JP4301705B2 - 住宅の構造設計方法及び構造設計装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、住宅の構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させた構造を持つ住宅を合理的に設計することが出来る設計方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建物の構造設計を行なう場合、建物に作用する地震や風等の水平力及び、又は積雪に起因する垂直力を想定すると共に屋根や床等の構造要素の重量や重心点を計算し、この計算結果に基づいて各方向の壁に耐力壁を最適数配置することが行なわれている。この計算は煩雑であり、コンピュータを利用して部分的な演算を実行し得るものの、耐力壁の配置等は設計者が適宜割り付けている。
【０００３】
建物に作用する水平力や垂直力は、建築基準法に於いて設定された係数を建物の重量に乗じて計算される。例えば水平力は、大地震時の倒壊防止，中地震時の損傷防止，暴風に於ける倒壊防止及び損傷防止等の条件に対応させて夫々設定された係数を選択し、この係数を建物の重量に乗じて計算される。
【０００４】
従って、建物に作用する力は目的の建物，設計条件に応じて一定となる。そして建物の安全性の確認は、前記力が作用したとき、建物の各部位に発生する力が許容応力以下であること、建物の必要保有水平耐力が建物の保有水平耐力以下であること、等を検定することで行なわれる。
【０００５】
最近では、コンピュータを用いて耐力壁の割り付けを含めた構造設計の支援を行なうことが提案されている。例えば、特開平9-302765号公報に開示された技術は、コンピュータの画面上で住宅の外壁ラインと屋根の仕様に関するデータを入力することにより、コンピュータに横，縦方向の耐力壁の目安数と重心の位置を算出させてこの結果を画面上に表示させ、この表示を参照しながら外壁ラインに沿って耐力壁を入力した後、入力した耐力壁によって必要強度を付与できるか否かを判定させて結果を画面に表示させ、判定により必要強度を付与できないと判明したときは、耐力壁の配置の修正を行なって再度強度判定を行なうものである。この技術では、目的の住宅に於ける外壁に耐力壁を配置して強度の判定を行なうことが出来るため、構造計画の支援方法として有利である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記技術では、耐力壁の入力位置（配置位置）が住宅の外壁に限定されているため、必然的に耐力壁を外壁に集中せざるを得ず、外壁に於ける開口部の位置や大きさに制約が生じる場合がある。また住宅全体としての耐力壁の不足や配置の偏りが生じて構造計画上の必要強度が得られず、目的の平面計画を断念せざるを得ない場合も生じ得るという問題がある。
【０００７】
一方、最近では建物に作用する水平力や垂直力に対する性能を等級で評価し、この評価の結果を表示する方向にある。即ち、設計された建物が、建築基準法に定められた大地震時の地震力や中地震時の地震力或いは風の力に比較してどの程度大きい力に耐えられるか、を評価して等級で表示するものである。例えば、耐震等級（構造躯体の倒壊防止）の場合、建築基準法に定める極めて大きい地震力（数百年に一度程度発生する地震力により生じる力）の1.5 倍の地震力に対して倒壊しない程度が等級３、極めて大きい地震力の1.25倍の地震力に対して倒壊しない程度が等級２、極めて大きい地震力に対して倒壊しない程度が等級１、として設定され、他の条件に対しても同様の等級が設定されている。
【０００８】
上記技術によって等級を判別しようとした場合、設計された結果がどの等級に相当するかを計算することになる。即ち、上記従来の技術によって設計した建物について、各部位の許容応力や保有水平耐力等を検定し、この検定値から安全性を保証し得る荷重の荷重比（建築基準法に定める荷重に対する比）を逆算することが必要となる。このことは、検定する部位や部材、及び建物の階層が増えるほど複雑な処理作業となるという問題がある。
【０００９】
更に、設計者が目標等級を想定して構造の検討を行なう場合でも、目標とする等級に対する検定値が出せないため、必要性能を満足していない場合に不満足度をよみとることが出来ない。即ち、設計結果から等級を判別することが出来るが、予め等級を想定して検討結果を判定することは出来ないという問題がある。また多雪地域のように、地震荷重と積雪荷重を同時に検討するという各等級に関する項目を同時に検討することは不可能であるという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させて住宅の構造を合理的に設計する方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る住宅の構造設計方法は、住宅の構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させて住宅の構造を設計する方法であって、建物の形状を入力する形状入力工程と、建物の架構を入力する架構入力工程と、上記構造の安定に関する評価方法基準の等級を入力する等級入力工程と、前記形状入力工程で入力された形状に基づき前記等級入力工程で入力された構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応した荷重を生成する荷重生成工程と、前記架構入力工程で入力された架構と前記荷重生成工程で生成された荷重に基づいて応力解析する解析工程と、前記解析工程で解析された結果に対して検定計算する検定計算工程とを含むものである。
【００１２】
上記住宅の構造設計方法では、住宅の構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させて最適な強度を有する住宅を合理的に構造設計することが出来る。
【００１３】
即ち、形状入力工程に於いて目的の建物の形状（平面形状）を入力し、これにより各階毎の柱や梁の位置及び外壁や間仕切壁の位置が設定され、これらの外壁，間仕切壁が耐力壁を配置し得る部位として認識される。耐力壁を配置し得る部位を認識した後、架構入力工程に於いて各方向の外壁，間仕切壁毎に耐力壁を配置することで、躯体のフレーム及び耐力壁を含む建物の架構が認識される。
【００１４】
上記の如く、建物の架構は、耐力壁と、柱，梁を中心とする躯体のフレームを含む構成部材によって構成される。このため、躯体のフレームの持つ荷重に対する変形特性等を予め実験等によって認識しておき、この認識を見込んだうえで、該躯体に対し既に構造上の特性が知られている耐力壁を配置して架構を設計することが好ましい。
【００１５】
等級入力工程に於いて構造の安定に関する評価方法基準の等級（以下単に「等級」という）を入力することによって、目的の建物が地震力に代表される水平力や積雪による垂直力に対して保有すべき強度の係数が認識される。例えば、大地震に対し等級３を入力することで、建築基準法に於いて設定された大地震時の地震力に対し、係数1.5が認識される。そして荷重生成工程では、上記等級入力工程で入力された等級と、目的の建物の重量と、建築基準法に設定された各設計条件毎の係数とによって、水平方向の荷重及び垂直方向の荷重が夫々生成される。
【００１６】
上記の如く、等級入力工程に於ける等級の入力と、荷重生成工程に於ける荷重の生成は連動したものであるが、架構入力工程は必ずしも等級入力工程に先立って実施する必要はない。即ち、荷重の生成工程と架構の入力工程の前後関係は限定するものではない。
【００１７】
その後、目的の建物の形状，架構と生成した荷重に基づいて解析工程で応力解析し、この解析結果に対し検定計算工程で検定計算することで、目的の建物に対し構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させた構造設計を行なうことが出来る。
【００１８】
また他の構造設計方法は、住宅の構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させて住宅の構造を設計する方法であって、建物の形状を入力する形状入力工程と、上記構造の安定に関する評価方法基準の等級を入力する等級入力工程と、前記形状入力工程で入力された形状に基づき前記等級入力工程で入力された構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応した荷重を生成する荷重生成工程と、前記荷重生成工程で生成された荷重に基づいて架構を生成する架構生成工程と、前記架構生成工程で生成された架構に対して応力解析する解析工程と、前記解析工程で解析された結果に対して検定計算する検定計算工程とを含むものである。
【００１９】
上記構造設計方法では、建物の形状を入力し、この建物に対する等級を入力することで荷重を生成する。そして、生成された荷重に基づいて架構を生成して生成された架構に対して応力解析し、この解析結果に対して検定計算することで、構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させた構造設計を行なうことが出来る。
【００２０】
また本発明に係る構造設計装置は、住宅の構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させて住宅の構造を設計する装置であって、建物の形状を入力する形状入力手段と、建物の架構を入力する架構入力手段と、上記構造の安定に関する評価方法基準の等級を入力する等級入力手段と、前記形状入力手段で入力された形状に基づき前記等級入力手段で入力された構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応した荷重を生成する荷重生成手段と、前記架構入力手段で入力された架構と前記荷重生成手段で生成された荷重に基づいて応力解析する解析手段と、前記解析手段で解析された結果に対して検定計算する検定計算手段とを有して構成されるものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、上記構造設計方法の好ましい実施形態について図を用いて説明する。図１は本発明に係る構造設計方法の手順を説明するフローチャートである。図２は第１実施例に係る構造設計の手順を説明するフローチャートである。図３は１階の平面形状を示すと共に外壁線，間仕切壁線，グリッドを示す図である。図４は２階の平面形状を示すと共に外壁線，間仕切壁線，グリッドを示す図である。図５は屋根伏図である。図６は１階に必要な耐力壁をＹ方向（南北方向、図に於ける上下方向）に配置した配置パターンの例を示す図である。図７は予め１階に耐力壁線を設定すると共に各耐力壁線に耐力壁を割り付けた状態を示す図である。図８は柱隣接度を説明する図である。図９は平面的分散度を説明する図である。図10は立体的分散度を説明する図である。図11は目的の建物の１階及び２階の平面形状を示す図である。図12は第２実施例に係る構造設計方法の手順を説明するフローチャートである。
【００２２】
本発明に係る構造設計方法は、目的の建物に対し、建築基準法に設定された、水平方法に作用する地震力或いは風力等の水平力、垂直方向に作用する積雪による力、積雪時に発生する虞のある地震力や風力とによる水平力と垂直力との合成力等の力と、これらの力に構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応する係数を乗じて得た各力に基づいて建物の構造設計を合理的に行なえるようにしたものであり、特に、コンピュータを利用して構造設計を支援し得るようにしたものである。
【００２３】
建物の構造設計を行なう場合、躯体のフレームや耐力壁が強度に対する重要な因子となる。この中で、躯体のフレーム、特に梁の配置は建物の間取りに関連するため変更の自由度が低いが、柱の配置位置は梁よりも変更の自由度が高い。更に、耐力壁は外壁や間仕切壁に対し適宜配置し得るものであり、変更の自由度が極めて高い。そして建物の構造設計を行なう場合、前記柱や耐力壁の配置が重要となる。このため、本実施例の構造設計方法では、目的の建物が必要とする耐力壁の数及び配置位置までを設定するものとして説明する。
【００２４】
構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応して建物の構造設計を行なうに際し、表示すべき事項として、大地震時に対応させた耐震等級，中地震時に対応させた耐震等級，耐風等級，耐積雪等級等があり、更に、積雪時に発生する地震或いは風に対する事項がある。また力或いは荷重の方向としては、水平方向と垂直方向がある。
【００２５】
上記の如く、建物の構造設計を行なうには種々の力或いは荷重に対する検討が行なわれることとなる。このため、全ての事項に対して説明するのでは煩雑となるため、以下、建物に対し地震に代表される水平力が作用する場合の構造設計の手順について説明するものとする。
【００２６】
また以下の説明では、図１に示す手順が請求項２に係る発明に対応し、図12に示す手順が請求項１に係る発明に対応する。
【００２７】
本発明に係る構造設計方法の説明に先立って、図11により建物の例を説明する。図に於いて、目的の建物は１階Ａと２階Ｂとからなる２階建て住宅として構成されている。各階Ａ，Ｂには、建物の外部を構成する外壁１、及び建物の内部に設けた間仕切壁２が構成されており、これらの壁１，２によって建物内部の間取りが構成されている。また１階Ａには床面を構成する玄関ポーチ３が構成され、２階Ｂには同様に床面を構成するベランダ４が構成されている。このような平面形状は、目的の建物に居住する家族構成等の条件に対応して設定される。
【００２８】
目的の建物を構成する外壁や間仕切壁に耐力壁を配置する場合、該建物に作用する水平力に影響される。このため、建物の平面形状が設定された後、該建物を構成する各階層毎の重量を算出し、算出された重量（垂直荷重）に応じて各階層毎に且つ各方向毎に地震時に作用する水平力が算出される。従って、地震時に作用する水平力は２階Ｂよりも１階Ａの方が大きい。
【００２９】
また、例えばコンピュータに耐力壁の許容荷重のデータ及び躯体の構造特性等の他の構造設計に必要なデータを記憶させておき、設計に際し、作用する水平力に対し最適な耐力壁を選択するように構成することが可能である。
【００３０】
特に、複数種類の耐力壁には夫々予め許容荷重が設定されているため、建物に作用する水平荷重が設定されたとき、この水平荷重と許容荷重とから、設計者が容易に各方向毎の必要耐力壁数を算出することが可能である。このように、各階層毎及び各方向毎の耐力壁の数はコンピュータを利用して設定することが可能であり、また手計算によって設定することも可能である。
【００３１】
次に図１に示すフローチャートに従って本発明に係る構造設計方法を進行する好ましい手順について説明する。
【００３２】
先ず、ステップＳ１の形状入力工程では、目的の建物の形状を入力する。このとき、建物を構成する柱や梁を含む部材の仕様を入力することで、該建物の重量を計算することが可能である。次いで、ステップＳ２の各等級入力工程では、目的の建物に設定された構造の安定に関する評価方法基準の等級を入力する。
【００３３】
ステップＳ３の荷重生成工程では、ステップＳ１で入力された建物の形状と、ステップＳ２で入力された等級に基づいて、目的の建物に作用する荷重を生成する。このとき、単に水平荷重のみが生成されるものではなく、積雪を考慮する場合には垂直荷重、垂直荷重と水平荷重との合成荷重が生成される。
【００３４】
次に、ステップＳ４の架構生成・補正工程では、ステップＳ１で入力された形状に対し、ステップＳ３で生成された荷重に対抗し得る耐力壁を配置すると共に躯体のフレームを設定することで、目的の建物に対応する架構が生成される。この架構の生成は後述する第１実施例で具体的に説明するように、コンピュータによって支援するようにしても良く、設計者が画面上で指示するようにしても良い。
【００３５】
次いで、ステップＳ５の応力解析工程では、生成された架構に対し応力解析を行い、ステップＳ６の検定計算工程で解析された応力の検定を行なう。この結果、架構に略均等な応力が生じていると判断された場合、生成された架構は妥当であるとして構造設計を終了する。
【００３６】
また架構に不均等な応力が生じていると判断された場合、ステップＳ４に戻って架構を補正する。この補正は、耐力壁の配置数の変更や配置位置の変更等によって行なわれる。その後、再度ステップＳ５で応力解析を行なってステップＳ６で検定計算を行い、検定計算の結果、架構に略均等な応力が生じていると判断されたとき、生成された架構は妥当であるとして構造設計を終了する。
【００３７】
上記各工程ステップＳ１〜ステップＳ６を経ることで、構造の安定に関する評価方法基準の等級に合理的に対応した建物の構造設計を行なうことが可能である。
【００３８】
次に、本発明の第１実施例について図２〜図10により具体的に説明する。尚、前述したように、耐力壁は、各階層毎に且つ各方向毎に設定される。このため、本実施例に係る構造設計方法も建物の例えば南北方向（Ｙ方向）及び東西方向に実行され、各階層毎に且つ各方向に対する耐力壁の配置が終了して完成することになる。しかし、耐力壁の配置手順は各方向共に同一であり、説明が煩雑になる虞があるため、以下、本実施例では、建物の１階Ａに於ける南北方向（Ｙ方向）に対する耐力壁の配置手順について説明し、東西方向、及び２階Ｂに対する配置手順の説明を省略するものとする。
【００３９】
また本発明に係る構造設計方法は設計者或いは営業技術者が手作業で進行させることが可能である。しかし、本実施例では必要な情報をコンピュータに入力して所定のプログラムに従って演算し、これにより、各階層毎に且つ各方向毎に形成された外壁１，間仕切壁２に合理的に耐力壁５を配置し得るように構成している。
【００４０】
耐力壁を配置する場合、建物の平面形状の設定が必須となる。このため、ステップＳ１では、建物の形状を入力する。即ち、図３に示す１階Ａの外壁１（外壁線１），間仕切壁２を入力し、同様に図４に示す２階Ｂの外壁線１，間仕切壁２を入力する。このとき、外壁１，間仕切壁２に形成される窓や扉等の開口部、及び浴槽やシンク，押し入れ等の建具の位置も入力する。そして本実施例では、入力した外壁１，間仕切壁２に於ける開口部を除く全ての部位を耐力壁を配置し得る部位（設置可能部）とし、この設置可能部に耐力壁を配置することとしている。
【００４１】
また各階Ａ，Ｂに、各頂点に柱が配置された長方形或いは矩形のグリッドＡｇ１〜Ａｇ６，Ｂｇ１〜Ｂｇ６を設定して夫々の頂点の位置を入力する。前記頂点の位置は、各階層毎に左下の位置を原点Ｏとした座標値で設定される。
【００４２】
耐力壁５は外壁１及び間仕切壁２に配置されるため、上記の如く各階層Ａ，Ｂの平面形状を構成する外壁１と間仕切壁２の位置が設定されれば良く、更に後述する点数付け工程で利用する各グリッドの頂点の位置が設定されていれば良い。尚、各階層毎に設定するグリッドＡｇ１〜Ａｇ６，Ｂｇ１〜Ｂｇ６は点数付け工程に於いて柱隣接度の点数付けを行う際に利用されるものであるが、この点数付け工程では必ずしもグリッドＡｇ１〜Ａｇ６，Ｂｇ１〜Ｂｇ６を必要とせず、従って、本発明に於いて前記各グリッドを設定することが必須ではない。
【００４３】
しかし、建物の構造計算を実行する場合、建物の重量を算出することが必要であるため、ステップＳ１では、１階Ａの平面形状を構成する躯体の輪郭線６，玄関ポーチ３を含む床面外周線７を入力し、同様に２階Ｂの平面形状を構成する躯体の輪郭線６，ベランダ４を含む床面外周線７を入力し、更に、図５に示す屋根Ｃの形状を入力する。また建物の重量を計算する上で必要となる床の仕様（例えば目的の建物が個建住宅である場合の一般床か集合住宅である場合の重量床か、更に床を構成する材料や厚さ等），屋根の仕様（例えば屋根材が瓦か石綿セメント板か、等），耐火被覆の有無、及び他の条件を入力する。
【００４４】
上記各条件を入力することによって、コンピュータでは、１階Ａ，２階Ｂ，屋根Ｃの各階層の重量を演算し、且つ建物の躯体を構成する梁や柱の仕様等を演算することが可能である。
【００４５】
次いで、ステップＳ２では構造の安定に関する評価方法基準の等級を入力する。この入力は、目的の建物が保持すべき等級に応じて行なわれる。即ち、システム住宅に対応する建物を設計する場合、予め開発段階で該建物に対する性能が設定され、この性能に対応する等級が設定される。また戸建て住宅では、顧客の要求により目的の建物に対する性能が設定され、この性能に対応する等級が設定される。従って、ステップＳ２では、設計すべき建物の性能に応じた等級が入力される。
【００４６】
入力する等級について簡単に説明すると、この等級は、構造の安定に関する評価方法基準の等級であって、例えば、大地震に対する耐震等級３は建築基準法に於いて設定された大地震時の地震力に対し、1.5倍の地震力でも倒壊しない程度の性能が要求される。また耐震等級２では、建築基準法に於いて設定された大地震時の地震力に対し、1.25倍の地震力でも倒壊しない程度の性能が要求され、耐震等級１では建築基準法に於いて設定された大地震時の地震力に対して倒壊しない程度の性能が要求される。
【００４７】
従って、ステップＳ２で予め設定された等級を入力したとき、入力された等級に対応する係数が設定される。
【００４８】
次いで、ステップＳ３では荷重生成が行なわれる。この荷重生成工程ステップＳ３では、ステップＳ２の等級入力工程で入力された等級に応じた係数を建築基準法で設定された大地震時の地震力に乗じて得た数値と、目的の建物の重量とによって、該建物を設計する際の水平力が生成される。
【００４９】
ステップＳ41〜ステップＳ45は、前述した図１の説明に於ける架構生成・補正工程ステップＳ４に対応するものである。即ち、ステップＳ41〜ステップＳ44に於いて架構生成の重要な部分を占める耐力壁５の配置を含む一連の作業が行なわれ、ステップＳ45では補正に相当する再配置が行なわれる。
【００５０】
従って、ステップＳ41の必要耐力壁数Ｎ入力工程では、各階層Ａ，Ｂ毎に、及び各方向毎に、必要な耐力壁５の数Ｎが演算される。目的の建物に必要な耐力壁５の数は、コンピュータに記憶させたプログラムに従ってステップＳ３で生成された荷重に応じた演算の結果として算出される。また架構の生成は、算出された数の耐力壁５を外壁１，間仕切壁２に配置することで、躯体のフレームを構成する梁や柱を含む構成部材の配置と共に行なわれる。
【００５１】
前述したように、予め標準的な耐力壁５の許容荷重が判明している場合、建物の重量，建築基準法に定められた地震力，性能等級による係数との積によって建物に作用する水平力の値が判明するため、この水平力を耐力壁５の許容荷重で割ることで必要耐力壁数を計算することが可能である。このような計算をコンピュータが行うか、或いは技術者が行うかについては何ら限定するものではない。
【００５２】
本実施例では１階Ａを構成するＹ方向に必要な耐力壁５の数として６が入力されたとし、この６個の耐力壁をＹ方向の複数の外壁１，間仕切壁２に配置することで架構を生成する。
【００５３】
次いで、ステップＳ42の配置パターン候補の作成工程では、算出された必要耐力壁数を外壁１，間仕切壁２に配置して複数の配置パターンを作成する配置パターンの作成を行なう。この工程では、ステップＳ１で入力された平面形状、及び算出された必要耐力壁数に基づいて耐力壁５を外壁１，間仕切壁２に配置する場合、外壁１，間仕切壁２に於ける耐力壁を設置し得る部位（設置可能部）が入力された必要耐力壁数よりも多い場合、個々の設置可能部に対し任意に耐力壁を配置した複数の配置パターンが作成される。
【００５４】
即ち、図６（ａ）〜（ｄ）は１階Ａに於けるＹ方向の耐力壁５の配置パターンのいくつかの例を示している。例えば、同図（ａ）は、耐力壁５を原点Ｏ側の外壁１，間仕切壁２に集中的に配置したものであり、グリッドＡｇ１に４個の耐力壁５が配置されるものの、グリッドＡｇ３には全く配置されていないという配置パターンである。
【００５５】
また同図（ｂ）は、耐力壁５を比較的各グリッドＡｇ１〜Ａｇ６に分散して配置したものであり、３個の耐力壁５を外壁１に配置し、同様に３個の耐力壁５を間仕切壁２に配置した配置パターンである。また同図（ｃ）は５個の耐力壁５を外壁１に配置し、１個の耐力壁５を間仕切壁２に配置した配置パターンである。更に、同図（ｄ）は全ての耐力壁５を原点Ｏから最も離隔した部位に集中して配置した配置パターンである。
【００５６】
上記各配置パターンは何れもステップＳ42の配置パターン候補の作成工程で作成されたものであり、上記例以外に、外壁１，間仕切壁２に於ける耐力壁５の設置可能部の数と必要耐力壁数とに対応した数の配置パターンが作成される。従って、耐力壁の設置可能部の数が多くなると非常に多くの配置パターンが作成されることになる。このため、後述する点数付け作業に於いて、作成された個々の配置パターンに対して点数付けを行う際の作業量が増加することとなる。
【００５７】
コンピュータの処理能力が無制限に大きければ、配置パターンの数が如何に多くなっても大きな問題ではない。しかし、実際上処理能力が無限のコンピュータは存在しないため、配置パターンを作成するに際し、設計技術者や営業技術者或いは他の技術者等（技術者）が介在してやることで、配置パターンの数を削減することが好ましい。この場合、耐力壁５を配置するための耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４のみを指定する介在の仕方と、耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４及び夫々の耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４に配置すべき耐力壁の数を指定する介在の仕方がある。
【００５８】
以下、技術者が１階Ａを構成するＹ方向の外壁１，間仕切壁２の中から耐力壁５を配置すべき複数の耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４を指定（図７参照）した場合について説明する。
【００５９】
前述したように、ステップＳ１で入力された建物の形状、ステップＳ３で算出されたＹ方向に作用する水平力と、予め記憶されている標準的な耐力壁５の許容荷重とに基づいて、ステップＳ41でＹ方向に必要な耐力壁５の目安枚数（Ｎｙ）を算出する。このとき、耐力壁５の目安枚数は必ずしも整数ではなく、小数点以下の数値が算出されることがある。
【００６０】
次に、指定された耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４毎に耐力壁５の目安数を算出する。このとき、例えば、指定された各耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４の負担面積及び上階の耐力壁線との位置関係、床面に作用する剪断力等の条件を考慮する。この結果、各耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４に配置すべき耐力壁５の目安数が設定される。この数値に基づいて技術者が例えば小数点以下の数値を繰り上げたり、切り捨てるような調整を行うことで各耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４に耐力壁５を分配することが可能である。
【００６１】
この場合、単に各耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４に配置すべき耐力壁５の数が決定されたということであって、各耐力線Ｙ１〜Ｙ４に於ける何れの位置に配置するかが決定されるものではない。しかし、配置パターンの数を大幅に削減することが可能である。
【００６２】
次に、技術者が図７に示すように、１階Ａを構成するＹ方向の外壁１，間仕切壁２の中から耐力壁５を配置すべき複数の耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４を指定すると共に、各耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４に配置すべき耐力壁５の数を指定した場合について説明する。この場合であっても、配置パターンの数を大幅に削減することが可能である。
【００６３】
例えば、Ｙ方向に沿った３本の外壁１に夫々耐力壁線Ｙ１，Ｙ２，Ｙ４を指定すると共に間仕切壁２に耐力壁線Ｙ３を指定し、耐力壁線Ｙ１，Ｙ４には２個の耐力壁５を指定すると共にＹ２，Ｙ３に１個の耐力壁５を指定した場合、耐力壁線Ｙ１上には２個の設置可能部が形成されるのみであって全く自由度がないことになり、耐力壁線Ｙ１に対する耐力壁５の配置は一義的に決まり、耐力壁線Ｙ２には１個の設置可能部が形成されるため、該耐力壁線Ｙ２に対する耐力壁５の配置も一義的に決まり、耐力壁線Ｙ３は２個の設置可能部を有するため、２個の配置パターンが形成され、耐力壁線Ｙ４には５個の設置可能部が形成されるため、１０個の配置パターンが形成される。従って、全体では２０個の配置パターンが形成されることとなり、耐力壁５を任意の状態で外壁１，間仕切壁２に形成された全ての設置可能部に配置して得た配置パターンの数を大幅に削減することが可能である。
【００６４】
上記の如く、予め耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４を指定し、或いは耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４を指定すると共に各耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４に配置すべき耐力壁の数を指定して配置パターンを作成した場合であっても、得られた配置パターンは、前述した外壁１，間仕切壁２に於ける耐力壁の設置可能部に対し入力された必要数の耐力壁を任意に配置して作成した配置パターンに含まれるのであって、両者は何ら異なるものではない。
【００６５】
次いで、ステップＳ43の配置パターンの点数付け工程では、ステップＳ42で得た全ての配置パターンに対し、表１の項目に基づいて点数付けを行い、付与された点数を合計して個々の配置パターン毎の総点数とする。
【００６６】
【表１】
【００６７】
【００６８】
柱隣接度は、配置された耐力壁５が各グリッドの頂点に配置された柱に接しているか否かによる点数であり、図８に示すように、耐力壁線Ｙ４に２個の耐力壁５ａ，５ｂを配置したとき、個々の耐力壁５ａ，５ｂは各グリッドＡｇ３，Ａｇ６の頂点に配置された柱10に接している場合４０点が付与され、また頂点の柱10に接していない場合であっても構造上必要な柱（図示しないキャンティ持ち出し梁下の柱、或いは図３のポーチ３の部分に示す外壁の出隅部の柱11）に接する場合３０点が付与され、前記以外は０点が付与される。従って、図８の場合、耐力壁５ａはグリッドＡｇ３の頂点の柱10に接しているため４０点が付与されるが、耐力壁５ｂはグリッドＡｇ６の頂点の柱10とも、他の構造上必要な柱10とも接していないため０点が付与される。そして図８の合計点は４０点となる。
【００６９】
平面的分散度は、耐力壁の平面的な分散に伴う平面形状に於ける偏心の少なさ、捩じり剛性の高さを評価するものである。同一の耐力壁線Ｙ４に複数の耐力壁５ａ，５ｂが配置される場合、例えば図９（ａ）〜（ｃ）に示すように耐力壁線Ｙ４に２個の耐力壁５ａ，５ｂが配置された場合、耐力壁５ａ，５ｂの距離の絶対値（ＨＰ）の１０％が点数として付与される。同図（ａ）に示すように、２個の耐力壁５ａ，５ｂが隣接して配置されている場合、耐力壁５の幅寸法が座標値の絶対値（ＨＰ）となる。また同図（ｂ）は耐力壁５ａの位置が変化せずに耐力壁５ｂがグリッドＡｇ３のＹ方向の寸法まで離隔している。このため、付与される点数は同図（ａ）の場合よりも大きい値となる。更に、同図（ｃ）は耐力壁５ｂが耐力壁線Ｙ４に於ける端部まで離隔している。このため、三者のなかでは最も大きい点数が付与される。
【００７０】
ここで、ＨＰの値は予め設定した基準値として設定されるものであり、この値が如何なる数値であるかは限定するものではない。例えば本実施例では、610mmを１ＨＰとして設定している。従って、例えば図９（ｃ）に示すように、耐力壁５ｂが耐力壁線Ｙ４に於ける端部まで離隔しており、耐力壁５ａ，５ｂの距離が5400mm離隔していたとすると、絶対値（ＨＰ）は5400÷610＝8.8となり、この絶対値（ＨＰ）の１０％（0.88）が点数として付与される。
【００７１】
また耐力壁線に１個の耐力壁５ｃのみが配置された場合、例えば図９（ｄ）に示す耐力壁線Ｙ３に配置された耐力壁５ｃの平面的分散度は、隣接する耐力壁線に配置された耐力壁５の平均座標値の絶対値（ＨＰ）の１０％が点数として付与される。この場合、隣接する耐力壁線とは目的の耐力壁線Ｙ３よりも原点Ｏ側の耐力壁線Ｙ２であり、該耐力壁線Ｙ２に配置された耐力壁５ｅの座標値（線12で示す）からの離隔距離の１０％が点数として付与されることとなる。
【００７２】
立面的分散度は耐力壁に取りつく柱や梁或いは基礎の応力を小さくすることを評価するものである。この立面的分散度は上階の点数付けを行う際に利用するものであり、図10に示すように、上階に配置された耐力壁５ｆが下階に配置された耐力壁５ｇからの離隔距離に応じて点数が付与される。従って、１階Ａの点数付けでは利用されることがない。
【００７３】
同図（ａ）に示すように、上階（２階Ｂ）に配置された耐力壁５ｆが下階（１階Ａ）に配置された耐力壁５ｇから離隔している場合、即ち、耐力壁５ｆと５ｇが一致した位置にない場合１００点が付与され、同図（ｂ），（ｃ）に示すように、上階に配置された耐力壁５ｆの始点又は終点が下階の耐力壁５ｇの始点又は終点と一致する場合２０点が付与され、更に、上階の耐力壁５ｆと下階の耐力壁５ｇとが全く一致した場合０点が付与される。
【００７４】
上記の如くして各項目毎に点数付けを行い、付与された全ての点数を加算することで個々の配置パターンの最終得点を計算し、これにより、全ての配置パターン毎に点数付けを行うことが可能である。
【００７５】
次いで、ステップＳ44の配置パターン決定・配置工程では、ステップＳ43に於いて点数付けされた配置パターンの中から、最高点が付与された配置パターン（例えば図６（ｃ））を選択し、該配置パターンに基づいて外壁１及び間仕切壁２に対する耐力壁５の配置を決定する。
【００７６】
次いで、ステップＳ５では、ステップＳ44で決定された配置パターン（生成された架構）に対し、耐力壁５の位置に基づいて応力の解析を行なう。この応力解析は、躯体のフレームや耐力壁５に対して作用する水平力と許容荷重との関係を検証することで行われる。
【００７７】
躯体のフレームに対する応力解析を行なう場合、例えば各耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４に配置された耐力壁５に水平力が作用したとき、各耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４を構成する個々の梁に作用する応力を判定する。
【００７８】
更に、ステップＳ６では、応力解析の結果から、躯体のフレームを構成する柱や梁等の部材に対する断面の検定計算や、個々の耐力壁５毎に水平力と許容荷重の関係に基づく検定計算が行なわれる。
【００７９】
そして躯体のフレームを構成する部材或いは耐力壁５であって、過度の水平力が作用し、或いは作用する水平力が極端に少ないような部材，耐力壁５が存在する場合、現在の躯体のフレームを構成する部材の配置或いは耐力壁５の配置が否定される。
【００８０】
このように、フレームを構成する部材や耐力壁５の配置に支障がある場合、ステップＳ45の再配置工程に進んで、部材の再配置及び個々の耐力壁５が略均等な水平力を負担し得るように追加し或いは移動させることで再配置を行う。そして、耐力壁５の再配置を含む架構の補正を行なった後、再度、ステップＳ５に進行し、該ステップＳ５に於いて再配置されたフレームを構成する部材及び耐力壁５の位置に基づいて再度応力解析を行う。
【００８１】
上記再配置は、ステップＳ６に於いて構造計算を満足するまで繰り返し、ステップＳ６に於ける応力解析の結果が検定計算を満足し得る値となったとき、躯体のフレームを構成する部材の形状や配置及び耐力壁５の配置が合理的に行なわれたとして一連の手順を終了し、構造設計方法が終了する。
【００８２】
尚、上記した手順では、建物の１階Ａで且つ南北方向に沿った方向（Ｙ方向）の外壁１，間仕切壁２に複数の耐力壁５を配置する場合のみについて説明したが、前記方向と交差する方向（東西方向）に対して耐力壁５を配置する方法も、２階Ｂの各方向に耐力壁５を配置する方法も何ら変わることはなく、全く同一の手順を経ることで、合理的に配置することが可能である。
【００８３】
次に、第２実施例に係る構造設計方法について図12により説明する。本実施例は基本的なフローは前述の図１と略同様であるが、この図１の例では、ステップＳ４の架構生成工程を有しており、設計者は基本的にステップＳ１で建物の形状（平面プラン）を入力する作業を行なうのみで良い。しかし、本実施例では、設計者は架構も入力する必要がある点で異なる。
【００８４】
即ち、ステップＳ11に於いて、設計者は目的の建物の形状を入力する。この作業は第１実施例に於けるステップＳ１と同一である。
【００８５】
次いで、ステップＳ12では、目的の建物に於ける外壁１，間仕切壁２に対し、耐力壁５を含む架構を入力する。このとき入力する耐力壁５の数及び位置に対する限定はなく、設計者の経験や感に基づいて適宜入力しても良い。
【００８６】
次いで、ステップＳ13では構造の安定に関する評価方法基準の等級を入力し、ステップＳ14に於いて荷重を生成する。これらの工程に於ける作業内容は、第１実施例に於けるステップＳ２の各等級入力工程、ステップＳ３に於ける荷重生成工程と同一である。またステップＳ12とステップＳ13，14との順序は限定する必要はなく、ステップＳ12を荷重生成工程であるステップＳ14の次に繰り下げても何ら問題は生じない。
【００８７】
ステップＳ14まで経ることで、外壁１，間仕切壁２に耐力壁５を配置した架構と、この架構に作用する力が認識される。このため、ステップＳ15では、前記架構と該架構に作用する力から応力解析を行なう。この応力解析の作業は第１実施例に於けるステップＳ５の応力解析と変わることはない。
【００８８】
そしてステップＳ16に於いて検定計算を行い、躯体のフレームを構成する部材や耐力壁５であって、過度の水平力が作用し、或いは作用する水平力が極端に少ないような部材，耐力壁５が存在する場合、ステップＳ12で入力した躯体のフレームを構成する部材の配置或いは耐力壁５の配置が否定される。
【００８９】
この場合、再度ステップＳ12に戻って、部材及び耐力壁５を追加し或いは移動させた新たな架構を入力し、再度、ステップＳ15に進行して応力解析を行う。この作業を繰り返し、応力解析の結果が検定計算を満足し得る値となったとき、躯体のフレームを構成する部材の形状や配置及び耐力壁５の配置が合理的に行なわれたとして一連の手順を終了し、構造設計方法が終了する。
【００９０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係る構造設計方法では、形状入力工程に於いて目的の建物の形状を入力することで、各階毎の柱や梁の位置及び外壁や間仕切壁の位置が設定され、これにより、躯体のフレーム及び耐力壁を配置し得る部位を認識することが出来、架構入力工程に於いて各方向の外壁，間仕切壁毎に耐力壁を配置することで、躯体のフレーム及び耐力壁を含む建物の架構を認識することが出来る。また等級入力工程に於いて等級を入力することによって、目的の建物が地震力に代表される水平力や積雪による垂直力に対して保有すべき強度の係数を認識し、荷重生成工程では、入力された等級と、目的の建物の重量と、建築基準法に設定された各設計条件毎の係数とによって、水平方向の荷重及び垂直方向の荷重を夫々生成することが出来る。更に、目的の建物の形状，架構と生成した荷重に基づいて解析工程で応力解析し、この解析結果に対し検定計算工程で検定計算することで、目的の建物に対し構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させた構造設計を行なうことが出来る。
【００９１】
上記等級は、住宅の品質確保等促進法（「品確法」平成１２年度）に於ける等級そのものとすることが可能であるため、この品確法に適用することで、住宅の品質の確保に対し顕著な効果を発揮することが出来る。
【００９２】
従って、目的の建物に想定された性能に応じて最も合理的な躯体のフレーム及び耐力壁の配置を行なって、構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させた構造設計を行なうことが出来、且つ性能を保証すると共に性能に見合った経済性を発揮することが出来る。
【００９３】
また他の構造設計方法では、建物の形状を入力し、この建物に対する等級を入力することで荷重を生成し、生成された荷重に基づいて架構を生成して生成された架構に対して応力解析し、この解析結果に対して検定計算することで、構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させた構造設計を行なうことが出来る。
【００９４】
特に、住宅に対する等級にあった荷重生成から架構の耐震壁の数、及び配置を決定することが出来る。また予め耐震壁を配置し得る領域を決めておくことによって、将来発生する可能性のある間取りの変更に容易に対応することが出来る。
【００９５】
また本発明に係る構造設計装置を用いることによって、設計者以外の者であっても、おおよその構造設計を容易に行なうことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る構造設計方法の手順を説明するフローチャートである。
【図２】第１実施例に係る構造設計の手順を説明するフローチャートである。
【図３】１階の平面形状を示すと共に外壁線，間仕切壁線，グリッドを示す図である。
【図４】２階の平面形状を示すと共に外壁線，間仕切壁線，グリッドを示す図である。
【図５】屋根伏図である。
【図６】１階に必要な耐力壁をＹ方向（南北方向、図に於ける上下方向）に配置した配置パターンの例を示す図である。
【図７】予め１階に耐力壁線を設定すると共に各耐力壁線に耐力壁を割り付けた状態を示す図である。
【図８】柱隣接度を説明する図である。
【図９】平面的分散度を説明する図である。
【図１０】立体的分散度を説明する図である。
【図１１】目的の建物の１階及び２階の平面形状を示す図である。
【図１２】第２実施例に係る構造設計方法の手順を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
Ａ １階
Ｂ ２階
Ｃ 屋根
Ａｇ１〜Ａｇ，Ｂｇ１〜Ｂｇ６
グリッド
Ｙ１〜Ｙ４ 耐力壁線
１ 外壁
２ 間仕切壁
３ 玄関ポーチ
４ ベランダ
５ 耐力壁
６ 躯体の輪郭線
７ 床面外周線
10，11 柱
【発明の属する技術分野】
本発明は、住宅の構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させた構造を持つ住宅を合理的に設計することが出来る設計方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建物の構造設計を行なう場合、建物に作用する地震や風等の水平力及び、又は積雪に起因する垂直力を想定すると共に屋根や床等の構造要素の重量や重心点を計算し、この計算結果に基づいて各方向の壁に耐力壁を最適数配置することが行なわれている。この計算は煩雑であり、コンピュータを利用して部分的な演算を実行し得るものの、耐力壁の配置等は設計者が適宜割り付けている。
【０００３】
建物に作用する水平力や垂直力は、建築基準法に於いて設定された係数を建物の重量に乗じて計算される。例えば水平力は、大地震時の倒壊防止，中地震時の損傷防止，暴風に於ける倒壊防止及び損傷防止等の条件に対応させて夫々設定された係数を選択し、この係数を建物の重量に乗じて計算される。
【０００４】
従って、建物に作用する力は目的の建物，設計条件に応じて一定となる。そして建物の安全性の確認は、前記力が作用したとき、建物の各部位に発生する力が許容応力以下であること、建物の必要保有水平耐力が建物の保有水平耐力以下であること、等を検定することで行なわれる。
【０００５】
最近では、コンピュータを用いて耐力壁の割り付けを含めた構造設計の支援を行なうことが提案されている。例えば、特開平9-302765号公報に開示された技術は、コンピュータの画面上で住宅の外壁ラインと屋根の仕様に関するデータを入力することにより、コンピュータに横，縦方向の耐力壁の目安数と重心の位置を算出させてこの結果を画面上に表示させ、この表示を参照しながら外壁ラインに沿って耐力壁を入力した後、入力した耐力壁によって必要強度を付与できるか否かを判定させて結果を画面に表示させ、判定により必要強度を付与できないと判明したときは、耐力壁の配置の修正を行なって再度強度判定を行なうものである。この技術では、目的の住宅に於ける外壁に耐力壁を配置して強度の判定を行なうことが出来るため、構造計画の支援方法として有利である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記技術では、耐力壁の入力位置（配置位置）が住宅の外壁に限定されているため、必然的に耐力壁を外壁に集中せざるを得ず、外壁に於ける開口部の位置や大きさに制約が生じる場合がある。また住宅全体としての耐力壁の不足や配置の偏りが生じて構造計画上の必要強度が得られず、目的の平面計画を断念せざるを得ない場合も生じ得るという問題がある。
【０００７】
一方、最近では建物に作用する水平力や垂直力に対する性能を等級で評価し、この評価の結果を表示する方向にある。即ち、設計された建物が、建築基準法に定められた大地震時の地震力や中地震時の地震力或いは風の力に比較してどの程度大きい力に耐えられるか、を評価して等級で表示するものである。例えば、耐震等級（構造躯体の倒壊防止）の場合、建築基準法に定める極めて大きい地震力（数百年に一度程度発生する地震力により生じる力）の1.5 倍の地震力に対して倒壊しない程度が等級３、極めて大きい地震力の1.25倍の地震力に対して倒壊しない程度が等級２、極めて大きい地震力に対して倒壊しない程度が等級１、として設定され、他の条件に対しても同様の等級が設定されている。
【０００８】
上記技術によって等級を判別しようとした場合、設計された結果がどの等級に相当するかを計算することになる。即ち、上記従来の技術によって設計した建物について、各部位の許容応力や保有水平耐力等を検定し、この検定値から安全性を保証し得る荷重の荷重比（建築基準法に定める荷重に対する比）を逆算することが必要となる。このことは、検定する部位や部材、及び建物の階層が増えるほど複雑な処理作業となるという問題がある。
【０００９】
更に、設計者が目標等級を想定して構造の検討を行なう場合でも、目標とする等級に対する検定値が出せないため、必要性能を満足していない場合に不満足度をよみとることが出来ない。即ち、設計結果から等級を判別することが出来るが、予め等級を想定して検討結果を判定することは出来ないという問題がある。また多雪地域のように、地震荷重と積雪荷重を同時に検討するという各等級に関する項目を同時に検討することは不可能であるという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させて住宅の構造を合理的に設計する方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る住宅の構造設計方法は、住宅の構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させて住宅の構造を設計する方法であって、建物の形状を入力する形状入力工程と、建物の架構を入力する架構入力工程と、上記構造の安定に関する評価方法基準の等級を入力する等級入力工程と、前記形状入力工程で入力された形状に基づき前記等級入力工程で入力された構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応した荷重を生成する荷重生成工程と、前記架構入力工程で入力された架構と前記荷重生成工程で生成された荷重に基づいて応力解析する解析工程と、前記解析工程で解析された結果に対して検定計算する検定計算工程とを含むものである。
【００１２】
上記住宅の構造設計方法では、住宅の構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させて最適な強度を有する住宅を合理的に構造設計することが出来る。
【００１３】
即ち、形状入力工程に於いて目的の建物の形状（平面形状）を入力し、これにより各階毎の柱や梁の位置及び外壁や間仕切壁の位置が設定され、これらの外壁，間仕切壁が耐力壁を配置し得る部位として認識される。耐力壁を配置し得る部位を認識した後、架構入力工程に於いて各方向の外壁，間仕切壁毎に耐力壁を配置することで、躯体のフレーム及び耐力壁を含む建物の架構が認識される。
【００１４】
上記の如く、建物の架構は、耐力壁と、柱，梁を中心とする躯体のフレームを含む構成部材によって構成される。このため、躯体のフレームの持つ荷重に対する変形特性等を予め実験等によって認識しておき、この認識を見込んだうえで、該躯体に対し既に構造上の特性が知られている耐力壁を配置して架構を設計することが好ましい。
【００１５】
等級入力工程に於いて構造の安定に関する評価方法基準の等級（以下単に「等級」という）を入力することによって、目的の建物が地震力に代表される水平力や積雪による垂直力に対して保有すべき強度の係数が認識される。例えば、大地震に対し等級３を入力することで、建築基準法に於いて設定された大地震時の地震力に対し、係数1.5が認識される。そして荷重生成工程では、上記等級入力工程で入力された等級と、目的の建物の重量と、建築基準法に設定された各設計条件毎の係数とによって、水平方向の荷重及び垂直方向の荷重が夫々生成される。
【００１６】
上記の如く、等級入力工程に於ける等級の入力と、荷重生成工程に於ける荷重の生成は連動したものであるが、架構入力工程は必ずしも等級入力工程に先立って実施する必要はない。即ち、荷重の生成工程と架構の入力工程の前後関係は限定するものではない。
【００１７】
その後、目的の建物の形状，架構と生成した荷重に基づいて解析工程で応力解析し、この解析結果に対し検定計算工程で検定計算することで、目的の建物に対し構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させた構造設計を行なうことが出来る。
【００１８】
また他の構造設計方法は、住宅の構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させて住宅の構造を設計する方法であって、建物の形状を入力する形状入力工程と、上記構造の安定に関する評価方法基準の等級を入力する等級入力工程と、前記形状入力工程で入力された形状に基づき前記等級入力工程で入力された構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応した荷重を生成する荷重生成工程と、前記荷重生成工程で生成された荷重に基づいて架構を生成する架構生成工程と、前記架構生成工程で生成された架構に対して応力解析する解析工程と、前記解析工程で解析された結果に対して検定計算する検定計算工程とを含むものである。
【００１９】
上記構造設計方法では、建物の形状を入力し、この建物に対する等級を入力することで荷重を生成する。そして、生成された荷重に基づいて架構を生成して生成された架構に対して応力解析し、この解析結果に対して検定計算することで、構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させた構造設計を行なうことが出来る。
【００２０】
また本発明に係る構造設計装置は、住宅の構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させて住宅の構造を設計する装置であって、建物の形状を入力する形状入力手段と、建物の架構を入力する架構入力手段と、上記構造の安定に関する評価方法基準の等級を入力する等級入力手段と、前記形状入力手段で入力された形状に基づき前記等級入力手段で入力された構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応した荷重を生成する荷重生成手段と、前記架構入力手段で入力された架構と前記荷重生成手段で生成された荷重に基づいて応力解析する解析手段と、前記解析手段で解析された結果に対して検定計算する検定計算手段とを有して構成されるものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、上記構造設計方法の好ましい実施形態について図を用いて説明する。図１は本発明に係る構造設計方法の手順を説明するフローチャートである。図２は第１実施例に係る構造設計の手順を説明するフローチャートである。図３は１階の平面形状を示すと共に外壁線，間仕切壁線，グリッドを示す図である。図４は２階の平面形状を示すと共に外壁線，間仕切壁線，グリッドを示す図である。図５は屋根伏図である。図６は１階に必要な耐力壁をＹ方向（南北方向、図に於ける上下方向）に配置した配置パターンの例を示す図である。図７は予め１階に耐力壁線を設定すると共に各耐力壁線に耐力壁を割り付けた状態を示す図である。図８は柱隣接度を説明する図である。図９は平面的分散度を説明する図である。図10は立体的分散度を説明する図である。図11は目的の建物の１階及び２階の平面形状を示す図である。図12は第２実施例に係る構造設計方法の手順を説明するフローチャートである。
【００２２】
本発明に係る構造設計方法は、目的の建物に対し、建築基準法に設定された、水平方法に作用する地震力或いは風力等の水平力、垂直方向に作用する積雪による力、積雪時に発生する虞のある地震力や風力とによる水平力と垂直力との合成力等の力と、これらの力に構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応する係数を乗じて得た各力に基づいて建物の構造設計を合理的に行なえるようにしたものであり、特に、コンピュータを利用して構造設計を支援し得るようにしたものである。
【００２３】
建物の構造設計を行なう場合、躯体のフレームや耐力壁が強度に対する重要な因子となる。この中で、躯体のフレーム、特に梁の配置は建物の間取りに関連するため変更の自由度が低いが、柱の配置位置は梁よりも変更の自由度が高い。更に、耐力壁は外壁や間仕切壁に対し適宜配置し得るものであり、変更の自由度が極めて高い。そして建物の構造設計を行なう場合、前記柱や耐力壁の配置が重要となる。このため、本実施例の構造設計方法では、目的の建物が必要とする耐力壁の数及び配置位置までを設定するものとして説明する。
【００２４】
構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応して建物の構造設計を行なうに際し、表示すべき事項として、大地震時に対応させた耐震等級，中地震時に対応させた耐震等級，耐風等級，耐積雪等級等があり、更に、積雪時に発生する地震或いは風に対する事項がある。また力或いは荷重の方向としては、水平方向と垂直方向がある。
【００２５】
上記の如く、建物の構造設計を行なうには種々の力或いは荷重に対する検討が行なわれることとなる。このため、全ての事項に対して説明するのでは煩雑となるため、以下、建物に対し地震に代表される水平力が作用する場合の構造設計の手順について説明するものとする。
【００２６】
また以下の説明では、図１に示す手順が請求項２に係る発明に対応し、図12に示す手順が請求項１に係る発明に対応する。
【００２７】
本発明に係る構造設計方法の説明に先立って、図11により建物の例を説明する。図に於いて、目的の建物は１階Ａと２階Ｂとからなる２階建て住宅として構成されている。各階Ａ，Ｂには、建物の外部を構成する外壁１、及び建物の内部に設けた間仕切壁２が構成されており、これらの壁１，２によって建物内部の間取りが構成されている。また１階Ａには床面を構成する玄関ポーチ３が構成され、２階Ｂには同様に床面を構成するベランダ４が構成されている。このような平面形状は、目的の建物に居住する家族構成等の条件に対応して設定される。
【００２８】
目的の建物を構成する外壁や間仕切壁に耐力壁を配置する場合、該建物に作用する水平力に影響される。このため、建物の平面形状が設定された後、該建物を構成する各階層毎の重量を算出し、算出された重量（垂直荷重）に応じて各階層毎に且つ各方向毎に地震時に作用する水平力が算出される。従って、地震時に作用する水平力は２階Ｂよりも１階Ａの方が大きい。
【００２９】
また、例えばコンピュータに耐力壁の許容荷重のデータ及び躯体の構造特性等の他の構造設計に必要なデータを記憶させておき、設計に際し、作用する水平力に対し最適な耐力壁を選択するように構成することが可能である。
【００３０】
特に、複数種類の耐力壁には夫々予め許容荷重が設定されているため、建物に作用する水平荷重が設定されたとき、この水平荷重と許容荷重とから、設計者が容易に各方向毎の必要耐力壁数を算出することが可能である。このように、各階層毎及び各方向毎の耐力壁の数はコンピュータを利用して設定することが可能であり、また手計算によって設定することも可能である。
【００３１】
次に図１に示すフローチャートに従って本発明に係る構造設計方法を進行する好ましい手順について説明する。
【００３２】
先ず、ステップＳ１の形状入力工程では、目的の建物の形状を入力する。このとき、建物を構成する柱や梁を含む部材の仕様を入力することで、該建物の重量を計算することが可能である。次いで、ステップＳ２の各等級入力工程では、目的の建物に設定された構造の安定に関する評価方法基準の等級を入力する。
【００３３】
ステップＳ３の荷重生成工程では、ステップＳ１で入力された建物の形状と、ステップＳ２で入力された等級に基づいて、目的の建物に作用する荷重を生成する。このとき、単に水平荷重のみが生成されるものではなく、積雪を考慮する場合には垂直荷重、垂直荷重と水平荷重との合成荷重が生成される。
【００３４】
次に、ステップＳ４の架構生成・補正工程では、ステップＳ１で入力された形状に対し、ステップＳ３で生成された荷重に対抗し得る耐力壁を配置すると共に躯体のフレームを設定することで、目的の建物に対応する架構が生成される。この架構の生成は後述する第１実施例で具体的に説明するように、コンピュータによって支援するようにしても良く、設計者が画面上で指示するようにしても良い。
【００３５】
次いで、ステップＳ５の応力解析工程では、生成された架構に対し応力解析を行い、ステップＳ６の検定計算工程で解析された応力の検定を行なう。この結果、架構に略均等な応力が生じていると判断された場合、生成された架構は妥当であるとして構造設計を終了する。
【００３６】
また架構に不均等な応力が生じていると判断された場合、ステップＳ４に戻って架構を補正する。この補正は、耐力壁の配置数の変更や配置位置の変更等によって行なわれる。その後、再度ステップＳ５で応力解析を行なってステップＳ６で検定計算を行い、検定計算の結果、架構に略均等な応力が生じていると判断されたとき、生成された架構は妥当であるとして構造設計を終了する。
【００３７】
上記各工程ステップＳ１〜ステップＳ６を経ることで、構造の安定に関する評価方法基準の等級に合理的に対応した建物の構造設計を行なうことが可能である。
【００３８】
次に、本発明の第１実施例について図２〜図10により具体的に説明する。尚、前述したように、耐力壁は、各階層毎に且つ各方向毎に設定される。このため、本実施例に係る構造設計方法も建物の例えば南北方向（Ｙ方向）及び東西方向に実行され、各階層毎に且つ各方向に対する耐力壁の配置が終了して完成することになる。しかし、耐力壁の配置手順は各方向共に同一であり、説明が煩雑になる虞があるため、以下、本実施例では、建物の１階Ａに於ける南北方向（Ｙ方向）に対する耐力壁の配置手順について説明し、東西方向、及び２階Ｂに対する配置手順の説明を省略するものとする。
【００３９】
また本発明に係る構造設計方法は設計者或いは営業技術者が手作業で進行させることが可能である。しかし、本実施例では必要な情報をコンピュータに入力して所定のプログラムに従って演算し、これにより、各階層毎に且つ各方向毎に形成された外壁１，間仕切壁２に合理的に耐力壁５を配置し得るように構成している。
【００４０】
耐力壁を配置する場合、建物の平面形状の設定が必須となる。このため、ステップＳ１では、建物の形状を入力する。即ち、図３に示す１階Ａの外壁１（外壁線１），間仕切壁２を入力し、同様に図４に示す２階Ｂの外壁線１，間仕切壁２を入力する。このとき、外壁１，間仕切壁２に形成される窓や扉等の開口部、及び浴槽やシンク，押し入れ等の建具の位置も入力する。そして本実施例では、入力した外壁１，間仕切壁２に於ける開口部を除く全ての部位を耐力壁を配置し得る部位（設置可能部）とし、この設置可能部に耐力壁を配置することとしている。
【００４１】
また各階Ａ，Ｂに、各頂点に柱が配置された長方形或いは矩形のグリッドＡｇ１〜Ａｇ６，Ｂｇ１〜Ｂｇ６を設定して夫々の頂点の位置を入力する。前記頂点の位置は、各階層毎に左下の位置を原点Ｏとした座標値で設定される。
【００４２】
耐力壁５は外壁１及び間仕切壁２に配置されるため、上記の如く各階層Ａ，Ｂの平面形状を構成する外壁１と間仕切壁２の位置が設定されれば良く、更に後述する点数付け工程で利用する各グリッドの頂点の位置が設定されていれば良い。尚、各階層毎に設定するグリッドＡｇ１〜Ａｇ６，Ｂｇ１〜Ｂｇ６は点数付け工程に於いて柱隣接度の点数付けを行う際に利用されるものであるが、この点数付け工程では必ずしもグリッドＡｇ１〜Ａｇ６，Ｂｇ１〜Ｂｇ６を必要とせず、従って、本発明に於いて前記各グリッドを設定することが必須ではない。
【００４３】
しかし、建物の構造計算を実行する場合、建物の重量を算出することが必要であるため、ステップＳ１では、１階Ａの平面形状を構成する躯体の輪郭線６，玄関ポーチ３を含む床面外周線７を入力し、同様に２階Ｂの平面形状を構成する躯体の輪郭線６，ベランダ４を含む床面外周線７を入力し、更に、図５に示す屋根Ｃの形状を入力する。また建物の重量を計算する上で必要となる床の仕様（例えば目的の建物が個建住宅である場合の一般床か集合住宅である場合の重量床か、更に床を構成する材料や厚さ等），屋根の仕様（例えば屋根材が瓦か石綿セメント板か、等），耐火被覆の有無、及び他の条件を入力する。
【００４４】
上記各条件を入力することによって、コンピュータでは、１階Ａ，２階Ｂ，屋根Ｃの各階層の重量を演算し、且つ建物の躯体を構成する梁や柱の仕様等を演算することが可能である。
【００４５】
次いで、ステップＳ２では構造の安定に関する評価方法基準の等級を入力する。この入力は、目的の建物が保持すべき等級に応じて行なわれる。即ち、システム住宅に対応する建物を設計する場合、予め開発段階で該建物に対する性能が設定され、この性能に対応する等級が設定される。また戸建て住宅では、顧客の要求により目的の建物に対する性能が設定され、この性能に対応する等級が設定される。従って、ステップＳ２では、設計すべき建物の性能に応じた等級が入力される。
【００４６】
入力する等級について簡単に説明すると、この等級は、構造の安定に関する評価方法基準の等級であって、例えば、大地震に対する耐震等級３は建築基準法に於いて設定された大地震時の地震力に対し、1.5倍の地震力でも倒壊しない程度の性能が要求される。また耐震等級２では、建築基準法に於いて設定された大地震時の地震力に対し、1.25倍の地震力でも倒壊しない程度の性能が要求され、耐震等級１では建築基準法に於いて設定された大地震時の地震力に対して倒壊しない程度の性能が要求される。
【００４７】
従って、ステップＳ２で予め設定された等級を入力したとき、入力された等級に対応する係数が設定される。
【００４８】
次いで、ステップＳ３では荷重生成が行なわれる。この荷重生成工程ステップＳ３では、ステップＳ２の等級入力工程で入力された等級に応じた係数を建築基準法で設定された大地震時の地震力に乗じて得た数値と、目的の建物の重量とによって、該建物を設計する際の水平力が生成される。
【００４９】
ステップＳ41〜ステップＳ45は、前述した図１の説明に於ける架構生成・補正工程ステップＳ４に対応するものである。即ち、ステップＳ41〜ステップＳ44に於いて架構生成の重要な部分を占める耐力壁５の配置を含む一連の作業が行なわれ、ステップＳ45では補正に相当する再配置が行なわれる。
【００５０】
従って、ステップＳ41の必要耐力壁数Ｎ入力工程では、各階層Ａ，Ｂ毎に、及び各方向毎に、必要な耐力壁５の数Ｎが演算される。目的の建物に必要な耐力壁５の数は、コンピュータに記憶させたプログラムに従ってステップＳ３で生成された荷重に応じた演算の結果として算出される。また架構の生成は、算出された数の耐力壁５を外壁１，間仕切壁２に配置することで、躯体のフレームを構成する梁や柱を含む構成部材の配置と共に行なわれる。
【００５１】
前述したように、予め標準的な耐力壁５の許容荷重が判明している場合、建物の重量，建築基準法に定められた地震力，性能等級による係数との積によって建物に作用する水平力の値が判明するため、この水平力を耐力壁５の許容荷重で割ることで必要耐力壁数を計算することが可能である。このような計算をコンピュータが行うか、或いは技術者が行うかについては何ら限定するものではない。
【００５２】
本実施例では１階Ａを構成するＹ方向に必要な耐力壁５の数として６が入力されたとし、この６個の耐力壁をＹ方向の複数の外壁１，間仕切壁２に配置することで架構を生成する。
【００５３】
次いで、ステップＳ42の配置パターン候補の作成工程では、算出された必要耐力壁数を外壁１，間仕切壁２に配置して複数の配置パターンを作成する配置パターンの作成を行なう。この工程では、ステップＳ１で入力された平面形状、及び算出された必要耐力壁数に基づいて耐力壁５を外壁１，間仕切壁２に配置する場合、外壁１，間仕切壁２に於ける耐力壁を設置し得る部位（設置可能部）が入力された必要耐力壁数よりも多い場合、個々の設置可能部に対し任意に耐力壁を配置した複数の配置パターンが作成される。
【００５４】
即ち、図６（ａ）〜（ｄ）は１階Ａに於けるＹ方向の耐力壁５の配置パターンのいくつかの例を示している。例えば、同図（ａ）は、耐力壁５を原点Ｏ側の外壁１，間仕切壁２に集中的に配置したものであり、グリッドＡｇ１に４個の耐力壁５が配置されるものの、グリッドＡｇ３には全く配置されていないという配置パターンである。
【００５５】
また同図（ｂ）は、耐力壁５を比較的各グリッドＡｇ１〜Ａｇ６に分散して配置したものであり、３個の耐力壁５を外壁１に配置し、同様に３個の耐力壁５を間仕切壁２に配置した配置パターンである。また同図（ｃ）は５個の耐力壁５を外壁１に配置し、１個の耐力壁５を間仕切壁２に配置した配置パターンである。更に、同図（ｄ）は全ての耐力壁５を原点Ｏから最も離隔した部位に集中して配置した配置パターンである。
【００５６】
上記各配置パターンは何れもステップＳ42の配置パターン候補の作成工程で作成されたものであり、上記例以外に、外壁１，間仕切壁２に於ける耐力壁５の設置可能部の数と必要耐力壁数とに対応した数の配置パターンが作成される。従って、耐力壁の設置可能部の数が多くなると非常に多くの配置パターンが作成されることになる。このため、後述する点数付け作業に於いて、作成された個々の配置パターンに対して点数付けを行う際の作業量が増加することとなる。
【００５７】
コンピュータの処理能力が無制限に大きければ、配置パターンの数が如何に多くなっても大きな問題ではない。しかし、実際上処理能力が無限のコンピュータは存在しないため、配置パターンを作成するに際し、設計技術者や営業技術者或いは他の技術者等（技術者）が介在してやることで、配置パターンの数を削減することが好ましい。この場合、耐力壁５を配置するための耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４のみを指定する介在の仕方と、耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４及び夫々の耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４に配置すべき耐力壁の数を指定する介在の仕方がある。
【００５８】
以下、技術者が１階Ａを構成するＹ方向の外壁１，間仕切壁２の中から耐力壁５を配置すべき複数の耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４を指定（図７参照）した場合について説明する。
【００５９】
前述したように、ステップＳ１で入力された建物の形状、ステップＳ３で算出されたＹ方向に作用する水平力と、予め記憶されている標準的な耐力壁５の許容荷重とに基づいて、ステップＳ41でＹ方向に必要な耐力壁５の目安枚数（Ｎｙ）を算出する。このとき、耐力壁５の目安枚数は必ずしも整数ではなく、小数点以下の数値が算出されることがある。
【００６０】
次に、指定された耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４毎に耐力壁５の目安数を算出する。このとき、例えば、指定された各耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４の負担面積及び上階の耐力壁線との位置関係、床面に作用する剪断力等の条件を考慮する。この結果、各耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４に配置すべき耐力壁５の目安数が設定される。この数値に基づいて技術者が例えば小数点以下の数値を繰り上げたり、切り捨てるような調整を行うことで各耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４に耐力壁５を分配することが可能である。
【００６１】
この場合、単に各耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４に配置すべき耐力壁５の数が決定されたということであって、各耐力線Ｙ１〜Ｙ４に於ける何れの位置に配置するかが決定されるものではない。しかし、配置パターンの数を大幅に削減することが可能である。
【００６２】
次に、技術者が図７に示すように、１階Ａを構成するＹ方向の外壁１，間仕切壁２の中から耐力壁５を配置すべき複数の耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４を指定すると共に、各耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４に配置すべき耐力壁５の数を指定した場合について説明する。この場合であっても、配置パターンの数を大幅に削減することが可能である。
【００６３】
例えば、Ｙ方向に沿った３本の外壁１に夫々耐力壁線Ｙ１，Ｙ２，Ｙ４を指定すると共に間仕切壁２に耐力壁線Ｙ３を指定し、耐力壁線Ｙ１，Ｙ４には２個の耐力壁５を指定すると共にＹ２，Ｙ３に１個の耐力壁５を指定した場合、耐力壁線Ｙ１上には２個の設置可能部が形成されるのみであって全く自由度がないことになり、耐力壁線Ｙ１に対する耐力壁５の配置は一義的に決まり、耐力壁線Ｙ２には１個の設置可能部が形成されるため、該耐力壁線Ｙ２に対する耐力壁５の配置も一義的に決まり、耐力壁線Ｙ３は２個の設置可能部を有するため、２個の配置パターンが形成され、耐力壁線Ｙ４には５個の設置可能部が形成されるため、１０個の配置パターンが形成される。従って、全体では２０個の配置パターンが形成されることとなり、耐力壁５を任意の状態で外壁１，間仕切壁２に形成された全ての設置可能部に配置して得た配置パターンの数を大幅に削減することが可能である。
【００６４】
上記の如く、予め耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４を指定し、或いは耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４を指定すると共に各耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４に配置すべき耐力壁の数を指定して配置パターンを作成した場合であっても、得られた配置パターンは、前述した外壁１，間仕切壁２に於ける耐力壁の設置可能部に対し入力された必要数の耐力壁を任意に配置して作成した配置パターンに含まれるのであって、両者は何ら異なるものではない。
【００６５】
次いで、ステップＳ43の配置パターンの点数付け工程では、ステップＳ42で得た全ての配置パターンに対し、表１の項目に基づいて点数付けを行い、付与された点数を合計して個々の配置パターン毎の総点数とする。
【００６６】
【表１】
【００６８】
柱隣接度は、配置された耐力壁５が各グリッドの頂点に配置された柱に接しているか否かによる点数であり、図８に示すように、耐力壁線Ｙ４に２個の耐力壁５ａ，５ｂを配置したとき、個々の耐力壁５ａ，５ｂは各グリッドＡｇ３，Ａｇ６の頂点に配置された柱10に接している場合４０点が付与され、また頂点の柱10に接していない場合であっても構造上必要な柱（図示しないキャンティ持ち出し梁下の柱、或いは図３のポーチ３の部分に示す外壁の出隅部の柱11）に接する場合３０点が付与され、前記以外は０点が付与される。従って、図８の場合、耐力壁５ａはグリッドＡｇ３の頂点の柱10に接しているため４０点が付与されるが、耐力壁５ｂはグリッドＡｇ６の頂点の柱10とも、他の構造上必要な柱10とも接していないため０点が付与される。そして図８の合計点は４０点となる。
【００６９】
平面的分散度は、耐力壁の平面的な分散に伴う平面形状に於ける偏心の少なさ、捩じり剛性の高さを評価するものである。同一の耐力壁線Ｙ４に複数の耐力壁５ａ，５ｂが配置される場合、例えば図９（ａ）〜（ｃ）に示すように耐力壁線Ｙ４に２個の耐力壁５ａ，５ｂが配置された場合、耐力壁５ａ，５ｂの距離の絶対値（ＨＰ）の１０％が点数として付与される。同図（ａ）に示すように、２個の耐力壁５ａ，５ｂが隣接して配置されている場合、耐力壁５の幅寸法が座標値の絶対値（ＨＰ）となる。また同図（ｂ）は耐力壁５ａの位置が変化せずに耐力壁５ｂがグリッドＡｇ３のＹ方向の寸法まで離隔している。このため、付与される点数は同図（ａ）の場合よりも大きい値となる。更に、同図（ｃ）は耐力壁５ｂが耐力壁線Ｙ４に於ける端部まで離隔している。このため、三者のなかでは最も大きい点数が付与される。
【００７０】
ここで、ＨＰの値は予め設定した基準値として設定されるものであり、この値が如何なる数値であるかは限定するものではない。例えば本実施例では、610mmを１ＨＰとして設定している。従って、例えば図９（ｃ）に示すように、耐力壁５ｂが耐力壁線Ｙ４に於ける端部まで離隔しており、耐力壁５ａ，５ｂの距離が5400mm離隔していたとすると、絶対値（ＨＰ）は5400÷610＝8.8となり、この絶対値（ＨＰ）の１０％（0.88）が点数として付与される。
【００７１】
また耐力壁線に１個の耐力壁５ｃのみが配置された場合、例えば図９（ｄ）に示す耐力壁線Ｙ３に配置された耐力壁５ｃの平面的分散度は、隣接する耐力壁線に配置された耐力壁５の平均座標値の絶対値（ＨＰ）の１０％が点数として付与される。この場合、隣接する耐力壁線とは目的の耐力壁線Ｙ３よりも原点Ｏ側の耐力壁線Ｙ２であり、該耐力壁線Ｙ２に配置された耐力壁５ｅの座標値（線12で示す）からの離隔距離の１０％が点数として付与されることとなる。
【００７２】
立面的分散度は耐力壁に取りつく柱や梁或いは基礎の応力を小さくすることを評価するものである。この立面的分散度は上階の点数付けを行う際に利用するものであり、図10に示すように、上階に配置された耐力壁５ｆが下階に配置された耐力壁５ｇからの離隔距離に応じて点数が付与される。従って、１階Ａの点数付けでは利用されることがない。
【００７３】
同図（ａ）に示すように、上階（２階Ｂ）に配置された耐力壁５ｆが下階（１階Ａ）に配置された耐力壁５ｇから離隔している場合、即ち、耐力壁５ｆと５ｇが一致した位置にない場合１００点が付与され、同図（ｂ），（ｃ）に示すように、上階に配置された耐力壁５ｆの始点又は終点が下階の耐力壁５ｇの始点又は終点と一致する場合２０点が付与され、更に、上階の耐力壁５ｆと下階の耐力壁５ｇとが全く一致した場合０点が付与される。
【００７４】
上記の如くして各項目毎に点数付けを行い、付与された全ての点数を加算することで個々の配置パターンの最終得点を計算し、これにより、全ての配置パターン毎に点数付けを行うことが可能である。
【００７５】
次いで、ステップＳ44の配置パターン決定・配置工程では、ステップＳ43に於いて点数付けされた配置パターンの中から、最高点が付与された配置パターン（例えば図６（ｃ））を選択し、該配置パターンに基づいて外壁１及び間仕切壁２に対する耐力壁５の配置を決定する。
【００７６】
次いで、ステップＳ５では、ステップＳ44で決定された配置パターン（生成された架構）に対し、耐力壁５の位置に基づいて応力の解析を行なう。この応力解析は、躯体のフレームや耐力壁５に対して作用する水平力と許容荷重との関係を検証することで行われる。
【００７７】
躯体のフレームに対する応力解析を行なう場合、例えば各耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４に配置された耐力壁５に水平力が作用したとき、各耐力壁線Ｙ１〜Ｙ４を構成する個々の梁に作用する応力を判定する。
【００７８】
更に、ステップＳ６では、応力解析の結果から、躯体のフレームを構成する柱や梁等の部材に対する断面の検定計算や、個々の耐力壁５毎に水平力と許容荷重の関係に基づく検定計算が行なわれる。
【００７９】
そして躯体のフレームを構成する部材或いは耐力壁５であって、過度の水平力が作用し、或いは作用する水平力が極端に少ないような部材，耐力壁５が存在する場合、現在の躯体のフレームを構成する部材の配置或いは耐力壁５の配置が否定される。
【００８０】
このように、フレームを構成する部材や耐力壁５の配置に支障がある場合、ステップＳ45の再配置工程に進んで、部材の再配置及び個々の耐力壁５が略均等な水平力を負担し得るように追加し或いは移動させることで再配置を行う。そして、耐力壁５の再配置を含む架構の補正を行なった後、再度、ステップＳ５に進行し、該ステップＳ５に於いて再配置されたフレームを構成する部材及び耐力壁５の位置に基づいて再度応力解析を行う。
【００８１】
上記再配置は、ステップＳ６に於いて構造計算を満足するまで繰り返し、ステップＳ６に於ける応力解析の結果が検定計算を満足し得る値となったとき、躯体のフレームを構成する部材の形状や配置及び耐力壁５の配置が合理的に行なわれたとして一連の手順を終了し、構造設計方法が終了する。
【００８２】
尚、上記した手順では、建物の１階Ａで且つ南北方向に沿った方向（Ｙ方向）の外壁１，間仕切壁２に複数の耐力壁５を配置する場合のみについて説明したが、前記方向と交差する方向（東西方向）に対して耐力壁５を配置する方法も、２階Ｂの各方向に耐力壁５を配置する方法も何ら変わることはなく、全く同一の手順を経ることで、合理的に配置することが可能である。
【００８３】
次に、第２実施例に係る構造設計方法について図12により説明する。本実施例は基本的なフローは前述の図１と略同様であるが、この図１の例では、ステップＳ４の架構生成工程を有しており、設計者は基本的にステップＳ１で建物の形状（平面プラン）を入力する作業を行なうのみで良い。しかし、本実施例では、設計者は架構も入力する必要がある点で異なる。
【００８４】
即ち、ステップＳ11に於いて、設計者は目的の建物の形状を入力する。この作業は第１実施例に於けるステップＳ１と同一である。
【００８５】
次いで、ステップＳ12では、目的の建物に於ける外壁１，間仕切壁２に対し、耐力壁５を含む架構を入力する。このとき入力する耐力壁５の数及び位置に対する限定はなく、設計者の経験や感に基づいて適宜入力しても良い。
【００８６】
次いで、ステップＳ13では構造の安定に関する評価方法基準の等級を入力し、ステップＳ14に於いて荷重を生成する。これらの工程に於ける作業内容は、第１実施例に於けるステップＳ２の各等級入力工程、ステップＳ３に於ける荷重生成工程と同一である。またステップＳ12とステップＳ13，14との順序は限定する必要はなく、ステップＳ12を荷重生成工程であるステップＳ14の次に繰り下げても何ら問題は生じない。
【００８７】
ステップＳ14まで経ることで、外壁１，間仕切壁２に耐力壁５を配置した架構と、この架構に作用する力が認識される。このため、ステップＳ15では、前記架構と該架構に作用する力から応力解析を行なう。この応力解析の作業は第１実施例に於けるステップＳ５の応力解析と変わることはない。
【００８８】
そしてステップＳ16に於いて検定計算を行い、躯体のフレームを構成する部材や耐力壁５であって、過度の水平力が作用し、或いは作用する水平力が極端に少ないような部材，耐力壁５が存在する場合、ステップＳ12で入力した躯体のフレームを構成する部材の配置或いは耐力壁５の配置が否定される。
【００８９】
この場合、再度ステップＳ12に戻って、部材及び耐力壁５を追加し或いは移動させた新たな架構を入力し、再度、ステップＳ15に進行して応力解析を行う。この作業を繰り返し、応力解析の結果が検定計算を満足し得る値となったとき、躯体のフレームを構成する部材の形状や配置及び耐力壁５の配置が合理的に行なわれたとして一連の手順を終了し、構造設計方法が終了する。
【００９０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係る構造設計方法では、形状入力工程に於いて目的の建物の形状を入力することで、各階毎の柱や梁の位置及び外壁や間仕切壁の位置が設定され、これにより、躯体のフレーム及び耐力壁を配置し得る部位を認識することが出来、架構入力工程に於いて各方向の外壁，間仕切壁毎に耐力壁を配置することで、躯体のフレーム及び耐力壁を含む建物の架構を認識することが出来る。また等級入力工程に於いて等級を入力することによって、目的の建物が地震力に代表される水平力や積雪による垂直力に対して保有すべき強度の係数を認識し、荷重生成工程では、入力された等級と、目的の建物の重量と、建築基準法に設定された各設計条件毎の係数とによって、水平方向の荷重及び垂直方向の荷重を夫々生成することが出来る。更に、目的の建物の形状，架構と生成した荷重に基づいて解析工程で応力解析し、この解析結果に対し検定計算工程で検定計算することで、目的の建物に対し構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させた構造設計を行なうことが出来る。
【００９１】
上記等級は、住宅の品質確保等促進法（「品確法」平成１２年度）に於ける等級そのものとすることが可能であるため、この品確法に適用することで、住宅の品質の確保に対し顕著な効果を発揮することが出来る。
【００９２】
従って、目的の建物に想定された性能に応じて最も合理的な躯体のフレーム及び耐力壁の配置を行なって、構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させた構造設計を行なうことが出来、且つ性能を保証すると共に性能に見合った経済性を発揮することが出来る。
【００９３】
また他の構造設計方法では、建物の形状を入力し、この建物に対する等級を入力することで荷重を生成し、生成された荷重に基づいて架構を生成して生成された架構に対して応力解析し、この解析結果に対して検定計算することで、構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させた構造設計を行なうことが出来る。
【００９４】
特に、住宅に対する等級にあった荷重生成から架構の耐震壁の数、及び配置を決定することが出来る。また予め耐震壁を配置し得る領域を決めておくことによって、将来発生する可能性のある間取りの変更に容易に対応することが出来る。
【００９５】
また本発明に係る構造設計装置を用いることによって、設計者以外の者であっても、おおよその構造設計を容易に行なうことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る構造設計方法の手順を説明するフローチャートである。
【図２】第１実施例に係る構造設計の手順を説明するフローチャートである。
【図３】１階の平面形状を示すと共に外壁線，間仕切壁線，グリッドを示す図である。
【図４】２階の平面形状を示すと共に外壁線，間仕切壁線，グリッドを示す図である。
【図５】屋根伏図である。
【図６】１階に必要な耐力壁をＹ方向（南北方向、図に於ける上下方向）に配置した配置パターンの例を示す図である。
【図７】予め１階に耐力壁線を設定すると共に各耐力壁線に耐力壁を割り付けた状態を示す図である。
【図８】柱隣接度を説明する図である。
【図９】平面的分散度を説明する図である。
【図１０】立体的分散度を説明する図である。
【図１１】目的の建物の１階及び２階の平面形状を示す図である。
【図１２】第２実施例に係る構造設計方法の手順を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
Ａ １階
Ｂ ２階
Ｃ 屋根
Ａｇ１〜Ａｇ，Ｂｇ１〜Ｂｇ６
グリッド
Ｙ１〜Ｙ４ 耐力壁線
１ 外壁
２ 間仕切壁
３ 玄関ポーチ
４ ベランダ
５ 耐力壁
６ 躯体の輪郭線
７ 床面外周線
10，11 柱
Claims (3)
- 住宅の構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させて住宅の構造を設計する方法であって、
建物の形状を入力する形状入力工程と、
建物の架構を入力する架構入力工程と、
上記構造の安定に関する評価方法基準の等級を入力する等級入力工程と、
前記形状入力工程で入力された形状に基づき前記等級入力工程で入力された構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応した荷重を生成する荷重生成工程と、
前記架構入力工程で入力された架構と前記荷重生成工程で生成された荷重に基づいて応力解析する解析工程と、
前記解析工程で解析された結果に対して検定計算する検定計算工程と、
を含む住宅の構造設計方法。 - 住宅の構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させて住宅の構造を設計する方法であって、
建物の形状を入力する形状入力工程と、
上記構造の安定に関する評価方法基準の等級を入力する等級入力工程と、
前記形状入力工程で入力された形状に基づき前記等級入力工程で入力された構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応した荷重を生成する荷重生成工程と、
前記荷重生成工程で生成された荷重に基づいて架構を生成する架構生成工程と、
前記架構生成工程で生成された架構に対して応力解析する解析工程と、
前記解析工程で解析された結果に対して検定計算する検定計算工程と、
を含む住宅の構造設計方法。 - 住宅の構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応させて住宅の構造を設計する装置であって、建物の形状を入力する形状入力手段と、建物の架構を入力する架構入力手段と、上記構造の安定に関する評価方法基準の等級を入力する等級入力手段と、前記形状入力手段で入力された形状に基づき前記等級入力手段で入力された構造の安定に関する評価方法基準の等級に対応した荷重を生成する荷重生成手段と、前記架構入力手段で入力された架構と前記荷重生成手段で生成された荷重に基づいて応力解析する解析手段と、前記解析手段で解析された結果に対して検定計算する検定計算手段と、を有することを特徴とする住宅の構造設計装置。
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