been a problem that pipe holes must be provided in all the rises existing in the pipe path. Furthermore, when underfloor inspection and maintenance such as inspection of the piping are performed, movement under the floor is hindered by the presence of the rising, and therefore there is a problem that an inspection port must be provided in each of the divided sections due to the rising. It was.
[0010]
Another object of the present invention is to create a mechanical model of the foundation structure assuming a spring element between the foundation slab and the ground supporting the building, and calculate the foundation structure by the finite element method, thereby providing underfloor ventilation and The object of the present invention is to provide a building constructed by using a structural calculation device capable of calculating the structure of a building having a solid foundation that can be easily inspected under the floor and does not need to be provided with a hole for piping. .
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A structural calculation apparatus for a building according to a first invention is an apparatus for calculating the structure of a building that supports an upper structure by a foundation structure having a planar foundation slab. The structure of the upper structure, the load acting on the upper structure, The first receiving means for receiving the shape of the foundation structure and the ground characteristics, and the stress and deformation caused by the load received by the first receiving means acting on the upper structure that has received the frame by the first receiving means. Between the calculation means to perform, the second reception means for receiving the load acting on the foundation structure, including the stress calculated by the calculation means, the node dividing the entire surface of the foundation slab, and the ground supporting the building A creating means for creating a dynamic model of the foundation structure assuming a spring element indicating the ground characteristics received by the first receiving means; and a shape by the first receiving means. And means for calculating, by a finite element method, the stress generated by the load received by the second receiving means acting on the brazed foundation structure, using the dynamic model created by the creating means, To do.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a structural calculation apparatus for a building which calculates the basic structure of a building which supports an upper structure by a basic structure having a planar basic slab using stress generated in the upper structure. The receiving means between a receiving means for receiving a load acting on the foundation structure, including a shape of the structure, ground characteristics, and the stress, a node that divides the entire surface of the foundation slab, and a ground supporting the building By assuming the spring element indicating the ground characteristics received by the creation means for creating the dynamic model of the foundation structure, and the load received by the reception means on the foundation structure that has received the shape by the reception means Means for calculating the generated stress by a finite element method using the dynamic model created by the creating means.
[0013]
The structural calculation apparatus for a building according to a third aspect of the present invention is the first or second aspect of the invention, wherein the pile or the pile is placed in a place where a pile is placed or the pile-shaped ground is improved to support the building. Means for receiving the characteristics of the ground-like ground improvement, wherein the creating means excludes the nodes corresponding to the places where the pile is placed or the pile-like ground is improved, among the nodes that divide the entire surface of the foundation slab Between the node and the ground supporting the building, the spring element showing the received ground characteristics or the spring element considering the characteristics of the pile foundation, or the pile or the pile-shaped ground supported by the ground improved It is characterized in that a dynamic model of the foundation structure is created assuming a spring element considering the characteristics of the foundation structure.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a computer program for causing a computer to calculate a structure of a building that supports an upper structure by a foundation structure having a planar foundation slab. A first accepting step; a second accepting step for causing the computer to accept a load acting on the upper structure; and an upper structure for causing the computer to accept a frame in the first accepting step. A calculation step for calculating the stress and deformation caused by the applied load, a third reception step for causing the computer to accept the shape and ground characteristics of the foundation structure, and a stress calculated by the calculation step for the computer. , Load acting on the foundation structure Assume a spring element indicating ground characteristics received in the third receiving step between a fourth receiving step to be received and a node that divides the entire surface of the foundation slab in the computer and the ground supporting the building. And a stress generated by the load received in the fourth receiving step acting on the foundation structure in which the computer has received the shape in the third receiving step. And a step of calculating by a finite element method using the dynamic model created in the creation step.
[0015]
A computer program according to a fifth aspect of the present invention is a computer program for causing a computer to calculate the foundation structure of a building that supports an upper structure by a foundation structure having a planar foundation slab using stress generated in the upper structure. A receiving step for causing the computer to receive a load acting on the foundation structure including the shape of the foundation structure, ground characteristics, and the stress; and a node for dividing the entire surface of the foundation slab to support the building. A creation step for creating a dynamic model of the foundation structure assuming a spring element indicating the ground characteristics accepted by the acceptance step between the ground and a foundation structure having a computer accepting a shape by the acceptance step In addition, the load received in the receiving step is applied. The resulting stresses, characterized in that to execute a step of calculating by the finite element method using the dynamic model was created by the creating step.
[0016]
A computer program according to a sixth invention is the computer program according to the fourth or fifth invention, wherein in the computer, the pile is placed to support the building or the place where the pile-shaped ground is improved, and the pile or the pile shape The method further comprises a step of accepting characteristics of ground improvement, and the creating step corresponds to a place where the pile is placed or the pile-shaped ground improvement is performed among nodes dividing the entire surface of the foundation slab. Considering the characteristics of the foundation structure supported by the pile or the ground improved by the pile or the pile-shaped ground between the nodes excluding the nodes and the ground supporting the building. It is characterized in that a mechanical model of the foundation structure is created assuming the spring element.
[0017]
A computer-readable recording medium according to a seventh aspect of the invention is a computer in which a computer program for causing a computer to calculate the structure of a building that supports an upper structure by a foundation structure having a planar foundation slab is recorded. A first receiving step for causing the computer to receive the frame of the upper structure, a second receiving step for causing the computer to receive a load acting on the upper structure, and a computer for receiving the first structure. A calculation step for calculating the stress and deformation caused by the load received in the second receiving step acting on the superstructure that has received the frame in the receiving step, and the computer receives the shape and ground characteristics of the foundation structure And a third reception step to let the computer A fourth receiving step for receiving a load acting on the foundation structure including the stress calculated by the calculation step; and a computer having a node for dividing the entire surface of the foundation slab and a ground supporting the building. A creation step for creating a dynamic model of the foundation structure assuming a spring element indicating the ground characteristics received in the third reception step, and a foundation structure in which a computer has a shape received in the third reception step. And a computer program for executing the step of calculating the stress generated by the action of the load received in the fourth receiving step by the finite element method using the dynamic model created in the creating step. It is characterized by that.
[0018]
A computer-readable recording medium according to an eighth aspect of the present invention is a computer-readable recording medium for calculating the foundation structure of a building that supports an upper structure by a foundation structure having a planar foundation slab using stress generated in the upper structure. A receiving step of causing a computer to receive a load acting on the foundation structure, including the shape of the foundation structure, ground characteristics, and the stress, in a computer-readable recording medium in which a computer program for recording is recorded And a mechanical model of the foundation structure assuming a spring element that exhibits ground characteristics received by the reception step between a node that divides the entire surface of the foundation slab and a ground that supports the building. A creation step to be created, and a computer that has the computer accept the shape in the accepting step. There is recorded a computer program for executing, on the structure, a step of calculating, by a finite element method, a stress generated when the load received in the receiving step is applied to the structure, using the dynamic model created in the creating step. It is characterized by that.
[0019]
The building according to the ninth invention is characterized in that it is constructed by reflecting the result of the structural calculation using the structural calculation device for a building according to the first to third inventions.
[0020]
In the first invention, the fourth invention, and the seventh invention, the user inputs the result of the superstructure calculation to perform the basic structure calculation by performing the basic structure calculation continuously and automatically from the superstructure calculation. Work can be omitted, and the time and labor required for the structural calculation of the building can be reduced. In addition, the foundation structure is calculated by the finite element method using the dynamic model of the foundation structure assuming a spring element between the foundation slab and the ground, so that the rise standing on the foundation slab is discontinuous or none. However, it is possible to perform structural calculations for buildings that can be confirmed for safety. In addition, even for underground beams, it is possible to perform structural calculations of buildings that can confirm safety even if they are discontinuous or none. Furthermore, the performance regarding the structure of a building can be clearly shown by showing the strength with respect to the earthquake, wind pressure, etc. of the building whose structure was calculated.
[0021]
In the second invention, the fifth invention, and the eighth invention, by dedicating only the basic structure calculation using the finite element method, conventionally, the structure calculation of the structure was performed using the finite element method. The preprocessing for performing the basic structure calculation is unnecessary, and the time and labor required for the structural calculation of the building can be reduced. In addition, the foundation structure is calculated by the finite element method using the dynamic model of the foundation structure assuming a spring element between the foundation slab and the ground, so that the rise standing on the foundation slab is discontinuous or none. Even if you can confirm the safety of the building, you can calculate the basic structure of the building. Furthermore, even for underground beams, it is possible to perform structural calculations for buildings that can confirm safety even if they are discontinuous or none.
[0022]
In 3rd invention and 6th invention, when performing both superstructure calculation and foundation structure calculation in the structural calculation apparatus of the building of this invention, the pile or pile-shaped ground which was laid in the ground was improved. For the structural calculation of buildings supported by the ground, the basic structure calculation is performed continuously and automatically from the superstructure calculation, so that the user can input the results of the superstructure calculation to perform the basic structure calculation. This saves time and labor required to calculate the structure of the building. In addition, the foundation structure is calculated by the finite element method using the dynamic model of the foundation structure assuming a spring element between the foundation slab and the ground, so that the rise standing on the foundation slab is discontinuous or none. However, it is possible to perform structural calculations for buildings that can be confirmed for safety. In addition, even for underground beams, it is possible to perform structural calculations of buildings that can confirm safety even if they are discontinuous or none. Furthermore, the performance regarding the structure of a building can be clearly shown by showing the strength with respect to the earthquake, wind pressure, etc. of the building whose structure was calculated.
[0023]
When only the basic structure calculation is performed in the structural calculation apparatus for a building according to the present invention, the structural calculation of a building supported by a pile placed on the ground or a pile-shaped ground is conventionally limited. The pre-processing for performing the basic structural calculation that was performed when performing the structural calculation of the structure using the element method is unnecessary, and in this case, the time and labor required for the structural calculation of the building should be reduced. Can do. In addition, the foundation structure is calculated by the finite element method using the dynamic model of the foundation structure assuming a spring element between the foundation slab and the ground, so that the rise standing on the foundation slab is discontinuous or none. Even if you can confirm the safety of the building, you can calculate the basic structure of the building. In addition, even for underground beams, it is possible to perform structural calculations of buildings that can confirm safety even if they are discontinuous or none.
[0024]
In the ninth invention, by reflecting the result of the structural calculation, it is possible to build a building whose safety has been confirmed even if the rising standing on the foundation slab is discontinuous or none, and the rising Is discontinuous or absent, it allows the removal of sufficient moisture by underfloor ventilation and extensive underfloor inspection from a single inspection port. In addition, it is possible to build a building that has been confirmed to be safe even if there are no or no underground beams. It can be made smaller. Furthermore, when both the upper structure calculation and the basic structure calculation are performed in the structural calculation device for a building of the first or second invention, the structure of the building such as the strength of the built building against earthquakes, wind pressure, etc. Performance can be specified.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
Embodiment 1
FIG. 1 is a flowchart showing a process of a structural design method using a building structural calculation apparatus according to the present invention.
[0026]
First, the structural design policy of the building is determined (step S101), the ground survey is performed (step S102), the groundwork is set (step S103), and the basic structure format is set (step S104).
[0027]
In the process of determining the structural design policy, a compliant design standard or the like is set, and design targets such as a design allowable value and an allowable subsidence amount are determined. In the process of conducting the ground survey, ground characteristics such as ground strength, N value and groundwater level of the ground supporting the building are investigated. In the setting process of the above-mentioned ground industry, based on the result of the ground survey, it is set as a pile driving or gravel land industry, deep ground improvement, shallow ground improvement or no ground improvement Set etc.
[0028]
In the setting process of the foundation structure type, the foundation structure type is specified as one of a cloth foundation, a solid foundation, an independent foundation and the like based on the result of ground survey. In the present embodiment, the foundation structure type is specified as a solid foundation composed of a foundation slab and a rising standing up from the foundation slab, regardless of the geological work. Also, in this embodiment, the mat slab structure calculation method widely used for the foundation structure design of buildings such as reinforced concrete is used for the above-mentioned solid foundation structure calculation. The mat slab thickness, the mat slab rising corresponding to the rising erected from the basic slab, and the shape and arrangement of the bundle pillars are set.
[0029]
Next, structural calculation is performed by the structural calculation apparatus according to the present invention (step S105). Details of the structure calculation will be described later. After performing the structural calculation, the cross-sectional design of the basic structure is performed based on the calculation result obtained by the structural calculation (step S106), and the process is terminated. In the cross-section design process, it is confirmed that the basic slab thickness and cross-sectional dimensions are appropriate and the reinforcement is designed.
[0030]
Next, the building structural calculation apparatus according to the present invention will be described in detail. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the structural calculation apparatus for buildings according to the present invention. 1 is a structural calculation device for a building according to the present invention, which uses a computer, and includes a CPU 11 for performing calculations, a RAM 12, an external storage device 13 such as a CD-ROM drive, and an internal storage device 14 such as a hard disk. I have. The computer program 20 according to the present invention is read from the recording medium 2 such as a CD-ROM according to the present invention by the external storage device 13, the read computer program 20 is stored in the internal storage device 14, and the computer program 20 is loaded into the RAM 12. The CPU 11 executes processing necessary for the structural calculation apparatus 1 based on the computer program 20.
[0031]
The structural calculation apparatus 1 further includes an input device 15 such as a keyboard or a mouse and an output device 16 such as a CRT display or a liquid crystal display, and accepts user operations such as data input. The information received by the input device 15 is stored in the RAM 12, and the structure calculation result performed by the processing of the CPU 11 is also stored in the RAM 12.
[0032]
Further, the structural calculation apparatus 1 may include a communication interface 17, download the computer program 20 according to the present invention from the server apparatus 10 connected to the communication interface 17, and execute processing by the CPU 11. .
[0033]
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of the CPU 11 of the structural calculation apparatus 1 according to the present invention. First, the CPU 11 receives a frame of the upper structure (step S201) and receives a load acting on the upper structure (step S202) in order to calculate the upper structure of the building. Then, the CPU 11 calculates the stress and deformation caused by the load received in step S202 acting on the upper structure that has received the frame in step S201 (step S203), and calculates the cross section of the member. (Step S204).
[0034]
In the process of accepting the frame, the shape of the superstructure and what members are arranged and how are arranged are accepted. Moreover, in the process which receives a load, the kind and magnitude | size of a load which act on superstructures, such as a vertical load (fixed load, carrying load, snow load) and a horizontal load (wind pressure, seismic force), are received.
[0035]
In the stress calculation process, the vertical load stress and horizontal load stress generated in the upper structure when a load is applied to the upper structure are calculated using a stiffness matrix method or the like. In the process of calculating the cross section of the member, based on the design method prescribed in the Building Standard Act or the Design Standard of the Architectural Institute of Japan, using the calculation result obtained in the processing of the stress calculation, Each member is designed to ensure safety against all or combined stresses generated in each member such as a beam, a wall, and a floor. We also design the joints.
[0036]
After performing the above process, the CPU 11 confirms the safety against the earthquake (step S205) and makes a determination based on the confirmation result (step S206). In the process of confirming safety against the earthquake, the interlayer deformation angle, the eccentricity, the rigidity, the retained horizontal proof stress, and the ultimate proof stress are confirmed. In the determination process, whether or not the confirmed values are within a specified range. The determination is made based on If the determination result is incompatible in step S206, the process returns to step S201 and the above-described process is repeated.
[0037]
In step S206, in the case of conformity, the CPU 11 accepts the shape of the foundation structure that supports the upper structure and the arrangement of members in order to perform the foundation structure calculation (step S207). And CPU11 receives the ground characteristic already acquired by the ground investigation (step S208), and receives the load which acts on the said foundation structure (step S209).
[0038]
In the process of accepting the shape and member arrangement of the basic structure, the mat slab thickness, the rise of the mat slab, the shape and arrangement of the bundle pillars, etc. for using the mat slab structure calculation method are accepted. Moreover, when the foundation structure is carrying out pile support or deep ground improvement, arrangement | positioning of the location which lays a pile or the location which performs pile-shaped ground improvement is also received. In the process of accepting the ground characteristics, a spring constant indicating the ground characteristics that support the foundation structure (mat slab) as a support condition of the foundation structure is accepted. Here, the numerical value calculated based on the result of the ground survey is the spring constant when compressing, and the spring constant when expanding is the value of a soft spring that can be approximated to zero or almost zero. . Moreover, when the foundation structure is carrying out pile support or deep ground improvement, the deformation | transformation characteristic of a pile or the characteristic of pile-shaped ground improvement is also accepted as a support condition of the said foundation structure.
[0039]
In the process of receiving the load, the type and magnitude of the load are received. The load types are fixed load, load load, snow load, wind pressure, seismic force, and stress that has already been calculated in the superstructure (column axial force, wall direct pressure) in accordance with the Building Standard Law. An appropriate combination is set.
[0040]
Then, based on the input basic structure shape, member arrangement, and ground characteristics, the CPU 11 creates a dynamic model that assumes a spring element that exhibits ground characteristics between a node obtained by dividing the entire surface of the mat slab and the ground. (Step S210). Here, when the foundation structure performs pile support or deep ground improvement, the CPU 11 corresponds to the place where the pile is placed or the place where the pile-shaped ground improvement is performed among the nodes obtained by dividing the entire surface of the mat slab. A dynamic model that assumes a spring element that exhibits ground characteristics between the node and the ground, excluding the joints that perform, or a spring element that takes into account the characteristics of the foundation structure supported by a pile or pile-shaped ground Create For the dynamic model created in step S210, the CPU 11 calculates the stress and displacement generated when the load received in step S209 acts on the mat slab using the finite element method (step S211). .
[0041]
And CPU11 confirms the safety | security with respect to a local business (step S212), confirms the safety | security with respect to a foundation structure (step S213), confirms the amount of subsidence (step S214), and steps S212, S213, and S214. The determination is made based on the confirmation result (step S215).
[0042]
In the safety confirmation process for the geological industry, if the foundation structure is pile support or pile type deep ground improvement, check the pile strength, if shallow ground improvement, or ground improvement If not, check the ground pressure. In confirming the safety of the foundation structure, an allowable stress level is confirmed.
[0043]
In step S215, if the determination result is nonconforming, the process returns to step S207 to repeat the above-described processing. If it is conforming, the processing ends.
[0044]
Below, the Example of the structural design of the two-story wooden house using the structural calculation apparatus 1 is shown. The ground survey by the sounding test was conducted at the five black circles in the site shown in Fig. 4. As a result, the ground in the approximate center indicated by the diagonal lines in the figure was softer than the ground at the four corners of the site. It turned out to be. From the situation around the site, the N value of the ground at the substantially central part was set to 2.8, and the N value of the other part was set to 10. Assuming that the N value is 2.8, the ground strength is calculated based on the “Guidelines for Designing Structural Foundations” edited by the Architectural Institute of Japan. The long-term ground strength is 41.5kN / m 2 , Short-term ground strength is 83.0kN / m 2 Therefore, the allowable long-term soil strength is 40 kN / m 2 Allowable short-term strength is 80 kN / m 2 It was. The land industry was a gravel land industry, and the basic structure was a solid foundation. As a result of calculating the spring constant for performing the structural calculation with the mat slab structural calculation method based on the “Road Bridge Specification” edited by the Japan Road Association, the N value is 2.8 at a representative node. Is 4.74 × 10 2 kN / m, 1.69 × 10 when the N value is 10 Three kN / m.
[0045]
And based on the numerical value etc. which show the ground characteristic obtained by the ground investigation mentioned above, the structure calculation was performed by the structure calculation apparatus 1 which concerns on this invention. First, calculate stress and deformation based on the structure of the superstructure and the load acting on the superstructure, then calculate the cross section, and confirm the safety against earthquakes, then the shape of the substructure and the arrangement of members Based on the ground characteristics, the structure calculation device 1 was used to model the basic structure as a mat slab. FIG. 5 is an explanatory view showing a state where the entire surface of the created mat slab is divided into meshes. In this embodiment, the mat slab is mesh-divided into square elements, but may be divided into triangular elements or the like.
[0046]
The results of the structural calculation based on the load acting on the mat slab shown in FIG. 5 are shown in FIGS. 6, 7, 8, 9, 10, and 11. FIG. 6 is an explanatory view showing the displacement of the mat slab when a long-term load is applied to the mat slab shown in FIG. 7, 8, 9, 10, and 11 show the mat slab shown in FIG. 5 with a long-term load, a long-term load + a load when a positive force is applied in the x direction, a long-term load + a load when a negative force is applied in the x direction, and a long-term load + y direction. It is explanatory drawing which shows distribution of the stress produced when the load at the time of a positive force, a long-term load + the load at the time of a y direction negative force acts.
[0047]
As a result of confirming the safety and subsidence amount for the groundwork and the foundation structure from the calculation results described above by the structural calculation device 1, the result of the determination was conformity. For example, the maximum value of long-term stress and the maximum value of short-term stress are 0.12 N / mm, respectively. 2 , 0.34 N / mm 2 The specified value (allowable long-term stress degree 0.70 N / mm 2 Short-term allowable stress 1.40 N / mm 2 Smaller than). Moreover, the maximum subsidence amount calculated by the structural calculation apparatus 1 is 2.164 mm, and the allowable subsidence amount of the reinforced concrete solid foundation shown in the “Guidelines for Structural Design of Architectural Buildings” edited by the Architectural Institute of Japan (standard value: 3.0 cm) The maximum value is smaller than 6.0 cm).
[0048]
FIG. 12 is a plan view showing the basic structure of the building calculated by the structural design method using the structural calculation apparatus 1 in the embodiment described above, and FIGS. 13 and 14 are longitudinal cross-sectional views of the main part of FIG. FIG. The foundation structure is a substantially rectangular planar slab 3, an outer periphery rising 30 that is continuously provided on the upper surface of the foundation slab 3 so as to substantially border the outer edge of the upper structure (not shown), and A plurality of internal rises 31, 31... Are provided inside the rise 30.
[0049]
As shown in FIGS. 13 and 14, the foundation slab 3 is composed of a large number of gravel 32 laid on the surface of the ground 4 that has been excavated in an appropriate amount, and concrete of a predetermined thickness is placed on the gravel 32. ing. Inside the basic slab 3, a reinforcing bar 33 is arranged as shown by the line drawing in the drawing. In addition, the structure which lays a heat insulating material and a moisture-proof film on the said concrete may be sufficient as the foundation slab 3. FIG.
[0050]
FIG. 13 shows a vertical cross section of the portion where the outer periphery rises 30 is formed. The peripheral rise 30 is formed integrally with the foundation slab 3 by bending the end of the reinforcing bar 33 arranged in the foundation slab 3 substantially upward at a right angle and placing concrete around the bent part. Has been. An upper structure base 5 constructed by timber or the like is constructed on the top of the rising 30 and is fixed by an anchor bolt 34 having a base embedded in the rising 30. A pillar 6 is erected.
[0051]
FIG. 14 shows a longitudinal section of a portion where the internal rising 31 is formed. As shown in the drawing, the rising 31 is a concrete wall or column erected substantially perpendicularly to the upper surface of the foundation slab 3. A part of the base 5 is mounted on the upper part of the body 5 and fixed by anchor bolts 34. Inside the rising 31, a lower part is connected to a reinforcing bar 33 arranged in the foundation slab 3, and a reinforcing bar 33 a standing up is arranged, but such a reinforcing bar is an essential requirement. Instead, the rise 31 may be a concrete column formed without reinforcement.
[0052]
As shown in FIG. 12, a plurality of internal rising portions 31, 31... Configured as described above are arranged inside the outer peripheral rising portion 30 corresponding to the outer edge shape of the upper structure. It is provided in such a manner that it is continuous to the inner surface of the rise 30 and extends inward for an appropriate length, and the other parts are individually not continuous with the outer rise 30 in the space surrounded by the outer rise 30. Arranged independently. This arrangement is determined in consideration of the standing position of the pillars 6, 6... On the base 5, so that each rising 31, 31.
[0053]
The black square marks in FIG. 12 indicate the standing positions of the superstructure columns 6, 6..., And the circle marks indicate the embedded positions of the anchor bolts 34 for fixing the base 5. The positional relationship between the plurality of rising edges 31, 31... And the pillars 6, 6.
[0054]
As described above, the building according to the present invention having the foundation structure including the discontinuous rises 31 and 31 respectively corresponding to the pillars 6, 6... There is a risk that it will be recognized as unsuitable as the basic structure.
[0055]
However, since the safety is confirmed in the structural calculation apparatus 1 according to the present invention, it is effective as the basic structure of the building by satisfying the exception rule of the Building Standard Law (Hei 12 Building Declaration No. 1347). It will be a thing. Moreover, if safety is confirmed with the structural calculation apparatus 1 which concerns on this invention, it is also possible to construct the building which has a foundation structure which does not have a standup.
[0056]
Embodiment 2
Although Embodiment 1 demonstrated the structure calculation apparatus 1 which performs the upper structure calculation and foundation structure calculation of a building in the process (step S105) of performing the structure calculation of the structure design method shown in FIG. 2, in the process of performing the superstructure calculation of the conventional structural design method shown in FIG. 17 (step S 403), after the superstructure calculation of the building is performed by an external device or a computer program, In the process of performing the calculation (step S406), a structural calculation apparatus that performs the basic structure calculation using the result of the upper structure calculation previously calculated will be described.
[0057]
FIG. 15: is a block diagram which shows the structure of the structural calculation apparatus of the building which concerns on Embodiment 2 of this invention. 7 is a structural calculation apparatus for a building according to the present invention using a computer, which has the same configuration as that of the structural calculation apparatus 1, and has an external storage such as a CPU 71, a RAM 72, and a CD-ROM drive for performing calculations. A device 73 and an internal storage device 74 such as a hard disk are provided. The computer program 80 according to the present invention is read from the recording medium 8 such as a CD-ROM according to the present invention by the external storage device 73, the read computer program 80 is stored in the internal storage device 74, and the computer program 80 is loaded into the RAM 72. Then, the CPU 71 executes processing necessary for the structural calculation device 7 based on the computer program 80.
[0058]
The structural calculation device 7 further includes an input device 75 such as a keyboard or a mouse and an output device 76 such as a CRT display or a liquid crystal display, and accepts user operations such as data input. The information received by the input device 75 is stored in the RAM 72, and the basic structure calculation result performed by the processing of the CPU 71 is also stored in the RAM 72.
[0059]
The structural calculation device 7 may include a communication interface 77, download the computer program 80 according to the present invention from the server device 70 connected to the communication interface 77, and execute processing by the CPU 71. .
[0060]
FIG. 16 is a flowchart showing the processing procedure of the CPU 71 of the structural calculation apparatus 7 according to the present invention. First, the CPU 71 receives what shape the basic structure is and how the members are arranged (step S301). And CPU71 receives the ground characteristic already acquired by the ground investigation (step S302), and receives the load which acts on the said foundation structure (step S303).
[0061]
The process of accepting the shape and member arrangement of the foundation structure and the process of accepting the ground characteristics are the same as the processes (step S207 and step S208 in FIG. 3) performed by the structure calculation apparatus 1 of the first embodiment.
[0062]
In the process of receiving the load, the type and magnitude of the load are received. As with the first embodiment, the load types are fixed loads, load loads, snow loads, wind pressures, seismic forces, and stresses generated in the superstructure (column axial force, wall direct pressure), as in the first embodiment. ) Is set as appropriate. Since the magnitude of the stress generated in the upper structure uses a calculation result that has already been calculated by an external device or a computer program before performing the basic structure calculation in the structural calculation device 7, the calculation is performed in the process of receiving this load. Accept input of results.
[0063]
Then, based on the input basic structure shape, member arrangement, and ground characteristics, the CPU 71 creates a dynamic model that assumes a spring element exhibiting ground characteristics between the node and the ground obtained by dividing the entire surface of the mat slab. (Step S304). Then, for the dynamic model created in step S304, the CPU 71 calculates the stress and displacement generated when the load received in step S303 acts on the mat slab using the finite element method (step S305).
[0064]
And CPU71 confirms the safety with respect to a local business (step S306), confirms the safety with respect to a foundation structure (step S307), confirms the amount of settlement (step S308), and steps S306, S307, and S308. A determination is made based on the confirmation result (step S309).
[0065]
The processes in steps S304 to S309 are the same as the processes in steps S210 to S215 in FIG. 3 of the structural calculation apparatus 1 according to the first embodiment. In step S309, if the determination result is non-conforming, the CPU 71 returns the process to step S301 and repeats the above-described processing. If it is conforming, the CPU 71 ends the processing.
[0066]
In the structural calculation apparatus 7 as described above, the basic structure calculation is performed using the upper structure calculation result calculated by an external apparatus or a computer program, thereby confirming safety and confirming the amount of settlement. As a result, if it is a conformity, as in the structural calculation of the building by the structural calculation apparatus 1 of the first embodiment, the superstructure columns 6, 6... On the basic slab 3 as shown in FIG. It is possible to calculate a foundation structure with non-consecutive rises 31, 31 corresponding to each of the above. Furthermore, as in the case of the structural calculation apparatus 1 of the first embodiment, if the safety is confirmed by the structural calculation apparatus 7 according to the present invention, a building having a foundation structure that does not have a rise may be constructed. Is possible.
[0067]
In addition, although Embodiment 1 and 2 was a form which performs the structural calculation of the building which has a foundation structure provided with a rise like a wooden building, it has a foundation structure provided with underground beams other than a wooden building It may be a form in which the structural calculation of the building is performed in the same way. In this case, by calculating safety with the structural calculation device according to the present invention, calculating the foundation structure with discontinuous underground beams. Can do. Furthermore, if safety is confirmed by the structural calculation apparatus according to the present invention, it is also possible to construct a building having a foundation structure that does not have underground beams.
[0068]
【The invention's effect】
According to the first invention, the fourth invention, and the seventh invention, the user inputs the result of the superstructure calculation to perform the basic structure calculation by performing the basic structure calculation continuously and automatically from the superstructure calculation. The time and labor required for the structural calculation of the building can be reduced. In addition, the foundation structure is calculated by the finite element method using the dynamic model of the foundation structure assuming a spring element between the foundation slab and the ground, so that the rise standing on the foundation slab is discontinuous or none. However, it is possible to perform structural calculations for buildings that can be confirmed for safety. In addition, even for underground beams, it is possible to perform structural calculations of buildings that can confirm safety even if they are discontinuous or none. Furthermore, the performance regarding the structure of a building can be clearly shown by showing the strength with respect to the earthquake, wind pressure, etc. of the building whose structure was calculated.
[0069]
According to 2nd invention, 5th invention, and 8th invention, when carrying out the structural calculation of the structure conventionally using the finite element method, it was dedicated to the basic structure calculation using the finite element method. In addition, the pre-processing for performing the basic structure calculation is unnecessary, and the time and labor required for the structural calculation of the building can be reduced. In addition, the foundation structure is calculated by the finite element method using the dynamic model of the foundation structure assuming a spring element between the foundation slab and the ground, so that the rise standing on the foundation slab is discontinuous or none. Even if you can confirm the safety of the building, you can calculate the basic structure of the building. Furthermore, even for underground beams, it is possible to perform structural calculations for buildings that can confirm safety even if they are discontinuous or none.
[0070]
According to the third invention and the sixth invention, when both the upper structure calculation and the foundation structure calculation are performed in the structural calculation device for a building of the present invention, the pile or the pile-shaped ground placed on the ground is improved. For the structural calculation of the building supported by the ground, the user inputs the result of the superstructure calculation to perform the basic structure calculation by performing the basic structure calculation continuously and automatically from the superstructure calculation. The time and labor required for the structural calculation of the building can be reduced. In addition, the foundation structure is calculated by the finite element method using the dynamic model of the foundation structure assuming a spring element between the foundation slab and the ground, so that the rise standing on the foundation slab is discontinuous or none. However, it is possible to perform structural calculations for buildings that can be confirmed for safety. In addition, even for underground beams, it is possible to perform structural calculations of buildings that can confirm safety even if they are discontinuous or none. Furthermore, the performance regarding the structure of a building can be clearly shown by showing the strength with respect to the earthquake, wind pressure, etc. of the building whose structure was calculated.
[0071]
When only the basic structure calculation is performed in the structural calculation apparatus for a building according to the present invention, the structural calculation of a building supported by a pile placed on the ground or a pile-shaped ground is conventionally limited. The pre-processing for performing the basic structural calculation that was performed when performing the structural calculation of the structure using the element method is unnecessary, and in this case, the time and labor required for the structural calculation of the building should be reduced. Can do. In addition, the foundation structure is calculated by the finite element method using the dynamic model of the foundation structure assuming a spring element between the foundation slab and the ground, so that the rise standing on the foundation slab is discontinuous or none. Even if you can confirm the safety of the building, you can calculate the basic structure of the building. In addition, even for underground beams, it is possible to perform structural calculations of buildings that can confirm safety even if they are discontinuous or none.
[0072]
According to the ninth invention, by reflecting the result of the structural calculation, it is possible to construct a building whose safety has been confirmed even if the rising standing on the foundation slab is discontinuous or none, Due to the discontinuity or absence of rising, it is possible to eliminate sufficient moisture by underfloor ventilation and to perform underfloor inspection over a wide area from one inspection port. In addition, it is possible to build a building that has been confirmed to be safe even if there are no or no underground beams. It can be made smaller. Furthermore, when both the upper structure calculation and the basic structure calculation are performed in the structural calculation device for a building of the first or second invention, the structure of the building such as the strength of the built building against earthquakes, wind pressure, etc. Performance can be specified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a process of a structural design method using a building structural calculation apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a building structural calculation apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of a CPU of the structural calculation apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing the site of a two-story wooden house that has been structurally designed using the structural calculation apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state where the entire surface of the mat slab is divided into meshes.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing displacement when a long-term load is applied to the mat slab.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a distribution of stress generated when a long-term load is applied to the mat slab.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a distribution of stress generated when a long-term load and a load in the x-direction positive force are applied to the mat slab.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a distribution of stress generated when a long-term load and a load in the negative x-direction force are applied to the mat slab.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a distribution of stress generated when a long-term load and a load in the y-direction positive force are applied to the mat slab.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a distribution of stress generated when a long-term load and a load in the negative y-direction force are applied to the mat slab.
FIG. 12 is a plan view showing the basic structure of a building designed by the structural design method using the structural calculation apparatus according to the present invention.
13 is a longitudinal sectional view of the main part of FIG.
14 is a longitudinal sectional view of the main part of FIG.
FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a structural calculation apparatus for a building according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 16 is a flowchart showing a processing procedure of the CPU of the structural calculation apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a flowchart showing a process of a conventional structural design method.
[Explanation of symbols]
1, 7 Structure calculator
11, 71 CPU
2, 8 Recording media
20, 80 Computer program
3 Basic slab
4 ground
30 Rise of the outer circumference
31 Internal rise

Claims (9)

面状の基礎スラブを有する基礎構造により上部構造を支える建築物の構造を計算する装置において、
上部構造の架構、該上部構造に作用する荷重、基礎構造の形状、及び地盤特性を受け付ける第１受付手段と、
該第１受付手段により架構を受け付けた上部構造に、前記第１受付手段により受け付けた荷重が作用することによって生じる応力及び変形を計算する計算手段と、
該計算手段により計算した応力を含む、前記基礎構造に作用する荷重を受け付ける第２受付手段と、
前記基礎スラブの全面を分割する節点と、建築物を支える地盤との間に、前記第１受付手段により受け付けた地盤特性を示すばね要素を想定して前記基礎構造の力学モデルを作成する作成手段と、
前記第１受付手段により形状を受け付けた基礎構造に、前記第２受付手段により受け付けた荷重が作用することによって生じる応力を、前記作成手段により作成した力学モデルを用いて有限要素法により計算する手段と
を備えることを特徴とする建築物の構造計算装置。In the device for calculating the structure of the building that supports the superstructure by the foundation structure having a planar foundation slab,
A first receiving means for receiving a frame of the superstructure, a load acting on the superstructure, a shape of the foundation structure, and ground characteristics;
Calculating means for calculating stress and deformation caused by the load received by the first receiving means acting on the upper structure receiving the frame by the first receiving means;
Second receiving means for receiving a load acting on the foundation structure, including the stress calculated by the calculating means;
Creating means for creating a dynamic model of the foundation structure assuming a spring element indicating the ground characteristics received by the first receiving means between a node dividing the entire surface of the foundation slab and the ground supporting the building When,
Means for calculating the stress generated by the load received by the second receiving means acting on the basic structure whose shape has been received by the first receiving means by the finite element method using the dynamic model created by the creating means. A structural calculation device for a building, comprising: 面状の基礎スラブを有する基礎構造により上部構造を支える建築物の前記基礎構造を、前記上部構造に生じる応力を用いて計算する装置において、
基礎構造の形状、地盤特性、及び前記応力を含む、前記基礎構造に作用する荷重を受け付ける受付手段と、
前記基礎スラブの全面を分割する節点と、建築物を支える地盤との間に、前記受付手段により受け付けた地盤特性を示すばね要素を想定して前記基礎構造の力学モデルを作成する作成手段と、
前記受付手段により形状を受け付けた基礎構造に、前記受付手段により受け付けた荷重が作用することによって生じる応力を、前記作成手段により作成した力学モデルを用いて有限要素法により計算する手段と
を備えることを特徴とする建築物の構造計算装置。In an apparatus for calculating the foundation structure of a building that supports the superstructure by a foundation structure having a planar foundation slab, using stress generated in the superstructure,
Receiving means for receiving a load acting on the foundation structure, including the shape of the foundation structure, ground characteristics, and the stress;
A creation means for creating a dynamic model of the foundation structure assuming a spring element indicating a ground characteristic received by the reception means between a node that divides the entire surface of the foundation slab and a ground supporting a building;
Means for calculating, by a finite element method, stress generated by the load received by the receiving means acting on the basic structure whose shape has been received by the receiving means, using the dynamic model created by the creating means; A structural calculation device for buildings characterized by 前記建築物を支持すべく杭を打設する又は杭状地盤改良を行う箇所の配置、及び前記杭又は前記杭状地盤改良の特性を受け付ける手段をさらに備え、
前記作成手段は、前記基礎スラブの全面を分割する節点のうち、前記杭を打設する又は前記杭状地盤改良を行う箇所に対応する節点を除く節点と、建築物を支える地盤との間に、前記受け付けた地盤特性を示すばね要素又は杭基礎の特性を考慮したばね要素、又は前記杭若しくは前記杭状地盤改良された地盤により支持される前記基礎構造の特性を考慮したばね要素を想定して前記基礎構造の力学モデルを作成すべくなしてあることを特徴とする請求項１又は２に記載の建築物の構造計算装置。It further comprises means for placing the piles to support the building or placing the piles to improve the pile-like ground, and means for receiving the characteristics of the piles or the pile-like ground improvement,
The creation means includes, among nodes that divide the entire surface of the foundation slab, nodes other than nodes corresponding to locations where the piles are placed or where the pile-shaped ground improvement is performed, and the ground supporting the building. A spring element indicating the received ground characteristics or a spring element considering the characteristics of the pile foundation, or a spring element considering the characteristics of the foundation structure supported by the pile or the ground improved by the pile. The building structural calculation apparatus according to claim 1 or 2, wherein a mechanical model of the foundation structure is created. コンピュータに、面状の基礎スラブを有する基礎構造により上部構造を支える建築物の構造を計算させるためのコンピュータプログラムにおいて、
コンピュータに、上部構造の架構を受け付けさせる第１受付ステップと、
コンピュータに、前記上部構造に作用する荷重を受け付けさせる第２受付ステップと、
コンピュータに、前記第１受付ステップにより架構を受け付けさせた上部構造に、前記第２受付ステップにより受け付けさせた荷重が作用することによって生じる応力及び変形を計算させる計算ステップと、
コンピュータに、基礎構造の形状及び地盤特性を受け付けさせる第３受付ステップと、
コンピュータに、前記計算ステップにより計算させた応力を含む、前記基礎構造に作用する荷重を受け付けさせる第４受付ステップと、
コンピュータに、前記基礎スラブの全面を分割する節点と、建築物を支える地盤との間に、前記第３受付ステップにより受け付けさせた地盤特性を示すばね要素を想定して前記基礎構造の力学モデルを作成させる作成ステップと、
コンピュータに、前記第３受付ステップにより形状を受け付けさせた基礎構造に、前記第４受付ステップにより受け付けさせた荷重が作用することによって生じる応力を、前記作成ステップにより作成させた力学モデルを用いて有限要素法により計算させるステップと
を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。In a computer program for causing a computer to calculate the structure of a building that supports a superstructure by a foundation structure having a planar foundation slab,
A first accepting step for causing the computer to accept the superstructure;
A second receiving step for causing a computer to receive a load acting on the superstructure;
A calculation step for causing a computer to calculate the stress and deformation caused by the action of the load received in the second reception step on the upper structure in which the frame is received in the first reception step;
A third accepting step for causing the computer to accept the shape and ground characteristics of the foundation structure;
A fourth receiving step for causing the computer to receive a load acting on the foundation structure, including the stress calculated in the calculating step;
A mechanical model of the foundation structure is assumed by assuming a spring element having a ground characteristic accepted by the third acceptance step between a node that divides the entire surface of the foundation slab and a ground that supports the building. Creation steps to create,
Stress generated by applying the load received in the fourth receiving step to the basic structure whose shape has been received in the third receiving step on the computer is finite using the dynamic model generated in the creating step. A computer program for executing the step of calculating by an element method. コンピュータに、面状の基礎スラブを有する基礎構造により上部構造を支える建築物の前記基礎構造を、前記上部構造に生じる応力を用いて計算させるためのコンピュータプログラムにおいて、
コンピュータに、基礎構造の形状、地盤特性、及び前記応力を含む、前記基礎構造に作用する荷重を受け付けさせる受付ステップと、
コンピュータに、前記基礎スラブの全面を分割する節点と、建築物を支える地盤との間に、前記受付ステップにより受け付けさせた地盤特性を示すばね要素を想定して前記基礎構造の力学モデルを作成させる作成ステップと、
コンピュータに、前記受付ステップにより形状を受け付けさせた基礎構造に、前記受付ステップにより受け付けさせた荷重が作用することによって生じる応力を、前記作成ステップにより作成させた力学モデルを用いて有限要素法により計算させるステップと
を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。In a computer program for causing a computer to calculate the foundation structure of a building that supports a superstructure by a foundation structure having a planar foundation slab using stress generated in the superstructure,
A reception step for causing a computer to receive a load acting on the foundation structure, including a shape of the foundation structure, ground characteristics, and the stress;
Let the computer create a mechanical model of the foundation structure assuming a spring element indicating the ground characteristics accepted by the acceptance step between a node that divides the entire surface of the foundation slab and the ground that supports the building. Creation steps,
The computer calculates the stress caused by the action of the load received in the receiving step on the basic structure whose shape is received in the receiving step by the finite element method using the dynamic model created in the creating step. And a step of causing the computer program to be executed. コンピュータに、前記建築物を支持すべく杭を打設する又は杭状地盤改良を行う箇所の配置、及び前記杭又は前記杭状地盤改良の特性を受け付けさせるステップをさらに備え、
前記作成ステップは、コンピュータに、前記基礎スラブの全面を分割する節点のうち、前記杭を打設する又は前記杭状地盤改良を行う箇所に対応する節点を除く節点と、建築物を支える地盤との間に、前記受け付けさせた地盤特性を示すばね要素、又は前記杭若しくは前記杭状地盤改良された地盤により支持される前記基礎構造の特性を考慮したばね要素を想定して前記基礎構造の力学モデルを作成させるべくなしてあることを特徴とする請求項４又は５に記載のコンピュータプログラム。The computer further includes the steps of placing a pile to support the building or placing the pile-shaped ground improvement and accepting the characteristics of the pile or the pile-shaped ground improvement,
The creating step includes, on a computer, nodes that divide the entire surface of the foundation slab, except for nodes corresponding to places where the pile is placed or where the pile-shaped ground improvement is performed, and a ground that supports a building; The dynamics of the foundation structure assuming a spring element that takes into account the characteristics of the foundation structure supported by the pile or the pile-shaped ground improved, or the spring element showing the received ground characteristics 6. The computer program according to claim 4, wherein a model is created. コンピュータに、面状の基礎スラブを有する基礎構造により上部構造を支える建築物の構造を計算させるためのコンピュータプログラムを記録してあるコンピュータでの読み取りが可能な記録媒体において、
コンピュータに、上部構造の架構を受け付けさせる第１受付ステップと、
コンピュータに、前記上部構造に作用する荷重を受け付けさせる第２受付ステップと、
コンピュータに、前記第１受付ステップにより架構を受け付けさせた上部構造に、前記第２受付ステップにより受け付けさせた荷重が作用することによって生じる応力及び変形を計算させる計算ステップと、
コンピュータに、基礎構造の形状及び地盤特性を受け付けさせる第３受付ステップと、
コンピュータに、前記計算ステップにより計算させた応力を含む、前記基礎構造に作用する荷重を受け付けさせる第４受付ステップと、
コンピュータに、前記基礎スラブの全面を分割する節点と、建築物を支える地盤との間に、前記第３受付ステップにより受け付けさせた地盤特性を示すばね要素を想定して前記基礎構造の力学モデルを作成させる作成ステップと、
コンピュータに、前記第３受付ステップにより形状を受け付けさせた基礎構造に、前記第４受付ステップにより受け付けさせた荷重が作用することによって生じる応力を、前記作成ステップにより作成させた力学モデルを用いて有限要素法により計算させるステップと
を実行させるコンピュータプログラムを記録してあることを特徴とするコンピュータで読み取りが可能な記録媒体。In a computer-readable recording medium in which a computer program for causing a computer to calculate the structure of a building supporting a superstructure by a foundation structure having a planar foundation slab is recorded,
A first accepting step for causing the computer to accept the superstructure;
A second receiving step for causing a computer to receive a load acting on the superstructure;
A calculation step for causing a computer to calculate the stress and deformation caused by the action of the load received in the second reception step on the upper structure in which the frame is received in the first reception step;
A third accepting step for causing the computer to accept the shape and ground characteristics of the foundation structure;
A fourth receiving step for causing the computer to receive a load acting on the foundation structure, including the stress calculated in the calculating step;
A mechanical model of the foundation structure is assumed by assuming a spring element having a ground characteristic accepted by the third acceptance step between a node that divides the entire surface of the foundation slab and a ground that supports the building. Creation steps to create,
Stress generated by applying the load received in the fourth receiving step to the basic structure whose shape has been received in the third receiving step on the computer is finite using the dynamic model generated in the creating step. A computer-readable recording medium on which a computer program for executing a step calculated by an element method is recorded. コンピュータに、面状の基礎スラブを有する基礎構造により上部構造を支える建築物の前記基礎構造を、前記上部構造に生じる応力を用いて計算させるためのコンピュータプログラムを記録してあるコンピュータでの読み取りが可能な記録媒体において、
コンピュータに、基礎構造の形状、地盤特性、及び前記応力を含む、前記基礎構造に作用する荷重を受け付けさせる受付ステップと、
コンピュータに、前記基礎スラブの全面を分割する節点と、建築物を支える地盤との間に、前記受付ステップにより受け付けさせた地盤特性を示すばね要素を想定して前記基礎構造の力学モデルを作成させる作成ステップと、
コンピュータに、前記受付ステップにより形状を受け付けさせた基礎構造に、前記受付ステップにより受け付けさせた荷重が作用することによって生じる応力を、前記作成ステップにより作成させた力学モデルを用いて有限要素法により計算させるステップと
を実行させるコンピュータプログラムを記録してあることを特徴とするコンピュータで読み取りが可能な記録媒体。The computer reads the computer program for causing the computer to calculate the foundation structure of the building supporting the superstructure by the foundation structure having the planar foundation slab using the stress generated in the superstructure. In possible recording media,
A reception step for causing a computer to receive a load acting on the foundation structure, including a shape of the foundation structure, ground characteristics, and the stress;
Let the computer create a mechanical model of the foundation structure assuming a spring element indicating the ground characteristics accepted by the acceptance step between a node that divides the entire surface of the foundation slab and the ground that supports the building. Creation steps,
The computer calculates the stress caused by the action of the load received in the receiving step on the basic structure whose shape is received in the receiving step by the finite element method using the dynamic model created in the creating step. A computer-readable recording medium in which a computer program for executing the step is recorded. 請求項１乃至３に記載の建築物の構造計算装置を用いた構造計算の結果を反映させて建築されたことを特徴とする建築物。A building constructed by reflecting the result of the structural calculation using the structural calculation device for a building according to claim 1.
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