JP5752847B1 - 設計支援プログラム及び構造計算プログラム - Google Patents

Abstract

接合金物と柱部材の接合部が局所的に降伏することを防止し、かつ接合金物や柱脚構造の高額化を防止する柱脚構造の設計に用いることができる、設計支援プログラム及び構造計算プログラムを提供する。接合金物４２が基礎コンクリート３から突出したアンカーボルト１０に固定された柱脚部４１と、接合金物４２に接合された柱部材４を備えた柱脚構造４０の設計に用いられる設計支援プログラム５０であって、柱脚部４１は柱部材４よりも先に降伏し、接合金物４２の設計基準強度Ｆ１?は柱部材４の設計基準強度Ｆ２より小さく、設計支援プログラム５０は、Ｆ１?をＦ２で除した値を柱部材４の曲げ耐力Ｍｐに乗じて柱部材４の指標曲げ耐力Ｍｐ?を算出し、柱脚部４１の曲げ耐力Ｍｕ?と指標曲げ耐力Ｍｐ?を比較し、柱脚部４１の曲げ耐力Ｍｕ?が指標曲げ耐力Ｍｐ?よりも小さい場合に、柱脚部４１の曲げ耐力Ｍｕ?を柱脚構造４０の終局曲げ耐力Ｍｓとする。

Description

本発明は、基礎コンクリートの上方に配置された接合金物が、基礎コンクリート中から上方に突出したアンカーボルトの先端部に固定された柱脚部と、前記接合金物の上面にその下端部が接合された柱部材とを有する柱脚構造又はこの柱脚構造を備えた建築構造物の設計に用いられる、設計支援プログラム及び構造計算プログラムに関するものである。

図８から図１０は、従来の構造計算プログラムと、この構造計算プログラムを用いた従来の構造計算装置を用いて設計された従来の柱脚構造２及びこの従来の柱脚構造２を備えた建築構造物について説明するために参照する図である。

従来の柱脚構造２は、図８に示すように、基礎コンクリート３上に設けられた柱脚部５と、この柱脚部５の接合金物６にその下端部が接合された鉄骨柱４（柱部材）とを備えて構成されていた。柱脚部５は、接合金物６と、モルタル８と、アンカーボルト１０と、ナット部材１２，１４、座金１６及び定着板１８を有していた。

従来の柱脚構造２の柱脚部５は、表裏両面を有する平板状の接合金物６が、基礎コンクリート３の上方にモルタル８を介して設けられていた。この柱脚部５の接合金物６は、金属製であり、その上面６ａ（表面）に、図中上下方向に長さを有する鉄骨柱４の下端部が溶接により接合されていた。

ここで、図８中においては、説明の便宜上、鉄骨柱４の図中手前側の面に溶接部Ｗが描かれていないが、この図中手前側の面と裏側の面には、これらの面に隣接する２つの側面と同様に、溶接部Ｗが形成されている。この点は、図９や図１０等の他の図面においても同様とする。

そして、基礎コンクリート３中からその上方に突出するアンカーボルト１０の上端部が、接合金物６の周縁部のボルト挿通孔６ｂ及び座金１６の貫通孔を挿通していた。アンカーボルト１０の上端部に形成されたオネジ部が、２つのナット部材１２のメネジ部にねじ締結されることにより、鉄骨柱４は、その溶接部Ｗと、柱脚部５の接合金物６及びモルタル８を介して、基礎コンクリート３の上に立設して固定されていた（例えば、特許文献１参照）。

また、基礎コンクリート３中において、アンカーボルト１０の下端部に形成されたオネジ部が、定着板１８の厚さ方向に貫通する貫通孔に緩く挿通して、定着板１８の上面側及び下面側においてナット部材１４のメネジ部にねじ締結することにより、定着板１８は、基礎コンクリート３中のアンカーボルト１０の下端部に一体的に固定されていた。

また、他の従来の柱脚構造としては、上記接合金物６の代わりに、底板部と、その底板部上面の中央部がその周縁部より上方に高くなって、台状に形成された支持台部により構成され、その支持台部の上面に鉄骨柱の下端部が溶接により接合された、単なる平板状とは異なる接合金物を用いた柱脚構造があった（例えば、特許文献２参照）。

この特許文献２に係る他の従来の柱脚構造は、基礎コンクリート中から上方に突出するアンカーボルトの上端部が、接合金物の底板部の周縁部の厚さ方向を貫通するボルト挿通孔に挿通して、アンカーボルトに形成されたオネジ部が、ナット部材のメネジ部にねじ締結することにより、鉄骨柱が、その溶接部と、柱脚部の接合金物及びモルタルを介して、基礎コンクリートの上に立設して固定されていた。

ところで、前記従来の柱脚構造２（図８参照）を備えた建築構造物は、図９に示すような、鉄骨柱４の両側面の接合金物６との一対の溶接部Ｗ間中央部の回転中心Ｏの周りに時計回り方向に、鉄骨柱４を回転させようとする大きな曲げモーメントＭを発生させる荷重が加えられた場合には、柱脚構造２の鉄骨柱４と柱脚部５のうち、耐力の弱い方が先に降伏して塑性変形するようになっていた。

このような前記従来の柱脚構造２を備えた建築構造物において、柱脚部５を鉄骨柱４より先に降伏して塑性変形させるためには、柱脚部５の曲げモーメントＭに対する耐力を鉄骨柱４のその耐力より小さくする必要があった。

ここで、鉄骨柱４の耐力（後述する曲げ耐力Ｍｐや軸耐力Ｎｐを含む）は、鉄骨柱４の設計基準強度Ｆ２により定められるものであり、鉄骨柱４の設計基準強度Ｆ２が大きいほど鉄骨柱４の耐力は大きくなっていた。

これに対して、柱脚部５の耐力（後述する曲げ耐力Ｍｕや軸耐力Ｎｕを含む）は、接合金物６の設計基準強度Ｆ１により定められるものではなく、接合金物６の強度やアンカーボルト１０の強度、及び接合金物６の、モルタル８、アンカーボルト１０、ナット部材１２，１４、座金１６及び定着板１８を介した基礎コンクリート３との定着性能により定められるものであった。

また、従来の柱脚構造２を、接合金物６の設計基準強度Ｆ１が鉄骨柱４の設計基準強度Ｆ２以上の柱脚構造２Ａと、接合金物６の設計基準強度Ｆ１が鉄骨柱４の設計基準強度Ｆ２より小さい柱脚構造２Ｂの２つに区分けすると、従来は柱脚構造２Ａの方が広く採用されていた。

なぜなら、上記従来の柱脚構造２Ｂにおける鉄骨柱４に対して、図１０に示すように、鉄骨柱４の接合金物６との一対の溶接部Ｗ間中央部の回転中心Ｏの周りに時計回り方向に、鉄骨柱４を回転させようとする大きな曲げモーメントＭを発生させる荷重が加わった場合には、鉄骨柱４と柱脚部５の接合金物６を繋ぐ溶接部Ｗが局部的に降伏して、溶接部Ｗが破断して鉄骨柱４と柱脚部５の接合金物６が互いに離隔してしまうおそれがあった。

他方、上記従来の柱脚構造２Ａにおける鉄骨柱４に対して、図９に示すように、鉄骨柱４の接合金物６との一対の溶接部Ｗ間中央部の回転中心Ｏの周りに時計回り方向に、鉄骨柱４を回転させようとする大きな曲げモーメントＭを発生させる荷重が加わった場合には、鉄骨柱４の接合金物６を繋ぐ溶接部Ｗの方が降伏する代わりに、鉄骨柱４が溶接部Ｗより上方の部分で時計回り方向に折れ曲がるので、溶接部Ｗが破断して鉄骨柱４と柱脚部５の接合金物６が互いに離隔するおそれはなかった。

このため、従来の柱脚構造２を備えた建築構造物を設計するに際して、接合金物６の設計基準強度Ｆ１は、鉄骨柱４の設計基準強度Ｆ２以上になっていた。

また、前記従来の柱脚構造２を備えた建築構造物は、従来の構造計算プログラムを用いた従来の構造計算装置によりその構造計算が行なわれていた。

ここで、構造計算プログラムは、建築構造物の規模や形状、建築構造物における柱脚構造及びその上方の上部構造を構成する梁や柱の材料や寸法、固定荷重・積載荷重などの各種荷重データ等の入力されたデータに基づいて、各種の耐力判定、許容応力度等計算や限界耐力計算等の建築基準法等が定める計算、及びそれらの合否判定を連続して行ない、それらの結果をすべて構造計算装置において表示及び／又は印刷させるものである。

そして、従来の構造計算装置は、従来の構造計算プログラム中に組み込まれた従来の設計支援プログラムにより、入力されたデータから、鉄骨柱４の曲げ耐力Ｍｐや軸耐力Ｎｐ、柱脚部５の曲げ耐力Ｍｕや軸耐力Ｎｕなどの値が算出されて、鉄骨柱４の曲げ耐力Ｍｐと柱脚部５の曲げ耐力Ｍｕのうち、その値が小さい方を柱脚構造２の終局曲げ耐力Ｍｓとしていた。

また、従来の構造計算装置は、従来の構造計算プログラムにより、上記従来の設計支援プログラムにおいて決定された終局曲げ耐力Ｍｓを合否判定の基準に用いて建築構造物の構造計算が行なわれていた。

特開２００３−２３２０７８号公報 特開２００３−３３６２６６号公報

近年、鉄骨柱４の高強度化が進み、鉄骨柱４の材料として設計基準強度Ｆ２の値が大きい高強度材料が用いられるようになってきた。このため、接合金物６の設計基準強度Ｆ１を鉄骨柱４の設計基準強度Ｆ２より大きくするためには、接合金物６の材料として設計基準強度Ｆ１の値が大きい高強度材料を用いなければならず、接合金物６の製造費用が高額化すると共に、この接合金物６を用いた従来の柱脚構造２の製造費用も高額化するという問題があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みて、地震等により曲げモーメントを発生させる荷重が加えられた際に、接合金物と柱部材の接合部が局所的に降伏してその接合部が破断することを防止することができると共に、接合金物や柱脚構造の製造費用の高額化を防止することができる柱脚構造の設計に用いることができる、設計支援プログラム及び構造計算プログラムを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明による設計支援プログラムは、
基礎コンクリートの上方に配置された接合金物が、前記基礎コンクリートから上方に突出したアンカーボルトに固定された柱脚部と、前記接合金物の上面にその下端部が溶接により接合された柱部材とを備えた柱脚構造の設計に用いられる設計支援プログラムであって、
前記柱脚構造に加えられる荷重が増えていくと、前記柱脚部は前記柱部材よりも先に降伏するように設定され、
前記接合金物の設計基準強度は、前記柱部材の設計基準強度より小さく設定され、
前記設計支援プログラムは、
前記接合金物の設計基準強度を前記柱部材の設計基準強度で除した値を前記柱部材の曲げ耐力に乗じて前記柱部材の指標曲げ耐力を算出するステップと、
前記柱脚部の曲げ耐力と前記柱部材の指標曲げ耐力を比較するステップと、
前記柱脚部の曲げ耐力が前記柱部材の指標曲げ耐力よりも小さい場合に、前記柱脚部の曲げ耐力を前記柱脚構造の終局曲げ耐力とするステップを備えたことを特徴とするものである。

また、上記課題を解決するために、本発明による構造計算プログラムは、
基礎コンクリートの上方に配置された接合金物が、前記基礎コンクリートから上方に突出したアンカーボルトに固定された柱脚部と、前記接合金物の上面にその下端部が溶接により接合された柱部材とを有する柱脚構造を備えた建築構造物の設計に用いられる構造計算プログラムであって、
前記柱脚構造に加えられる荷重が増えていくと、前記柱脚部は前記柱部材よりも先に降伏するように設定され、
前記接合金物の設計基準強度は、前記柱部材の設計基準強度より小さく設定され、
前記構造計算プログラムは、
前記接合金物の設計基準強度を前記柱部材の設計基準強度で除した値を前記柱部材の曲げ耐力に乗じて前記柱部材の指標曲げ耐力を算出するステップと、
前記柱脚部の曲げ耐力と前記柱部材の指標曲げ耐力を比較するステップと、
前記柱脚部の曲げ耐力が前記柱部材の指標曲げ耐力よりも小さい場合に、前記柱脚部の曲げ耐力を前記柱脚構造の終局曲げ耐力とするステップと、
前記柱脚構造の終局曲げ耐力を用いて前記柱脚構造を備えた建築構造物の構造計算を行うステップを備えたことを特徴とするものである。

また、本発明による構造計算プログラムは、
基礎コンクリートの上方に配置された接合金物が、前記基礎コンクリートから上方に突出したアンカーボルトに固定された柱脚部と、前記接合金物の上面にその下端部が溶接により接合された柱部材とを有する柱脚構造を備えた建築構造物の設計に用いられる構造計算プログラムであって、
前記柱脚構造に加えられる荷重が増えていくと、前記柱脚部は前記柱部材よりも先に降伏するように設定され、
前記接合金物の設計基準強度は、前記柱部材の設計基準強度より小さく設定され、
前記構造計算プログラムは、
前記接合金物の設計基準強度を前記柱部材の設計基準強度で除した値を前記柱部材の曲げ耐力に乗じて前記柱部材の指標曲げ耐力を算出するステップと、
前記柱部材の指標曲げ耐力を前記柱脚構造の終局曲げ耐力として前記柱脚構造を備えた第１仮想建築構造物の構造計算を行うステップと、
前記柱脚部の曲げ耐力を前記柱脚構造の終局曲げ耐力として前記柱脚構造を備えた第２仮想建築構造物の構造計算を行うステップと、
前記第１仮想建築構造物と前記第２仮想建築構造物の互いの構造体耐力を比較するステップと、
前記第２仮想建築構造物の構造体耐力が前記第１仮想建築構造物の構造体耐力よりも小さい場合に、前記第２仮想建築構造物の構造体耐力を、前記柱脚構造を備えた建築構造物の構造体耐力とするステップを備えたことを特徴とするものである。

このような本発明の設計支援プログラムによれば、
基礎コンクリートの上方に配置された接合金物が、前記基礎コンクリートから上方に突出したアンカーボルトに固定された柱脚部と、前記接合金物の上面にその下端部が接合された柱部材とを備えた柱脚構造の設計に用いられる設計支援プログラムであって、
前記柱脚構造に加えられる荷重が増えていくと、前記柱脚部は前記柱部材よりも先に降伏するように設定され、
前記接合金物の設計基準強度は、前記柱部材の設計基準強度より小さく設定され、
前記設計支援プログラムは、
前記接合金物の設計基準強度を前記柱部材の設計基準強度で除した値を前記柱部材の曲げ耐力に乗じて前記柱部材の指標曲げ耐力を算出するステップと、
前記柱脚部の曲げ耐力と前記柱部材の指標曲げ耐力を比較するステップと、
前記柱脚部の曲げ耐力が前記柱部材の指標曲げ耐力よりも小さい場合に、前記柱脚部の曲げ耐力を前記柱脚構造の終局曲げ耐力とするステップを備えたことにより、
地震等により曲げモーメントを発生させる荷重が加えられた際に、接合金物と柱部材の接合部が局所的に降伏してその接合部が破断することを防止することができると共に、接合金物や柱脚構造の製造費用の高額化を防止することができる柱脚構造の設計に用いることができる。

また、本発明の構造計算プログラムによれば、
基礎コンクリートの上方に配置された接合金物が、前記基礎コンクリートから上方に突出したアンカーボルトに固定された柱脚部と、前記接合金物の上面にその下端部が接合された柱部材とを有する柱脚構造を備えた建築構造物の設計に用いられる構造計算プログラムであって、
前記柱脚構造に加えられる荷重が増えていくと、前記柱脚部は前記柱部材よりも先に降伏するように設定され、
前記接合金物の設計基準強度は、前記柱部材の設計基準強度より小さく設定され、
前記構造計算プログラムは、
前記接合金物の設計基準強度を前記柱部材の設計基準強度で除した値を前記柱部材の曲げ耐力に乗じて前記柱部材の指標曲げ耐力を算出するステップと、
前記柱脚部の曲げ耐力と前記柱部材の指標曲げ耐力を比較するステップと、
前記柱脚部の曲げ耐力が前記柱部材の指標曲げ耐力よりも小さい場合に、前記柱脚部の曲げ耐力を前記柱脚構造の終局曲げ耐力とするステップと、
前記柱脚構造の終局曲げ耐力を用いて前記柱脚構造を備えた建築構造物の構造計算を行うステップを備えたことにより、
地震等により曲げモーメントを発生させる荷重が加えられた際に、接合金物と柱部材の接合部が局所的に降伏してその接合部が破断することを防止することができると共に、接合金物や柱脚構造の製造費用の高額化を防止することができる柱脚構造の設計に用いることができる。

また、本発明の構造計算プログラムによれば、
基礎コンクリートの上方に配置された接合金物が、前記基礎コンクリートから上方に突出したアンカーボルトに固定された柱脚部と、前記接合金物の上面にその下端部が接合された柱部材とを有する柱脚構造を備えた建築構造物の設計に用いられる構造計算プログラムであって、
前記柱脚構造に加えられる荷重が増えていくと、前記柱脚部は前記柱部材よりも先に降伏するように設定され、
前記接合金物の設計基準強度は、前記柱部材の設計基準強度より小さく設定され、
前記構造計算プログラムは、
前記接合金物の設計基準強度を前記柱部材の設計基準強度で除した値を前記柱部材の曲げ耐力に乗じて前記柱部材の指標曲げ耐力を算出するステップと、
前記柱部材の指標曲げ耐力を前記柱脚構造の終局曲げ耐力として前記柱脚構造を備えた第１仮想建築構造物の構造計算を行うステップと、
前記第１仮想建築構造物における柱脚構造の終局曲げ耐力を前記柱脚部の曲げ耐力に変更した第２仮想建築構造物の構造計算を行うステップと、
前記第１仮想建築構造物と前記第２仮想建築構造物の互いの構造体耐力を比較するステップと、
前記第２仮想建築構造物の構造体耐力が前記第１仮想建築構造物の構造体耐力よりも小さい場合に、前記第２仮想建築構造物の構造体耐力を、前記柱脚構造を備えた建築構造物の構造体耐力とするステップを備えたことにより、
地震等により曲げモーメントを発生させる荷重が加えられた際に、接合金物と柱部材の接合部が局所的に降伏してその接合部が破断することを防止することができると共に、接合金物や柱脚構造の製造費用の高額化を防止することができる柱脚構造の設計に用いることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る設計支援プログラム５０及び構造計算プログラム５２、並びにこれらを用いた構造計算装置５４により設計された柱脚構造４０を示す一部断面側面図である。 図１に示す柱脚構造４０において曲げモーメントＭを発生させる荷重が加えられた状態を説明するための概念側面図である。 図１に示す柱脚構造４０を備えた建築構造物の設計に用いられる構造計算装置５４の概略構成図である。 図１に示す柱脚構造４０を備えた建築構造物を設計する際に用いられる設計支援プログラム５０のフローチャートである。 図１に示す柱脚構造４０を備えた建築構造物を設計する際に用いられる構造計算プログラム５２のフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る設計支援プログラム５０及び構造計算プログラム５２、並びにこれらを用いた構造計算装置５４により設計された柱脚構造７０を示す一部断面側面図である。 図６に示す柱脚構造７０を備えた建築構造物を設計する際に用いられる構造計算プログラム８０のフローチャートである。 従来の構造計算プログラム、及びこれを用いた従来の構造計算装置により設計された従来の柱脚構造２，２Ａ，２Ｂを示す一部断面側面図である。 図８に示す従来の柱脚構造２Ａにおいて曲げモーメントＭを発生させる荷重が加えられた状態を説明するための概念側面図である。 図８に示す従来の柱脚構造２Ｂにおいて曲げモーメントＭを発生させる荷重が加えられた状態を説明するための概念側面図である。

以下、本発明に係る設計支援プログラム及び構造計算プログラム、並びにこれらを用いた構造計算装置により設計された柱脚構造及びこの柱脚構造を備えた建築構造物を実施するための形態について、図面に基づいて具体的に説明する。

図１から図５は、本発明の第１の実施の形態に係る設計支援プログラム５０及び構造計算プログラム５２、並びにこれらを用いた構造計算装置５４により設計された柱脚構造４０及びこの柱脚構造４０を備えた建築構造物について説明するために参照する図である。

以下、従来の構造計算プログラム、及びこれを用いた従来の構造計算装置により設計された前記従来の柱脚構造２及びこの従来の柱脚構造２を備えた建築構造物と同様の部分には同じ符号を付して説明し、従来と同様の構成についての重複する説明は一部を除き省略する。

本実施の形態における柱脚構造４０は、図１に示すように、基礎コンクリート３上に設けられた柱脚部４１と、この柱脚部４１の接合金物４２にその下端部が接合された鉄骨柱４（柱部材）とを備えて構成されている。柱脚部４１は、接合金物４２と、モルタル８と、アンカーボルト１０と、ナット部材１２，１４、座金１６及び定着板１８を有している。

本実施の形態における柱脚構造４０の柱脚部４１は、平板状の接合金物４２が、基礎コンクリート３の上方にモルタル８を介して設けられている。接合金物４２は、金属製で、正方形状の表裏両面を有している。

この柱脚部４１の接合金物４２は、その上面４２ａに鉄骨柱４の下端部が突き当てられて、互いが溶接部Ｗにおいて溶接により接合されている。鉄骨柱４は、図１中上下方向に長さを有すると共に、中空の角筒状に形成されている。

そして、基礎コンクリート３中からその上方に突出するアンカーボルト１０の上端部が、接合金物４２の周縁部に形成されたボルト挿通孔４２ｂに挿通している。

接合金物４２より上方に突出した、アンカーボルト１０の上端部に形成されたオネジ部が、座金１６の貫通孔を挿通して、ナット部材１２のメネジ部にねじ締結されることにより、鉄骨柱４は、その溶接部Ｗと、柱脚部４１の接合金物４２及びモルタル８を介して、基礎コンクリート３の上に立設して固定されている。

本実施の形態における柱脚構造４０は、接合金物４２の設計基準強度Ｆ１´が鉄骨柱４の設計基準強度Ｆ２よりも小さくなるように設定されている。

そして、本実施の形態における柱脚構造４０は、その柱脚部４１の曲げ耐力Ｍｕ´が、鉄骨柱４の指標曲げ耐力Ｍｐ´よりも小さくなるように設定されている。

ここで、柱脚部４１の曲げ耐力Ｍｕ´は、前記従来の柱脚構造２における柱脚部５の曲げ耐力Ｍｕと同様に、接合金物４２の強度やアンカーボルト１０の強度、及び接合金物４２の、モルタル８、アンカーボルト１０、ナット部材１２，１４、座金１６及び定着板１８を介した基礎コンクリート３との定着性能により定められるものである。

これに対して、鉄骨柱４の指標曲げ耐力Ｍｐ´は、接合金物４２の設計基準強度Ｆ１´を鉄骨柱４の設計基準強度Ｆ２で除した値を、鉄骨柱４の曲げ耐力Ｍｐに乗じて算出されるものである。

本実施の形態における柱脚構造４０は、その柱脚部４１の曲げ耐力Ｍｕ´を鉄骨柱４の指標曲げ耐力Ｍｐ´よりも小さくすることにより、鉄骨柱４に対して、図２に示すように、接合金物４２との一対の溶接部Ｗ間中央部の回転中心Ｏの周りに時計回り方向に、大きな曲げモーメントＭを発生させる荷重が加わった場合には、鉄骨柱４と接合金物４２とを繋ぐ溶接部Ｗが局部的に降伏して溶接部Ｗが破断することなく、接合金物４２が降伏して塑性変形するようになっている。

このような本実施の形態における柱脚構造４０を備えた建築構造物は、図３に示すような、設計支援プログラム５０と構造計算プログラム５２等を用いる構造計算装置５４によりその構造計算が行なわれ、各々の部材の寸法などが決定されている。

構造計算装置５４は、記憶部５６と、演算処理部５８と、制御部６０と、入力部６２と、出力部６４を備えて構成されている。そして、構造計算装置５４には、その入力部６２に入力手段６６が着脱可能に接続され、その出力部６４に出力手段６８が着脱可能に接続されている。

構造計算装置５４の記憶部５６は、設計支援プログラム５０や構造計算プログラム５２、建築構造物の規模や形状、建築構造物における柱脚構造４０及びその上方の上部構造を構成する梁や柱の材料や寸法、固定荷重・積載荷重などの各種荷重データ等のパラメータが記憶されている。

構造計算装置５４の演算処理部５８は、設計支援プログラム５０や構造計算プログラム５２に従って、各種の耐力判定、許容応力度等計算や限界耐力計算等の建築基準法等が定める計算及びそれらの合否判定を連続して行なう。

構造計算装置５４の制御部６０は、記憶部５６と、演算処理部５８と、入力部６２に接続された入力手段６６及び出力部６４に接続された出力手段６８の間の信号やデータのやりとりの制御や、設計支援プログラム５０や構造計算プログラム５２に沿って、演算処理部５８の制御等を行なう。

構造計算装置５４の入力部６２に接続される入力手段６６としては、キーボードやマウス等の指示、入力手段等がある。また、構造計算装置５４の入力部６２には、外部記憶装置等の情報端末又は通信ケーブル等が接続されて、構造計算装置５４の外部から記憶部５６にデータを転送することができる。

また、構造計算装置５４の出力部６４に接続される出力手段６８としては、ディスプレイ等の表示手段や、プリンタ等の印刷手段等がある。また、構造計算装置５４の出力部６４には、外部記憶装置等の情報端末又は通信ケーブル等が接続されて、構造計算装置５４の記憶部５６から外部にデータを転送することができる。

図４は、設計支援プログラム５０の動作について示すフローチャートであり、図５は、構造計算プログラム５２の動作について示すフローチャートである。

まず、構造計算プログラム５２は、記憶部５６のパラメータから建築構造物の規模や形状、建築構造物における柱脚構造４０及びその上方の上部構造を構成する梁や柱の材料や寸法、固定荷重・積載荷重などの各種荷重データ等のデータを受け取る（Ｓ２０１）。

そして、演算処理部５８において、Ｓ２０１において受け取ったデータから、鉄骨柱４の曲げ耐力Ｍｐ、軸耐力Ｎｐ及び柱脚部４１の曲げ耐力Ｍｕ´が算出される（Ｓ２０２）。

上記鉄骨柱４の曲げ耐力Ｍｐ、軸耐力Ｎｐ及び柱脚部４１の曲げ耐力Ｍｕ´の値は、接合金物４２の設計基準強度Ｆ１´及び鉄骨柱４の設計基準強度Ｆ２の値と共に、構造計算プログラム５２から設計支援プログラム５０に受け渡される（Ｓ２０３，Ｓ１０１）。

次に、演算処理部５８において、接合金物４２の設計基準強度Ｆ１´を鉄骨柱４の設計基準強度Ｆ２で除した値を、鉄骨柱４の曲げ耐力Ｍｐに乗じることにより、鉄骨柱４の指標曲げ耐力Ｍｐ´が算出される（Ｓ１０２）。

また、接合金物４２の設計基準強度Ｆ１´を鉄骨柱４の設計基準強度Ｆ２で除した値を、鉄骨柱４の軸耐力Ｎｐに乗じることにより、鉄骨柱４の指標軸耐力Ｎｐ´が算出される（Ｓ１０２）。

そして、演算処理部５８において、鉄骨柱４の指標曲げ耐力Ｍｐ´の値と、柱脚部４１の曲げ耐力Ｍｕ´の値の大小関係が判断される（Ｓ１０３）。

鉄骨柱４の指標曲げ耐力Ｍｐ´の値が、柱脚部４１の曲げ耐力Ｍｕ´よりも大きい場合には、これらの値と共にＯＫ表示がディスプレイに表示される（Ｓ１０４）。

そして、柱脚構造４０の設計上の終局曲げ耐力Ｍｓの値は、柱脚部４１の曲げ耐力Ｍｕ´の値となる（Ｓ１０５）。

これに対して、鉄骨柱４の指標曲げ耐力Ｍｐ´の値が、柱脚部４１の曲げ耐力Ｍｕ´よりも小さい場合には、これらの値と共にＮＧ表示がディスプレイに表示される（Ｓ１０６）。

そして、柱脚構造４０の設計上の終局曲げ耐力Ｍｓの値は、鉄骨柱４の指標曲げ耐力Ｍｐ´の値となる（Ｓ１０７）。

上記設計支援プログラム５０のステップＳ１０２における鉄骨柱４の指標曲げ耐力Ｍｐ´、指標軸耐力Ｎｐ´、ステップＳ１０３における判定結果、ステップＳ１０５，Ｓ１０７における柱脚構造４０の設計上の終局曲げ耐力Ｍｓの値は、設計支援プログラム５０から構造計算プログラム５２に受け渡される（Ｓ１０８，Ｓ２０４）。

そして、上記設計支援プログラム５０のステップＳ１０３における判定結果が参照されて、ＯＫであるか、ＮＧであるかが判断される（Ｓ２０５）。

上記設計支援プログラム５０のステップＳ１０３における判定結果がＯＫである場合には、構造計算プログラム５２は、柱脚部４１の曲げ耐力Ｍｕ´を柱脚構造４０の終局曲げ耐力Ｍｓとして、この終局曲げ耐力Ｍｓを合否判定の基準に用いて、柱脚構造４０を備えた建築構造物の構造計算が行なわれて、柱脚構造４０を備えた建築構造物の構造体耐力（曲げ耐力や軸耐力を含む）等が算出される（Ｓ２０６）。

上記構造計算プログラム５２のステップＳ２０６における構造計算結果は、ディスプレイに表示される（Ｓ２０７）。

また、上記設計支援プログラム５０のステップＳ１０３における判定結果がＮＧである場合には、その旨がディスプレイに表示される（Ｓ２０７）。

上述したような設計支援プログラム５０と構造計算プログラム５２を用いた構造計算装置５４により、鉄骨柱４の指標曲げ耐力Ｍｐ´より小さい柱脚部４１の曲げ耐力Ｍｕ´を、終局曲げ耐力Ｍｓとして構造計算が行なわれて、柱脚構造４０を備えた建築構造物の各々の部材の寸法などが決定されている。

そして、本実施の形態における柱脚構造４０は、鉄骨柱４の指標曲げ耐力Ｍｐ´より小さい柱脚部４１の曲げ耐力Ｍｕ´を、終局曲げ耐力Ｍｓとして構造計算が行なわれることにより、その接合金物４２の設計基準強度Ｆ１´が鉄骨柱４の設計基準強度Ｆ２よりも小さくても、図２に示す前記地震等により曲げモーメントＭを発生させる荷重が加えられた際に、鉄骨柱４と接合金物４２とを繋ぐ溶接部Ｗが局部的に降伏して溶接部Ｗが破断することを防止することができる。

また、接合金物４２の設計基準強度Ｆ１´を鉄骨柱４の設計基準強度Ｆ２より小さくすることができるので、鉄骨柱４の材料として設計基準強度Ｆ２の値が大きい高強度材料が用いられたとしても、接合金物４２の材料を設計基準強度Ｆ１´の値が大きい高強度材料を用いる必要がない。

このため、本実施の形態に係る柱脚構造４０は、接合金物４２の製造費用の高額化を防止することができると共に、接合金物４２を用いた柱脚構造４０の製造費用の高額化も防止することができる。

以上に説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る設計支援プログラム５０及び構造計算プログラム５２、並びにこれらを用いた構造計算装置５４により設計された柱脚構造４０は、地震等により曲げモーメントＭを発生させる荷重が加えられた際に、接合金物４２と鉄骨柱４の接合部（溶接部Ｗ）が局所的に降伏してその接合部が破断することを防止することができると共に、接合金物４２や柱脚構造４０の製造費用の高額化を防止することができる。

図６及び図７は、本発明の第２の実施の形態に係る構造計算プログラム８０、及びこれを用いた構造計算装置により設計された柱脚構造７０及びこの柱脚構造７０を備えた建築構造物について説明するために参照する図である。

本実施の形態に係る構造計算プログラム８０及びこれを用いた構造計算装置の設計対象である柱脚構造７０は、前記第１の実施の形態の設計対象である柱脚構造４０における、接合金物４２の代わりに、図６に示すような、底板部７２ａと支持台部７２ｄを有する接合金物７２を備えている点において、前記第１の実施の形態に係る柱脚構造４０とは異なるものである。

すなわち、本実施の形態における柱脚部７１の接合金物７２は、金属製であり、図６に示すように、略正方形状の表裏両面を有する板状に形成された底板部７２ａと、その底板部７２ａの上面７２ｂの中央部がその周縁部より図中上方に向かって高さを有する支持台部７２ｄにより構成されている。

この接合金物７２は、その支持台部７２ｄの上面７２ｅに鉄骨柱４の下端部が突き当てられて、互いが溶接部Ｗにおいて溶接により接合されている。

そして、基礎コンクリート３中からその上方に突出するアンカーボルト１０の上端部が、接合金物７２の底板部７２ａの周縁部に形成されたボルト挿通孔７２ｃに挿通している。

接合金物７２の底板部７２ａの周縁部より上方に突出した、アンカーボルト１０の上端部に形成されたオネジ部が、座金１６の貫通孔を挿通して、ナット部材１２のメネジ部にねじ締結されることにより、鉄骨柱４は、その溶接部Ｗと、柱脚部７１の接合金物７２及びモルタル８を介して、基礎コンクリート３の上に立設して固定されている。

本実施の形態における柱脚構造７０は、前記第１の実施の形態における柱脚構造４０と同様に、接合金物７２の設計基準強度が鉄骨柱４の設計基準強度Ｆ２よりも小さくなるように設定されている。

本実施の形態における柱脚構造７０は、柱脚部７１の曲げ耐力Ｍｕ´´をその設計上の終局曲げ耐力Ｍｓとして算出された、柱脚構造７０を備えた建築構造物の構造体耐力Ｐｂが、鉄骨柱４の指標曲げ耐力Ｍｐ´をその設計上の終局曲げ耐力Ｍｓとして算出された、柱脚構造７０を備えた建築構造物の構造体耐力Ｐａよりも小さくなるように設定されている。

本実施の形態における柱脚構造７０は、それを備えた建築構造物の構造体耐力Ｐｂを構造体耐力Ｐａよりも小さくすることにより、鉄骨柱４に対して、大きな曲げモーメントＭを発生させる荷重が加わった場合には、鉄骨柱４と接合金物７２とを繋ぐ溶接部Ｗが局部的に降伏して溶接部Ｗが破断することなく、接合金物７２が降伏して塑性変形するようになっている。

このような本実施の形態における柱脚構造７０を備えた建築構造物は、図３に示す設計支援プログラム５０及び構造計算プログラム５２の代わりに、構造計算プログラム８０を用いる点において、前記第１の実施の形態における構造計算装置５４とは異なる構造計算装置により、その構造計算が行なわれ、各々の部材の寸法などが決定されている。

図７は、構造計算プログラム８０の動作について示すフローチャートである。

まず、構造計算プログラム８０は、記憶部５６のパラメータから建築構造物の規模や形状、建築構造物における柱脚構造４０及びその上方の上部構造を構成する梁や柱の材料や寸法、固定荷重・積載荷重などの各種荷重データ等のデータを受け取る（Ｓ３０１）。

そして、演算処理部５８において、Ｓ３０１において受け取ったデータから、鉄骨柱４の曲げ耐力Ｍｐ、軸耐力Ｎｐ、指標曲げ耐力Ｍｐ´、指標軸耐力Ｎｐ´及び柱脚部７１の曲げ耐力Ｍｕ´´が算出される（Ｓ３０２）。

構造計算プログラム８０は、鉄骨柱４の指標曲げ耐力Ｍｐ´を柱脚構造７０の終局曲げ耐力Ｍｓと仮定して、この仮定した終局曲げ耐力Ｍｓを合否判定の基準に用いて、柱脚構造７０を備えた仮想建築構造物Ａ（第１仮想建築構造物）の構造計算が行なわれて、仮想建築構造物Ａの構造体耐力Ｐａ等が算出される（Ｓ３０３）。

また、構造計算プログラム８０は、柱脚部７１の曲げ耐力Ｍｕ´´を柱脚構造７０の終局曲げ耐力Ｍｓと仮定して、この仮定した終局曲げ耐力Ｍｓを合否判定の基準に用いて、柱脚構造７０を備えた仮想建築構造物Ｂ（第２仮想建築構造物）の構造計算が行なわれて、仮想建築構造物Ｂの構造体耐力Ｐｂ等が算出される（Ｓ３０４）。

ここで、仮想建築構造物Ａ及び仮想建築構造物Ｂは、柱脚構造７０を備えた建築構造物をモデル化したものであり、これらの仮想建築構造物は、終局曲げ耐力Ｍｓの値以外は互いに同じ構成になっている。

そして、仮想建築構造物Ａの構造計算結果と、仮想建築構造物Ｂの構造計算結果とが比較されて、各種の耐力等の大小関係が判断される（Ｓ３０５）。

また、演算処理部５８において、仮想建築構造物Ａの構造物耐力の値Ｐａと、仮想建築構造物Ｂの構造物耐力Ｐｂの値の大小関係が判断される（Ｓ３０６）。

仮想建築構造物Ｂの構造物耐力Ｐｂが、仮想建築構造物Ａの構造物耐力の値Ｐａよりも小さい場合には、柱脚構造７０を備えた建築構造物の構造物耐力Ｐの値は、仮想建築構造物Ｂの構造物耐力Ｐｂの値となる（Ｓ３０７）。

そして、仮想建築構造物ＡとＢの構造計算結果がディスプレイに表示される（Ｓ３０８）。

また、仮想建築構造物Ｂの構造物耐力Ｐｂが、仮想建築構造物Ａの構造物耐力の値Ｐａよりも小さい場合には、これらの値と共にＯＫ表示がディスプレイに表示される（Ｓ３０８）。

これに対して、仮想建築構造物Ｂの構造物耐力Ｐｂが、仮想建築構造物Ａの構造物耐力の値Ｐａよりも小さい場合には、これらの値と共にＮＧ表示がディスプレイに表示される（Ｓ３０８）。

そして、構造計算プログラム８０を用いた構造計算装置により、仮想建築構造物Ａの構造物耐力の値Ｐａよりも小さい仮想建築構造物Ｂの構造物耐力Ｐｂを、柱脚構造７０を備えた建築構造物の構造物耐力Ｐとして構造計算が行なわれて、柱脚構造７０を備えた建築構造物の各々の部材の寸法などが決定されている。

このような本実施の形態に係る構造計算プログラム８０及びこれを用いた構造計算装置により設計された柱脚構造７０は、前記第１の実施の形態に係る柱脚構造４０と同様に、地震等により曲げモーメントＭを発生させる荷重が加えられた際に、接合金物７２と鉄骨柱４の接合部（溶接部Ｗ）が局所的に降伏してその接合部が破断することを防止することができると共に、接合金物７２に設計基準強度の値が大きい高強度材料を用いる必要がないので、接合金物７２やそれを備えた柱脚構造７０の製造費用の高額化を防止することができる。

なお、本発明は、前記実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明の目的を達成することができる範囲内であれば、設計支援プログラム、構造計算プログラム及び構造計算装置並びに構造計算装置の設計対象である柱脚構造及びこの柱脚構造を備えた建築構造物について種々の変更が可能である。

例えば、前記第１の実施の形態に係る設計支援プログラム、構造計算プログラム及び構造計算装置の設計対象である柱脚構造４０においては、接合金物４２が略正方形状の表裏両面を有する平板状の場合について説明したが、表裏両面が縦横の長さが異なる、正方形状以外の四角形であっても構わない。

また、接合金物４２は、四角形以外の多角形や円形の表裏両面を有する平板状であっても構わない。この点については、前記第２の実施の形態における接合金物７２の底板部７２ａについても同様である。

また、前記第１の実施の形態に係る設計支援プログラム、構造計算プログラム及び構造計算装置の設計対象である柱脚構造４０においては、接合金物４２にその下端部が接合される鉄骨柱４は、角筒状に形成されていたが、この形状に限定されず、例えば円筒状に形成されていてもよい。また、鉄骨柱は中実状に形成されていてもよい。

また、前記第１の実施の形態に係る設計支援プログラム５０は、構造計算プログラム５２とは異なる別個のプログラムとなっているが、設計支援プログラム５０が構造計算プログラム５２中に組み込まれて、１つの構造計算プログラムとなっていてもよい。

２，２Ａ，２Ｂ 柱脚構造
３ 基礎コンクリート
４ 鉄骨柱
５ 柱脚部
６ 接合金物
６ａ 上面
６ｂ ボルト挿通孔
８ モルタル
１０ アンカーボルト
１２，１４ ナット部材
１６ 座金
１８ 定着板
４０ 柱脚構造
４１ 柱脚部
４２ 接合金物
４２ａ 上面
４２ｂ ボルト挿通孔
５０ 設計支援プログラム
５２ 構造計算プログラム
５４ 構造計算装置
５６ 記憶部
５８ 演算処理部
６０ 制御部
６２ 入力部
６４ 出力部
６６ 入力手段
６８ 出力手段
７０ 柱脚構造
７１ 柱脚部
７２ 接合金物
７２ａ 底板部
７２ｂ 上面
７２ｃ ボルト挿通孔
７２ｄ 支持台部
７２ｅ 上面
８０ 構造計算プログラム
８２ 構造計算装置
Ａ，Ｂ 仮想建築構造物
Ｆ１ 接合金物６の設計基準強度
Ｆ１´ 接合金物４２の設計基準強度
Ｆ２ 鉄骨柱４の設計基準強度
Ｍ 曲げモーメント
Ｍｐ 鉄骨柱４の曲げ耐力
Ｍｐ´ 鉄骨柱４の指標曲げ耐力
Ｍｕ 柱脚部５の曲げ耐力
Ｍｕ´ 柱脚部４１の曲げ耐力
Ｍｕ´´ 柱脚部７１の曲げ耐力
Ｎｐ 鉄骨柱４の軸耐力
Ｎｐ´ 鉄骨柱４の指標軸耐力
Ｎｕ 柱脚部５の軸耐力
Ｍｓ 設計上の終局曲げ耐力
Ｐ，Ｐａ，Ｐｂ 柱脚構造７０を備えた建築構造物の構造物耐力
Ｗ 溶接部

Claims (3)

1. 基礎コンクリートの上方に配置された接合金物が、前記基礎コンクリートから上方に突出したアンカーボルトに固定された柱脚部と、前記接合金物の上面にその下端部が溶接により接合された柱部材とを備えた柱脚構造の設計に用いられる設計支援プログラムであって、
   前記柱脚構造に加えられる荷重が増えていくと、前記柱脚部は前記柱部材よりも先に降伏するように設定され、
   前記接合金物の設計基準強度は、前記柱部材の設計基準強度より小さく設定され、
   前記設計支援プログラムは、
   前記接合金物の設計基準強度を前記柱部材の設計基準強度で除した値を前記柱部材の曲げ耐力に乗じて前記柱部材の指標曲げ耐力を算出するステップと、
   前記柱脚部の曲げ耐力と前記柱部材の指標曲げ耐力を比較するステップと、
   前記柱脚部の曲げ耐力が前記柱部材の指標曲げ耐力よりも小さい場合に、前記柱脚部の曲げ耐力を前記柱脚構造の終局曲げ耐力とするステップを備えたことを特徴とする設計支援プログラム。
2. 基礎コンクリートの上方に配置された接合金物が、前記基礎コンクリートから上方に突出したアンカーボルトに固定された柱脚部と、前記接合金物の上面にその下端部が溶接により接合された柱部材とを有する柱脚構造を備えた建築構造物の設計に用いられる構造計算プログラムであって、
   前記柱脚構造に加えられる荷重が増えていくと、前記柱脚部は前記柱部材よりも先に降伏するように設定され、
   前記接合金物の設計基準強度は、前記柱部材の設計基準強度より小さく設定され、
   前記構造計算プログラムは、
   前記接合金物の設計基準強度を前記柱部材の設計基準強度で除した値を前記柱部材の曲げ耐力に乗じて前記柱部材の指標曲げ耐力を算出するステップと、
   前記柱脚部の曲げ耐力と前記柱部材の指標曲げ耐力を比較するステップと、
   前記柱脚部の曲げ耐力が前記柱部材の指標曲げ耐力よりも小さい場合に、前記柱脚部の曲げ耐力を前記柱脚構造の終局曲げ耐力とするステップと、
   前記柱脚構造の終局曲げ耐力を用いて前記柱脚構造を備えた建築構造物の構造計算を行うステップを備えたことを特徴とする構造計算プログラム。
3. 基礎コンクリートの上方に配置された接合金物が、前記基礎コンクリートから上方に突出したアンカーボルトに固定された柱脚部と、前記接合金物の上面にその下端部が溶接により接合された柱部材とを有する柱脚構造を備えた建築構造物の設計に用いられる構造計算プログラムであって、
   前記柱脚構造に加えられる荷重が増えていくと、前記柱脚部は前記柱部材よりも先に降伏するように設定され、
   前記接合金物の設計基準強度は、前記柱部材の設計基準強度より小さく設定され、
   前記構造計算プログラムは、
   前記接合金物の設計基準強度を前記柱部材の設計基準強度で除した値を前記柱部材の曲げ耐力に乗じて前記柱部材の指標曲げ耐力を算出するステップと、
   前記柱部材の指標曲げ耐力を前記柱脚構造の終局曲げ耐力として前記柱脚構造を備えた第１仮想建築構造物の構造計算を行うステップと、
   前記柱脚部の曲げ耐力を前記柱脚構造の終局曲げ耐力として前記柱脚構造を備えた第２仮想建築構造物の構造計算を行うステップと、
   前記第１仮想建築構造物と前記第２仮想建築構造物の互いの構造体耐力を比較するステップと、
   前記第２仮想建築構造物の構造体耐力が前記第１仮想建築構造物の構造体耐力よりも小さい場合に、前記第２仮想建築構造物の構造体耐力を、前記柱脚構造を備えた建築構造物の構造体耐力とするステップを備えたことを特徴とする構造計算プログラム。

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