JP5364022B2 - 工業化住宅の設計支援方法及び型式認定申請の支援方法 - Google Patents
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イ)耐力壁(耐力フレーム)の配設位置は、柱際に限定する。
ロ)スパンの最大は6P以下とし、6Pに隣接するスパンは4P以下とする。
ハ)G3断面の4P床梁にかかる小梁は、〜P以下とする。
ニ)屋上緑化がある場合は、水平時の層間変形角を1/150radとする。
a)前記柱、前記梁及び耐力フレームを用いて三次元の架構体を設計する工程
b)前記架構体を、前記垂直構面毎に二次元の垂直フレーム体に分解する工程
c)各垂直フレーム体を、前記耐力フレームが配された1スパンフレームと、前記耐力フレームが配されていない1スパンの単純梁とに分解する工程
d)全ての1スパンフレームについて、1スパンフレーム内に含まれる任意の柱に、単位水平荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、荷重値、荷重位置及び柱の軸力値の関係を表す単位水平荷重−軸力テーブルを、前記水平荷重位置を変化させた複数の荷重位置について作成する工程
e)前記単位水平荷重−軸力テーブルを用いて、前記1スパンフレームの柱に作用する軸力を計算し、柱及び/又は梁の強度を確認又は再設計する工程
a)前記柱、前記梁及び耐力フレームを用いて三次元の架構体を設計する工程
b)前記架構体を、前記垂直構面毎に二次元の垂直フレーム体に分解する工程
c)各垂直フレーム体を、前記耐力フレームが配された1スパンフレームと、前記耐力フレームが配されていない1スパンの単純梁とに分解する工程
d’)全ての1スパンフレームについて、1スパンフレーム内に含まれる任意の柱に、単位水平荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、該1スパンフレームの剛性に関するパラメータが記載された剛性テーブルを、前記水平荷重位置を変化させた複数の荷重位置について作成する工程
e’)前記架構体に、任意の水平荷重及び垂直荷重を負荷させたときの各1スパンフレームに作用する実荷重状態を決定するとともに、前記剛性テーブルを用いて、前記1スパンフレームの剛性を評価して少なくとも前記1スパンフレームに配置された耐力フレームの枚数を確認又は再設計する工程
b)前記架構体を、前記各垂直構面毎に二次元の垂直フレーム体に分解する工程
c)各垂直フレーム体を、前記耐力フレームが配された1スパンフレームと、前記耐力フレームが配されていない1スパンの単純梁とに分解する工程
d)全ての1スパンフレームについて、1スパンフレーム内に含まれる任意の柱に、単位水平荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、荷重値、荷重位置及び柱の軸力値の関係を表す単位水平荷重−軸力テーブルを、前記水平荷重位置を変化させた全ての荷重位置について作成する工程
f)前記単位水平荷重−軸力テーブルを、前記1スパンフレームの各柱及び/又は梁が構造上の安全性を有することを説明する資料として提出する工程
a)前記柱、前記梁及び耐力フレームを用いて三次元の架構体を設計する工程
b)前記架構体を、前記垂直構面毎に二次元の垂直フレーム体に分解する工程
c)各垂直フレーム体を、前記耐力フレームが配された1スパンフレームと、前記耐力フレームが配されていない1スパンの単純梁とに分解する工程
d’)全ての1スパンフレームについて、1スパンフレーム内に含まれる任意の柱に、単位水平荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、該1スパンフレームの剛性に関するパラメータが記載された剛性テーブルを、前記水平荷重位置を変化させた複数の荷重位置について作成する工程
f)前記剛性テーブルを、前記1スパンフレームの耐力フレームの配置枚数が構造上の安全性を有することを説明する資料として提出する工程
本発明の工業化住宅の設計支援方法では、図1に示されるように、柱2と梁3とがピン接合された垂直構面に耐力フレーム4が配された架構体5を有する工業化住宅の設計を、好適に支援する。とりわけ、型式認定を取得することを前提としつつ個別の最適化設計を容易に行うことができる工業化住宅の設計を支援する。
イ)型式適合認定、
ロ)型式部材等製造者認証、
ハ)品確法性能表示基準の型式性能認定(構造の安定)、
ニ)品確法認証型式住宅部分等製造者認証(構造の安定)、及び
ホ)施行規則1条の3第1項の認定
を少なくとも含むものとする。以下、本発明の具体的な工程a乃至eが説明される。
工程aでは、先ず、柱2、梁3及び耐力フレーム4を用いて三次元の架構体5が設計される。本実施形態の架構体5は、連続する上下階において、柱2の位置が一致するように組まれている。ただし、このような態様に限定されるものではない。
水平モジュール:900mm
水平サブモジュール:150mm
垂直モジュール:2400mm
垂直サブモジュール:150mm
工程bでは、前記架構体5が、図3(a)〜(f)に示されるように、前記架構体5の柱2が通る各垂直構面X1、X2、X3、Y1、Y2及びY3毎に二次元の垂直フレーム体7に分解される。この工程は、工程aで設計された架構体5のデータを用い、コンピュータと汎用ソフトウエア等を用いて自動的に分解作業を行うことができる。分解された各垂直フレーム体7の構造は、数値データとしてコンピュータに記憶される。
工程cでは、図4に一例が示されるように、各垂直フレーム体7が、1スパンフレーム9と、単純梁10とに分解される。本明細書において、1スパンフレーム9とは、耐力フレーム4が配された1スパン(1本の梁の支点間長さ)のフレームとする。また、単純梁10は、一端がピン支点かつ他端が移動支点の梁であり、本実施形態では、耐力フレーム4が接合されていない1スパンかつ1フロアの梁が引き当てられる。
工程dでは、工程cで得られた全ての1スパンフレーム9について、図5に示されるような単位水平荷重−軸力テーブルT1が作成される。この単位水平荷重−軸力テーブルT1は、1スパンフレーム9内に含まれる任意の柱2に、単位水平荷重UHを作用させたときの各柱2に作用する軸力を応力解析により計算した結果を示すものである。
次に、工程eでは、少なくとも前記単位水平荷重−軸力テーブルT1を用いて、前記1スパンフレームの各柱2に作用する軸力を計算し、柱及び/又は梁の強度を確認又は再設計する工程がユーザ(人間)によって行われる。この工程eでは、用いられるテーブルの組合せによって、次のように分類される。
(1)3つのテーブルT1、T2及びT3全てを用いる(以下、「工程e1」という)
(2)単位水平荷重−軸力テーブルT1のみを用いる(以下、「工程e2」とする)
(3)単位水平荷重−軸力テーブルT1と単位垂直荷重−軸力テーブルT2とを用いる(以下、「工程e3」とする)
(4)単位水平荷重−軸力テーブルT1と単位曲げ荷重−軸力テーブルT3とを用いる(以下、「工程e4」とする)
以下、各工程の具体的な方法について述べる。
工程e1では、単位水平荷重−軸力テーブルT1、単位垂直荷重−軸力テーブルT2及び単位曲げ荷重−軸力テーブルT3を用いて、前記1スパンフレーム9の各柱2に作用する軸力が計算され、柱2及び/又は梁3の強度の確認又は再設計が行われる。つまり、各テーブルT1、T2及びT3を用いて、工程aで設計された架構体の各1スパンフレーム9の柱2に作用する軸力が計算され、かつ、これに基づき、柱2及び/又は梁3の強度を確認(十分か否か)又は再設計(架構体の変更等)できる。従って、本発明によれば、コンピュータを使用しなくても、架構体5の構造上の安全性を、その設計後に容易に電卓を用いた手計算で確認することができる。
また、型式認定の審査機関にとっても、認定規格(ルール)が設定されていなくても、全ての単位水平荷重−軸力テーブルT1及び単位垂直荷重−軸力テーブルT2が申請書類の添付図書に含まれていることにより、これらを確認しながら住宅の構造上の安全性を容易に判断することができる。
次に、単位水平荷重−軸力テーブルT1のみを用いて前記1スパンフレーム9の柱2に作用する軸力を計算し、柱2及び/又は梁3の強度を確認又は再設計する工程を行う例について述べる。
式1:梁Aと梁Bとにおいて、軸力R1の作用位置でのたわみが同じ
式2:梁Bと梁Cとにおいて、軸力R2の作用位置でのたわみが同じ
式3:梁Bと梁Cとにおいて、軸力R3の作用位置でのたわみが同じ
式4:梁Cの軸力R4の作用位置でのたわみが零(柱4aが基礎f上に固定されるため)
単位水平荷重−軸力テーブルT1と単位垂直荷重−軸力テーブルT2とを用いる場合、曲げ荷重作用時の1スパンフレームの各柱の軸力は、工程e2の例に従って計算することができる。同様に、単位水平荷重−軸力テーブルT1と単位曲げ荷重−軸力テーブルT3とを用いる場合、垂直荷重作用時の1スパンフレームの各柱の軸力は、工程e2の例に従って計算することができる。
該剛性テーブルT4には、単位水平荷重UHの荷重値(この例では10000N)、荷重位置(図17の左側の略図のように、どの位置に単位水平荷重を作用させたか)及びその場合の各階の層間変位(mm)が表形式で記載される。この層間変位は、予めコンピュータを用いた応力解析をベースとして計算される。
地震力=ΣWi×壁係数(地震)
風圧力=ΣAi×壁係数(風圧)
ここで、Wiは各階の重量であり、ΣWiはその階より上の重量、Aiは各階外壁の見付け面積であり、ΣAiはその階より上の見付け面積である。
δ2=P2/P×δ2a+P1/P×δ2b …(1)
δ1=P2/P×δ1a+P1/P×δ1b …(2)
各符号の意味は次の通りである。
δ2:2階の1/200の変形量(この例では12.0mm)
δ1:1階の1/200の変形量(この例では12.0mm)
P2:1スパンフレームの2階に作用する水平力
P1:1スパンフレームの1階に作用する水平力
P:剛性テーブルの単位水平荷重(10000N)
δ2a:剛性テーブルから得られる2階に単位水平荷重を与えたときの層間変位(10.734mm)
δ2b:剛性テーブルから得られる1階に単位水平荷重を与えたときの層間変位(−0.354mm)
δ1a:剛性テーブルから得られる2階に単位水平荷重を与えたときの層間変位(5.118mm)
δ1b:剛性テーブルから得られる1階に単位水平荷重を与えたときの層間変位(5.483mm)
2階の変形:
δ2=10.734×9600/10000+(−0.354)×8800/10000=9.99mm
1階の変形:
δ1=5.118×9600/10000+5.483×8800/10000=9.74mm
3 梁
4 耐力フレーム
5 架構体
7 垂直フレーム体
9 1スパンフレーム
10 単純梁
T1 単位水平荷重−軸力テーブル
T2 単位垂直荷重−軸力テーブル
T3 単位曲げ荷重−軸力テーブル
T4 剛性テーブル
Claims (14)
- 柱と梁とがピン接合された垂直構面に耐力フレームが配された架構体を有する工業化住宅の設計を支援する方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする工業化住宅の設計支援方法。
a)前記柱、前記梁及び耐力フレームを用いて三次元の架構体を設計する工程
b)前記架構体を、前記垂直構面毎に二次元の垂直フレーム体に分解する工程
c)各垂直フレーム体を、前記耐力フレームが配された1スパンフレームと、前記耐力フレームが配されていない1スパンの単純梁とに分解する工程
d)全ての1スパンフレームについて、1スパンフレーム内に含まれる任意の柱に、単位水平荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、荷重値、荷重位置及び柱の軸力値の関係を表す単位水平荷重−軸力テーブルを、前記水平荷重位置を変化させた複数の荷重位置について作成する工程
e)前記単位水平荷重−軸力テーブルを用いて、前記1スパンフレームの柱に作用する軸力を計算し、柱及び/又は梁の強度を確認又は再設計する工程 - 前記複数の荷重位置は、柱と梁との接合位置である請求項1記載の工業化住宅の設計支援方法。
- 前記工程dは、全ての1スパンフレームについて、1スパンフレーム内に含まれる任意の梁に、単位垂直荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、荷重値、荷重位置及び柱の軸力値の関係を表す単位垂直荷重−軸力テーブルを、前記垂直荷重位置を変化させた複数の荷重位置について作成する工程をさらに含み、
前記工程eは、前記単位水平荷重−軸力テーブル及び前記単位垂直荷重−軸力テーブルを用いる請求項1又は2記載の工業化住宅の設計支援方法。 - 前記架構体は、片持ち梁を含み、
前記工程dは、前記片持ち梁を有する1スパンフレームについて、前記片持ち梁の支点に、単位曲げ荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、荷重値、荷重位置及び柱の軸力値の関係を表す単位曲げ荷重−軸力テーブルを作成する工程をさらに含み、
前記工程eは、前記単位水平荷重−軸力テーブル及び前記単位曲げ荷重−軸力テーブルを用いる請求項1記載の工業化住宅の設計支援方法。
- 前記架構体は、片持ち梁を含み、
前記工程dは、前記片持ち梁を有する1スパンフレームについて、前記片持ち梁の支点に、単位曲げ荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、荷重値、荷重位置及び柱の軸力値の関係を表す単位曲げ荷重−軸力テーブルを作成する工程をさらに含み、
前記工程eは、前記単位水平荷重−軸力テーブル、前記単位垂直荷重−軸力テーブル及び前記単位曲げ荷重−軸力テーブルを用いる請求項3記載の工業化住宅の設計支援方法。
- 前記工程eは、
前記架構体に、任意の水平荷重及び垂直荷重を負荷させたときの各1スパンフレームに作用する実荷重状態を決定する工程、
実荷重状態の1スパンフレームを、一つの垂直荷重又は一つの水平荷重のみが作用する単一荷重状態の1スパンフレームに分解する工程、
前記各単一荷重状態の1スパンフレームの各柱の軸力を計算する工程、及び
各単一荷重状態の1スパンフレームの各柱の軸力を足し合わせることにより、前記実荷重状態における1スパンフレームの各柱に作用する軸力を計算する工程を含む請求項1乃至5のいずれかに記載の工業化住宅の設計支援方法。 - 前記工程eにおいて、柱が、直交する少なくとも2つの1スパンフレームで互いに共有されている第1の柱である場合、各1スパンフレームで得られた第1の柱の軸力を足し合わせて第1の柱に作用する軸力を計算する請求項6に記載の工業化住宅の設計支援方法。
- 前記工程eにおいて、柱が、少なくとも1つの1スパンフレームと、少なくとも一つの単純梁の一端側とで互いに共有されている第2の柱である場合、前記1スパンフレームで得られた第2の柱の軸力と、前記単純梁の前記一端側の支点反力とを足し合わせて第2の柱に作用する軸力を計算する請求項6に記載の工業化住宅の設計支援方法。
- 前記工程eは、
前記各柱の軸力が得られた実荷重状態における1スパンフレームの梁を、前記柱の軸力を受ける単純梁に分解する工程、及び
前記単純梁の応力を計算する工程を含む請求項6ないし8のいずれかに記載の工業化住宅の設計支援方法。 - 柱と梁とがピン接合された垂直構面に耐力フレームが配された架構体を有する工業化住宅の設計を支援する方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする工業化住宅の設計支援方法。
a)前記柱、前記梁及び耐力フレームを用いて三次元の架構体を設計する工程
b)前記架構体を、前記垂直構面毎に二次元の垂直フレーム体に分解する工程
c)各垂直フレーム体を、前記耐力フレームが配された1スパンフレームと、前記耐力フレームが配されていない1スパンの単純梁とに分解する工程
d’)全ての1スパンフレームについて、1スパンフレーム内に含まれる任意の柱に、単位水平荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、該1スパンフレームの剛性に関するパラメータが記載された剛性テーブルを、前記水平荷重位置を変化させた複数の荷重位置について作成する工程
e’)前記架構体に、任意の水平荷重及び垂直荷重を負荷させたときの各1スパンフレームに作用する実荷重状態を決定するとともに、前記剛性テーブルを用いて、前記1スパンフレームの剛性を評価して少なくとも前記1スパンフレームに配置された耐力フレームの枚数を確認又は再設計する工程 - 柱と梁とがピン接合された垂直構面に耐力フレームが配された架構体を有する工業化住宅の型式認定申請を支援する方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする工業化住宅の型式認定申請の支援方法。
b)前記架構体を、前記各垂直構面毎に二次元の垂直フレーム体に分解する工程
c)各垂直フレーム体を、前記耐力フレームが配された1スパンフレームと、前記耐力フレームが配されていない1スパンの単純梁とに分解する工程
d)全ての1スパンフレームについて、1スパンフレーム内に含まれる任意の柱に、単位水平荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、荷重値、荷重位置及び柱の軸力値の関係を表す単位水平荷重−軸力テーブルを、前記水平荷重位置を変化させた全ての荷重位置について作成する工程
f)前記単位水平荷重−軸力テーブルを、前記1スパンフレームの各柱及び/又は梁が構造上の安全性を有することを説明する資料として提出する工程 - 前記工程dは、全ての1スパンフレームについて、1スパンフレーム内に含まれる任意の梁に、単位垂直荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、荷重値、荷重位置及び柱の軸力値の関係を表す単位垂直荷重−軸力テーブルを、前記垂直荷重位置を変化させた複数の荷重位置について作成する工程を含み、
前記工程fは、さらに前記単位垂直荷重−軸力テーブルを、前記1スパンフレームの各柱及び/又は梁が構造上の安全性を有することを説明する資料として提出することを特徴とする請求項11記載の工業化住宅の型式認定申請の支援方法。 - 前記架構体は、片持ち梁を含み、
前記工程dは、前記片持ち梁を有する1スパンフレームについて、前記片持ち梁の支点に、単位曲げ荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、荷重値、荷重位置及び柱の軸力値の関係を表す単位曲げ荷重−軸力テーブルを作成する工程をさらに含み、
前記工程fは、さらに前記単位曲げ荷重−軸力テーブルを、前記1スパンフレームの各柱及び/又は梁が構造上の安全性を有することを説明する資料として提出することを特徴とする請求項11又は12記載の工業化住宅の型式認定申請の支援方法。 - 柱と梁とがピン接合された垂直構面に耐力フレームが配された架構体を有する工業化住宅の型式認定申請を支援する方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする工業化住宅の型式認定申請の支援方法。
a)前記柱、前記梁及び耐力フレームを用いて三次元の架構体を設計する工程
b)前記架構体を、前記垂直構面毎に二次元の垂直フレーム体に分解する工程
c)各垂直フレーム体を、前記耐力フレームが配された1スパンフレームと、前記耐力フレームが配されていない1スパンの単純梁とに分解する工程
d’)全ての1スパンフレームについて、1スパンフレーム内に含まれる任意の柱に、単位水平荷重を作用させたときの各柱に作用する軸力を応力解析により計算して、該1スパンフレームの剛性に関するパラメータが記載された剛性テーブルを、前記水平荷重位置を変化させた複数の荷重位置について作成する工程
g)前記剛性テーブルを、前記1スパンフレームの耐力フレームの配置枚数が構造上の安全性を有することを説明する資料として提出する工程
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