JP6408885B2 - Frame design method - Google Patents
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Description
本発明は、建築物の架構体の設計方法に関し、詳しくは架構体を構成する構造部材の配置又は断面の最適解を、短時間で求めることができる架構体の設計方法に関する。 The present invention relates to a method for designing a structural frame of a building, and more particularly to a method for designing a structural body that can obtain an optimal solution for the arrangement or cross-section of structural members constituting the structural body in a short time.
例えば、軸組工法による建築物の架構体は、柱、梁及び耐力壁等を含む構造部材を用いて組み立てられている。これらの構造部材は、建築物の形状や荷重条件に応じて、その配置や断面形状等が決定される。従来、建築物の形状や荷重条件を満たしつつ、例えば、架構体の強度等を高めることができる構造部材の配置又は断面を、コンピュータを用いて求めることが行われている。 For example, a building frame by a shaft construction method is assembled using structural members including columns, beams, bearing walls, and the like. These structural members have their arrangement, cross-sectional shape, and the like determined according to the shape and load conditions of the building. Conventionally, for example, an arrangement or a cross section of a structural member capable of increasing the strength of a frame body and the like while satisfying the shape and load condition of a building is obtained using a computer.
下記特許文献は、遺伝的アルゴリズムに基づいて、構造部材の配置の最適解を計算する方法を提案している。遺伝的アルゴリズムは、構造部材の配置を定義する遺伝子で表現した複数の染色体情報に対して、交叉等の遺伝子操作が繰り返し実施される。これにより、少ないサンプルから、染色体情報を時系列的に進化させうるため、最適解が能率的に得られる。 The following patent document proposes a method for calculating an optimal solution for arrangement of structural members based on a genetic algorithm. In the genetic algorithm, genetic operations such as crossover are repeatedly performed on a plurality of pieces of chromosome information expressed by genes that define the arrangement of structural members. As a result, chromosome information can be evolved in a time series from a small number of samples, so that an optimal solution can be obtained efficiently.
交叉では、一対の染色体情報について、例えば、一つ又は複数の交叉点で区切られた遺伝子のグループがそれぞれ入れ替えられて、染色体情報の進化が図られている。従来の交叉では、各グループに含まれる遺伝子の優劣に関係なく、無作為に入れ替えられていた。このため、交叉された染色体情報は、必ずしも優秀なグループが取り込まれるわけではない。従って、従来の方法は、染色体情報を確実に進化させることができず、ひいては、最適解を求めるには、多くの時間が必要であった。 In the crossover, for a pair of chromosome information, for example, a group of genes delimited by one or a plurality of crossover points is replaced, and the chromosome information is evolved. In the conventional crossover, the genes were randomly replaced regardless of the superiority or inferiority of the genes included in each group. For this reason, an excellent group is not necessarily taken into crossed chromosome information. Therefore, the conventional method cannot reliably evolve the chromosome information, and thus it takes a lot of time to obtain the optimum solution.
本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、一対の染色体情報のそれぞれに含まれる優秀なグループを組み合わせて、新たな染色体情報を生成することを基本として、染色体情報を確実に進化させて、建築物の架構体を構成する構造部材の配置又は断面の最適解を、短時間で求めることができる架構体の設計方法を提供することを主たる目的としている。 The present invention has been devised in view of the above-described circumstances, and the chromosomal information is surely obtained on the basis of generating new chromosome information by combining excellent groups included in each pair of chromosome information. The main object of the present invention is to provide a frame structure design method capable of obtaining an optimal solution for the arrangement or cross-section of structural members constituting the frame structure of a building in a short time.
本発明は、少なくとも一つの構造部材を含む建築物の架構体を、コンピュータを用いて設計するための方法であって、前記コンピュータが、前記構造部材の配置又は断面を特定するための数値情報である染色体情報の複数種類からなる集団を生成する工程と、前記コンピュータが、前記集団を用いて、前記構造部材の配置又は断面の最適解を、遺伝的アルゴリズムに基づいて計算する最適化計算工程とを含み、前記最適化計算工程は、前記集団から選択された一対の前記染色体情報について、各構造部材の配置又は断面を定義する遺伝子を入れ替えて新たな染色体情報を生成する交叉工程を含み、前記交叉工程は、前記一対の染色体情報について、入れ替え対象となる前記遺伝子を含んだ複数のグループにそれぞれ分類する第1分類工程、前記一対の染色体情報の各グループについて、製造コストが小さいグループを優秀と評価する第1評価工程、及び 前記一対の染色体情報のそれぞれに含まれる優秀なグループを組み合わせて、前記新たな染色体情報を生成する生成工程を含むことを特徴とする。
The present invention is a method for designing a building frame including at least one structural member using a computer, the computer using numerical information for specifying an arrangement or a cross section of the structural member. A step of generating a population composed of a plurality of types of certain chromosome information, and an optimization calculation step in which the computer uses the population to calculate an optimal solution of an arrangement or a section of the structural member based on a genetic algorithm The optimization calculation step includes a crossover step of generating a new chromosome information by replacing a gene that defines the arrangement or cross section of each structural member for the pair of chromosome information selected from the population, The crossover step is a first classification step of classifying the pair of chromosome information into a plurality of groups each including the gene to be replaced, For each group of a pair of chromosomes information, combined first evaluation step for evaluating the excellence groups manufacturing cost is low, and an excellent group included in each of the pair of chromosomes information, to generate the new chromosome information A generation step is included.
本発明に係る前記架構体の設計方法において、前記第1分類工程は、前記染色体情報の優劣を評価するための制約条件への影響度が相対的に大きい前記遺伝子の集団を、前記グループとして分類するのが望ましい。 In the frame design method according to the present invention, the first classification step classifies the gene group having a relatively large influence on a constraint condition for evaluating superiority or inferiority of the chromosome information as the group. It is desirable to do.
本発明に係る前記架構体の設計方法において、前記第1評価工程は、少なくとも前記各グループへの影響度が大きい制約条件に基づいて、前記各グループの優劣を評価するのが望ましい。 In the frame structure designing method according to the present invention, it is desirable that the first evaluation step evaluates the superiority or inferiority of each group based on at least a constraint condition having a large influence on each group.
本発明に係る前記架構体の設計方法において、前記構造部材は、柱間を水平に継ぐ複数の大梁と、前記大梁で囲まれた水平架構面をさらに区分する複数の小梁と、前記大梁と前記柱とで囲まれた垂直架構面に配置される耐力要素とを含み、前記グループは、前記耐力要素の配置を定義する少なくとも一つの耐力要素遺伝子と、前記大梁の断面を定義する少なくとも一つの大梁遺伝子とを含む耐力要素・大梁グループ、及び前記小梁の配置を定義する少なくとも一つの小梁遺伝子を含む小梁グループを含むのが望ましい。 In the frame structure designing method according to the present invention, the structural member includes a plurality of large beams that horizontally connect between columns, a plurality of small beams that further divide a horizontal frame surface surrounded by the large beams, and the large beams. A load-bearing element disposed on a vertical frame surrounded by the pillar, and the group includes at least one load-bearing element gene that defines an arrangement of the load-bearing element and at least one that defines a cross section of the beam. It is desirable to include a load-bearing element / girder group including a girder gene and a girder group including at least one girder gene that defines the arrangement of the girder.
本発明に係る前記架構体の設計方法において、前記交叉工程は、前記生成工程に先立ち、前記一対の染色体情報に、前記優秀なグループがそれぞれ含まれるか否かを判断する第1判断工程をさらに含み、前記第1判断工程において、前記一対の染色体情報のそれぞれに、前記優秀なグループが含まれると判断された場合に、前記生成工程が実施されるのが望ましい。 In the frame structure designing method according to the present invention, the crossover step further includes a first determination step of determining whether the excellent group is included in the pair of chromosome information prior to the generation step. In the first determination step, the generation step is preferably performed when it is determined that each of the pair of chromosome information includes the excellent group.
本発明に係る前記架構体の設計方法において、前記交叉工程は、前記第1判断工程において、前記一対の染色体情報の一方のみに、前記優秀なグループが含まれると判断された場合に、前記一対の染色体情報について、前記コンピュータがランダムに行う交叉、又は、突然変異を実施する工程をさらに含むのが望ましい。 In the frame structure designing method according to the present invention, the crossover step may be performed when the first determination step determines that only one of the pair of chromosome information includes the excellent group. Preferably, the method further includes a step of performing crossover or mutation performed randomly by the computer.
本発明に係る前記架構体の設計方法において、前記交叉工程は、前記第1判断工程において、前記一対の染色体情報の一方のみに、前記優秀なグループが含まれると判断された場合に、前記一対の染色体情報について、前記第1分類工程のグループよりも細分化された複数のグループにそれぞれ分類する第2分類工程、及び前記一対の染色体情報について、細分化された前記各グループの優劣を評価する第2評価工程をさらに含み、前記第2分類工程及び前記第2評価工程は、前記生成工程に先立って実施されるのが望ましい。 In the frame structure designing method according to the present invention, the crossover step may be performed when the first determination step determines that only one of the pair of chromosome information includes the excellent group. A second classification step of classifying each of the chromosome information into a plurality of groups subdivided from the group of the first classification step; and evaluating the superiority or inferiority of each of the subdivided groups for the pair of chromosome information It is preferable that the method further includes a second evaluation step, and the second classification step and the second evaluation step are performed prior to the generation step.
本発明に係る前記架構体の設計方法において、前記交叉工程は、前記第2評価工程後、かつ、前記生成工程前に、前記一対の染色体情報に、前記優秀なグループがそれぞれ含まれるか否かを判断する第2判断工程をさらに含み、前記第2判断工程において、前記一対の染色体情報のそれぞれに、前記優秀なグループが含まれると判断された場合に、前記生成工程が実施されるのが望ましい。 In the frame design method according to the present invention, whether the crossover step includes the excellent group in the pair of chromosome information after the second evaluation step and before the generation step. A second determination step for determining the information, and when the second determination step determines that the excellent group is included in each of the pair of chromosome information, the generation step is performed. desirable.
本発明に係る前記架構体の設計方法において、前記交叉工程は、前記第2判断工程において、前記一対の染色体情報の一方のみに、前記優秀なグループが含まれると判断された場合に、前記一対の染色体情報について、前記コンピュータがランダムに行う交叉、又は、突然変異を実施する工程をさらに含むのが望ましい。 In the frame structure designing method according to the present invention, when the crossover step is determined in the second determination step that only one of the pair of chromosome information includes the excellent group. Preferably, the method further includes a step of performing crossover or mutation performed randomly by the computer.
本発明の架構体の設計方法は、構造部材の配置又は断面を特定するための数値情報である染色体情報の複数種類からなる集団から選択された一対の染色体情報について、各構造部材の配置又は断面を定義する遺伝子を入れ替えて新たな染色体情報を生成する交叉工程を含んでいる。 The frame structure designing method of the present invention is the arrangement or section of each structural member for a pair of chromosome information selected from a group consisting of a plurality of types of chromosome information, which is numerical information for specifying the arrangement or section of the structural member. The crossover process of generating new chromosome information by replacing the gene defining
交叉工程は、一対の染色体情報について、入れ替え対象となる遺伝子を含んだ複数のグループにそれぞれ分類する第1分類工程、一対の染色体情報について、各グループの優劣を評価する第1評価工程、及び、一対の染色体情報のそれぞれに含まれる優秀なグループを組み合わせて、新たな染色体情報を生成する生成工程を含んでいる。 The crossover step is a first classification step for classifying each of a pair of chromosome information into a plurality of groups including genes to be replaced, a pair of chromosome information, a first evaluation step for evaluating superiority or inferiority of each group, and A generation step of generating new chromosome information by combining excellent groups included in each pair of chromosome information is included.
本発明の架構体の設計方法は、各グループを無作為に入れ替えていた従来の方法とは異なり、優秀なグループを組み合わせて、新たな染色体情報を生成している。従って、本発明の架構体の設計方法は、染色体情報を確実に進化させることができるため、構造部材の配置又は断面の最適解を短時間で求めることができる。 Unlike the conventional method in which the groups are randomly replaced, the frame design method of the present invention generates new chromosome information by combining excellent groups. Therefore, the frame structure design method of the present invention can surely evolve chromosome information, so that an optimal solution for the arrangement or cross section of structural members can be obtained in a short time.
以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
本実施形態の架構体の設計方法(以下、単に「設計方法」ということがある)は、少なくとも一つの構造部材を含む建築物の架構体を、コンピュータを用いて設計するための方法である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The frame structure design method of the present embodiment (hereinafter sometimes simply referred to as “design method”) is a method for designing a building frame including at least one structural member using a computer.
図1は、本実施形態の設計方法を実行するコンピュータの斜視図である。コンピュータ1は、本体1a、キーボード1b、マウス1c及びディスプレイ装置1dを含んでいる。この本体1aには、例えば、演算処理装置(CPU)、ROM、作業用メモリ、磁気ディスクなどの記憶装置及びディスクドライブ装置1a1、1a2が設けられている。また、記憶装置には、本実施形態の設計方法の処理手順(プログラム)が予め記憶されている。処理手順は、コンピュータ1の演算処理装置によって実行される。従って、コンピュータ1は、本発明の設計方法を実施するための設計装置1Aとして構成される。
FIG. 1 is a perspective view of a computer that executes the design method of the present embodiment. The
図2は、建築物の架構体を示す斜視図である。建築物Bの架構体2は、例えば、柱3、梁4、及び、耐力要素(地震や風等の水平荷重に抵抗する構造要素をいう。本実施形態では、耐力壁)5を含む構造部材6を有している。梁4は、柱3、3間を水平に継ぐ複数の大梁7と、大梁7で囲まれた水平架構面9をさらに区分する小梁8とを含んでいる。これらの大梁7及び小梁8は、2階以上の床(図示省略)を支持するための床梁、又は、屋根(図示省略)を支持するための屋根梁として構成されている。大梁7は、例えば、ウエブと、上フランジ及び下フランジを含み、略横H字状の形鋼等によって構成されている。また、小梁8も、大梁7と同様に、略横H字状の形鋼等によって構成されている。
FIG. 2 is a perspective view showing a building frame of a building. The
図3(a)は第一小梁が配置された水平架構面9の一部を示す平面図である。図3(b)は第二小梁が配置された水平架構面9の一部を示す平面図である。図3(a)に示されるように、各水平架構面9は、一本目の小梁(以下、「第一小梁」ということがある。)8aが配置されることにより、二個の小架構面13に区分される。さらに、図3(b)に示されるように、水平架構面9は、二本目の小梁(以下、「第二小梁」ということがある。)8bが、二個の小架構面13の何れかに配置されることにより、三個の小架構面13に区分される。このように、水平架構面9は、小梁8が配置されることにより、複数個の小架構面13に区分される。
FIG. 3A is a plan view showing a part of the
また、小架構面13は、図において、水平架構面9の左下側の頂点である基準点14aに最も近い第1小架構面13A、第1小架構面13Aの次に基準点14aに近い第2小架構面13B、及び、第2小架構面13Bの次に基準点14aに近い第3小架構面13Cが含まれる。各小架構面13には、水平架構面9を剛床に保つための水平ブレース(図示省略)が配置されている。
Further, in the drawing, the
架構体2は、一対の柱3、3と、柱3、3間を継ぐ少なくとも1本の大梁7とで囲まれた垂直架構面10が形成されている。この垂直架構面10には、耐力壁5が配置されている。本実施形態の耐力壁5は、2本の柱5a、5aと、柱5a、5a間に接続されかつ互いに逆向きに傾く2本の斜材5b、5bとを含んで構成されている。
The
図4は、本実施形態の設計方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。設計方法では、図2に示した架構体2を構成する構造部材6の配置又は断面の最適解が計算される。本実施形態において、最適解が計算される構造部材6は、耐力壁5、大梁7及び小梁8である。この耐力壁5の配置、大梁7の断面、及び、小梁8の配置の最適解に基づいて、架構体2及び建築物Bが製造される。
FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of the design method according to the present embodiment. In the design method, the optimal solution of the arrangement or cross section of the
本実施形態の設計方法では、先ず、コンピュータ1に、建築物の基本情報が入力される(基本情報入力工程S1)。図5は、本実施形態の基本情報入力工程S1の処理手順の一例を示すフローチャートである。 In the design method of this embodiment, first, basic information of a building is input to the computer 1 (basic information input step S1). FIG. 5 is a flowchart showing an example of the processing procedure of the basic information input step S1 of the present embodiment.
本実施形態の基本情報入力工程S1では、先ず、建築物Bの架構体2の形状が、コンピュータ1に入力される(工程S11)。図6は、耐力壁5及び小梁8を省いた架構体2の斜視図である。
In the basic information input step S1 of the present embodiment, first, the shape of the
工程S11では、例えば、建築物Bの柱3、大梁7、水平架構面9、垂直架構面10、及び、屋根(図示省略)の形状及び配置が、コンピュータ1に入力される。柱3、大梁7、水平架構面9、垂直架構面10、及び、屋根(図示省略)は、予め定められた水平モジュール又は垂直モジュールを基準として、その配置や寸法等が設定されている。また、柱3には、例えば、それらの断面形状や、断面2次モーメント等の構造計算に必要なパラメータが設定される。このような柱3、大梁7、及び、屋根(図示省略)の配置等やパラメータは、いずれも数値データとして、コンピュータ1に記憶される。なお、工程S11において、配置の最適解が計算される耐力壁5、大梁7及び小梁8(図2に示す)は、入力されていない。
In step S <b> 11, for example, the shape and arrangement of the
本実施形態の水平架構面9は、二階の床を支持する第1水平架構面9a〜第4水平架構面9dと、屋根(図示省略)を支持する第5水平架構面9e〜第8水平架構面9hとを含んでいる。
The
本実施形態の垂直架構面10は、X軸方向に沿って配置されるX軸垂直架構面11と、Y軸方向に沿って配置されるY軸垂直架構面12とを含んでいる。
The
図7(a)は、X軸垂直架構面11を示す斜視図、(b)は、Y軸垂直架構面12を示す斜視図である。図7(a)に示されるように、X軸垂直架構面11は、架構体2の1階に配置される第1垂直架構面11A〜第6垂直架構面11Fと、2階に配置される第7垂直架構面11G〜第12垂直架構面11Lとを含んで構成されている。図7(b)に示されるように、Y軸垂直架構面12は、架構体2の1階に配置される第13垂直架構面12A〜第16垂直架構面12Fと、2階に配置される第17垂直架構面12G〜第24垂直架構面12Lとを含んで構成されている。これらの垂直架構面11A〜12Lは、コンピュータ1に記憶される。
FIG. 7A is a perspective view showing the X-axis
図8(a)は、X軸垂直架構面11に配置される大梁7を示す斜視図である。図8(b)は、Y軸垂直架構面12に配置される大梁7を示す斜視図である。本実施形態の大梁7は、一対の柱3、3毎に1本配置されている。図8(a)に示されるように、本実施形態の大梁7は、1階の第1垂直架構面11A〜第6垂直架構面11Fの上辺に配置される第1大梁7A〜第6大梁7F、及び、2階の第7垂直架構面11G〜第12垂直架構面11Lの上辺に配置される第7大梁7G〜第12大梁7Lが含まれる。さらに、図8(b)に示されるように、1階の第13垂直架構面12A〜第16垂直架構面12Fの上辺に配置される第13大梁7M〜第18大梁7Rと、2階の第19垂直架構面12G〜第24垂直架構面12Lの上辺に配置される第19大梁7S〜第24大梁7Xが含まれる。
FIG. 8A is a perspective view showing the
次に、本実施形態の基本情報入力工程S1では、建築物B(図2に示す)の荷重条件が、コンピュータ1に入力される(工程S12)。荷重条件は、建築物Bに作用する外力に関する情報である。荷重条件は、例えば、建築物Bの各種仕様、例えば、外壁仕様、床仕様、屋根葺材、耐火仕様、耐震等級、又は、耐風等級などに基づいて入力される。このような荷重条件も数値データであり、コンピュータ1に記憶される。
Next, in the basic information input step S1 of the present embodiment, the load condition of the building B (shown in FIG. 2) is input to the computer 1 (step S12). The load condition is information regarding an external force acting on the building B. The load condition is input based on, for example, various specifications of the building B, for example, outer wall specifications, floor specifications, roofing materials, fire resistance specifications, earthquake resistance grades, wind resistance grades, and the like. Such a load condition is also numerical data and is stored in the
これらの建築物Bの基本情報は、例えば、一般的なCADや一貫構造計算システム等のソフトウェアを用いて設定することができる。本実施形態では、二階建ての建築物Bが一例として示されたが、例えば、一階建ての建築物や、三階建て以上の建築物でも良い。 The basic information of the building B can be set using software such as general CAD and a consistent structure calculation system, for example. In the present embodiment, the two-story building B is shown as an example. However, for example, a one-story building or a three-story or more building may be used.
次に、本実施形態の設計方法では、コンピュータ1に、架構体2の水平架構面9及び垂直架構面10に、構造部材(本実施形態では、耐力壁5及び小梁8)を配置するための設計制約条件が入力される(設計制約条件入力工程S2)。
Next, in the design method of this embodiment, the structural members (bearing
耐力壁5を配置するための設計制約条件として、上記特許文献1と同様に、各垂直架構面11A〜12L(図7に示す)において、耐力壁5を配置可能な領域(以下、単に「耐力壁配置可能領域」ということがある。)に関する情報が含まれる。耐力壁配置可能領域16(図11に示す)は、各垂直架構面11A〜12Lにおいて、窓や扉等の開口部15(図11に示す)を除いた領域として設定されている。
As a design constraint condition for arranging the bearing
小梁8を配置するための設計制約条件として、各水平架構面9a〜9h(図6に示す)において、小梁8の長手方向の向き、配置可能な位置、及び、本数に関する情報が含まれる。本実施形態の小梁8の長手方向の向きは、例えば、「X軸方向と平行」、又は、「Y軸方向と平行」に限定される。
The design constraint conditions for arranging the
図9は、水平架構面の節点を示す平面図である。本実施形態の小梁8を配置可能な位置は、小梁8の一対の端部8t、8tのうち、各水平架構面9a〜9hの基準点14aに最も近い端部(以下、単に「基準端部」ということがある。)18が配置できる位置として設定される。基準端部18の固定位置は、各水平架構面9a〜9hに定義された節点19を基準として設定される。また、節点19は、各水平架構面9a〜9hの開口部(図示省略)を除いた領域に、水平モジュールに従って配置される。小梁8を配置可能な本数は、建築物Bに必要な剛性及びコストに基づいて、適宜設定されうる。本実施形態では、例えば「3」が設定される。
FIG. 9 is a plan view showing the nodes of the horizontal frame. The position at which the
さらに、本実施形態の設計制約条件には、染色体情報21(図22に示す)の優劣を評価するための制約条件がさらに含まれる。制約条件には、耐力壁5及び大梁7の強度に関連する制約条件、及び、小梁8の強度に関連する制約条件が含まれる。
Furthermore, the design constraint conditions of this embodiment further include a constraint condition for evaluating the superiority or inferiority of the chromosome information 21 (shown in FIG. 22). The constraint condition includes a constraint condition related to the strength of the bearing
耐力壁5及び大梁7の強度に関連する制約条件は、例えば、架構体2の層間変形角、各耐力壁5の柱5aの耐力(引張、圧縮、曲げ、せん断、組合わせ応力)、各耐力壁5の斜材5bの耐力(引張、圧縮)、大梁耐力(曲げ、せん断、組合わせ応力)、各大梁のたわみ、及び、アンカーボルト(引張、せん断)等が含まれる。これらの制約条件は、設計される架構体2に要求される許容値がそれぞれ設定される。許容値は、例えば、設計される建築物Bの規模に応じて、適宜設定されうる。なお、耐力壁5及び大梁7の強度に関連する制約条件は、これらの条件から適宜選択されてもよいし、新たな条件が追加されてもよい。
The constraint conditions related to the strength of the bearing
小梁8の強度に関連する制約条件は、例えば、各小梁の耐力(曲げ、せん断、組合せ応力)、各小梁のたわみ、水平ブレース耐力(引張)、床面内変形(剛床条件)、及び、梁間隔(床材支持)が含まれる。これらの制約条件は、設計される架構体2に要求される許容値が設定される。許容値は、例えば、設計される建築物Bの規模に応じて、適宜設定されうる。なお、小梁8の強度に関連する制約条件も、これらの条件から適宜選択されてもよいし、新たな条件が追加されてもよい。これらの設計制約条件は、数値データとして、コンピュータ1に記憶される。
The constraints related to the strength of the
次に、本実施形態の設計方法では、構造部材6の種類を表す複数の対立遺伝子を含んだ対立遺伝子群が、コンピュータ1に入力される(対立遺伝子群入力工程S3)。本実施形態では、耐力壁5及び大梁7の対立遺伝子群が入力される。図10は、本実施形態の対立遺伝子群入力工程S3の処理手順の一例を示すフローチャートである。
Next, in the design method of the present embodiment, an allele group including a plurality of alleles representing the type of the
本実施形態の対立遺伝子群入力工程S3では、先ず、耐力要素(耐力壁)5がコンピュータ1に定義される(工程S31)。図11は、耐力壁5の対立遺伝子を示す正面図である。工程S31では、例えば、建築物Bの水平モジュールL3に基づいて、幅W1が異なる複数種類の耐力壁5が設定される。本実施形態の耐力壁5は、例えば、幅W1aが450mmの小耐力壁5Aと、幅W1bが600mmの中耐力壁5Bと、幅W1cが900mmの大耐力壁5C(図示省略)とを含んでいる。各耐力壁5A、5B、5Cは、柱5a及び斜材5bの断面形状や、断面2次モーメント等を含む数値データであり、コンピュータ1に記憶される。
In the allele group input step S3 of this embodiment, first, the load bearing element (bearing wall) 5 is defined in the computer 1 (step S31). FIG. 11 is a front view showing alleles of the bearing
次に、本実施形態の対立遺伝子群入力工程S3では、コンピュータ1に、耐力壁5の対立遺伝子(以下、単に「耐力要素遺伝子」ということがある。)28から構成される対立遺伝子群(以下、単に「耐力要素遺伝子群」ということがある。)27が入力される(工程S32)。本実施形態の耐力要素遺伝子28は、上記特許文献1と同様に、各垂直架構面11A〜12L(図7に示す)について、耐力壁配置可能領域16を満たした耐力壁5A〜5Cの配置パターンを表すものである。
Next, in the allele group input step S3 of this embodiment, an allele group (hereinafter, simply referred to as “strength element gene”) 28 is included in the
図12は、耐力要素遺伝子群27及び耐力要素遺伝子28を示す線図である。本実施形態の複数の耐力要素遺伝子28は、各垂直架構面11A〜12L(図7に示す)について、各耐力壁5A〜5Cの少なくとも1枚が配される全ての配置パターンが設定される。また、耐力要素遺伝子群27には、耐力要素遺伝子28を一意に識別するためのインデックス(例えば、「0001」等)が設けられている。このような複数の耐力要素遺伝子28及び耐力要素遺伝子群27は、数値データとして、コンピュータ1に記憶される。
FIG. 12 is a diagram showing the proof stress
次に、本実施形態の対立遺伝子群入力工程S3では、コンピュータ1に、大梁7の対立遺伝子(以下、単に「大梁遺伝子」ということがある。)30から構成される対立遺伝子群(以下、単に「大梁遺伝子群」ということがある。)29が入力される(工程S33)。図13は、大梁遺伝子群29及び大梁遺伝子30を示す線図である。
Next, in the allele group input step S3 of the present embodiment, the
本実施形態の大梁遺伝子30は、1本ごとの大梁7A〜7Xの断面を表すものである。大梁遺伝子30は、例えば、大梁7の形状、ウエブ、上フランジ又は下フランジの厚さがそれぞれ異なる複数種類が定義される。これらの各大梁遺伝子30は、断面2次モーメント等を含む数値データである。また、大梁遺伝子群29には、各大梁遺伝子30を一意に識別するためのインデックス(例えば、「0001」等)が設けられている。このような複数の大梁遺伝子30及び大梁遺伝子群29は、数値データとして、コンピュータ1に記憶される。
The
次に、本実施形態の設計方法では、コンピュータ1が、構造部材6の配置又は断面を定義するための染色体情報の複数種類からなる集団を生成する(集団生成工程S4)。図14は、複数種類の染色体情報で構成される集団の概念図である。本実施形態の染色体情報21は、図2に示した構造部材6の配置又は断面を特定するための数値情報である。各染色体情報21は、少なくとも一つの遺伝子座22と、遺伝子座22に格納される遺伝子とを含んでいる。
Next, in the design method of the present embodiment, the
本実施形態の遺伝子座22は、耐力壁5の配置を定義するための耐力要素遺伝子座23、大梁7の断面を定義するための大梁遺伝子座24、及び、小梁8の配置を定義するための小梁遺伝子座25を含んでいる。
The
本実施形態の耐力要素遺伝子座23は、図7に示した垂直架構面11A〜12L毎に一つずつ設定されている。耐力要素遺伝子座23には、耐力要素遺伝子28(図12に示す)が格納される。本実施形態の大梁遺伝子座24は、図8に示した大梁7A〜7Xごとに一つずつ設定されている。大梁遺伝子座24には、大梁遺伝子30(図13に示す)が格納される。
One
図14に示されるように、本実施形態の小梁遺伝子座25は、方向情報を格納可能な方向遺伝子座25a、及び、位置情報を格納可能な位置遺伝子座25bが含まれる。方向遺伝子座25a、及び、位置遺伝子座25bは、水平架構面9a〜9h毎に、小梁8の本数の上限値(例えば、3)と同一個数ずつ定義される。従って、小梁遺伝子座25は、各水平架構面9a〜9hにおいて、小梁8(本実施形態では、第一小梁8a、第二小梁8b及び第三小梁8c)毎に、方向遺伝子座25a及び位置遺伝子座25bが割り当てられる。
As shown in FIG. 14, the
図15は、本実施形態の集団生成工程S4の処理手順の一例を示すフローチャートである。集団生成工程S4では、先ず、耐力要素遺伝子座23に、耐力要素遺伝子28(図12に示す)が格納される(工程S41)。図12に示されるように、各耐力要素遺伝子座23には、各垂直架構面11A〜12Lに対応する耐力要素遺伝子群27の中からランダムに選択された一つの耐力要素遺伝子28が格納される。これにより、各垂直架構面11A〜12Lにおいて、耐力壁配置可能領域16を満たした耐力壁5の配置が定義される。本実施形態の各耐力要素遺伝子座23には、耐力要素遺伝子28を特定するためのインデックスのみが格納されている。なお、本実施形態のような耐力要素遺伝子座23、及び、耐力要素遺伝子28に限定されるわけではなく、適宜変更されてもよい。
FIG. 15 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of the group generation step S4 of the present embodiment. In the group generation step S4, first, the strength element gene 28 (shown in FIG. 12) is stored in the strength element locus 23 (step S41). As shown in FIG. 12, each
次に、集団生成工程S4では、大梁遺伝子座24に、大梁遺伝子30(図13に示す)が格納される(工程S42)。図13に示されるように、各大梁遺伝子座24には、それぞれの大梁7A〜7X(図8に示す)に対応する大梁遺伝子群29の中からランダムに選択された一つの大梁遺伝子30が格納される。これにより、各大梁7A〜7Xの断面がそれぞれ定義される。本実施形態の各大梁遺伝子座24には、大梁遺伝子30を特定するためのインデックスのみが格納される。なお、本実施形態のような大梁遺伝子座24、及び、大梁遺伝子30に限定されるわけではなく、適宜変更されてもよい。
Next, in the group generation step S4, the large beam gene 30 (shown in FIG. 13) is stored in the large beam locus 24 (step S42). As shown in FIG. 13, each
次に、集団生成工程S4では、小梁遺伝子座25に、小梁遺伝子33が格納される(工程S43)。図16(a)は、第一小梁の方向情報及び位置情報と、水平架構面に配置される第一小梁とを示す線図、(b)は、第二小梁の方向情報及び位置情報と、水平架構面に配置される第二小梁とを示す線図である。
Next, in the group generation step S4, the
小梁遺伝子33は、方向情報33aと位置情報33bとが含まれる。工程S43において、方向遺伝子座25aには、方向情報33aが格納される。方向情報33aは、小梁8の長手方向の向きを定義するものである。本実施形態では、小梁8の設計制約条件に基づいて、上記特許文献2のように、例えば、下記の何れかの数値(0〜2)が設定される。
0:小梁の配置なし
1:X軸方向と平行
2:Y軸方向と平行
The
0: No beam arrangement 1: Parallel to X-axis direction 2: Parallel to Y-axis direction
本実施形態の各小梁8の方向情報33aの桁数は、該小梁8が配置可能な水平架構面9又は小架構面13の個数と同一に設定される。図16(a)に示されるように、第一小梁8aは、水平架構面9の一つのみに配置可能であるため、方向情報33aが一桁に設定されている。図16(b)に示されるように、第二小梁8bは、第一小梁8aによって区切られた二個の小架構面13A、13Bの何れかに配置可能であるため、方向情報33aが二桁に設定されている。また、方向情報33aの一桁目の数値は、第1小架構面13Aにおいて、第二小梁8bの配置の有無が定義される。さらに、方向情報33aの二桁目の数値は、第2小架構面13Bにおいて、第二小梁8bの配置の有無が定義される。同様に、第三小梁8c(図示省略)は、第一小梁8a及び第二小梁8bによって区切られた三個の小架構面の何れかに配置可能であるため、方向情報33aが三桁に設定されている。
The number of digits of the
工程S43において、位置遺伝子座25bには、位置情報33bが格納される。位置情報33bは、各小梁8が配置される水平架構面9又は小架構面13において、小梁8の基準端部18の固定位置を定義するものである。図16(a)及び図16(b)に示されるように、本実施形態の位置情報33bは、水平架構面9又は小架構面13の夫々において、基準端部18が当接する辺26の長さL2に対する、基準点14a、14bと小梁8の基準端部18との距離L1の比率で定義される。従って、本実施形態の位置情報33bがとり得る数値は、0.0〜1.0である。
In step S43,
図16(a)に示されるように、第一小梁8aの方向情報33aが「2」であり、かつ、位置情報33bが「0.4」の場合、第一小梁8aの基準端部18の固定位置は、該基準端部18が当接する辺26(X軸方向)の長さL2xに対して、水平架構面9の基準点14aからの距離L1x(X軸方向)が0.4である節点19に定義される。
As shown in FIG. 16A, when the
図16(b)に示されるように、第二小梁8bの方向情報33aが「10」であり、かつ位置情報33bが「0.5」の場合、第二小梁8bの基準端部18の固定位置は、該基準端部18が当接する辺26(Y軸方向)の長さL2yに対して、第2小架構面13Bの基準点14bからの距離L1y(Y軸方向)が0.5である節点19に定義される。このように、本実施形態の位置情報33bは、小梁8の基準端部18の固定位置を定義することができる。従って、位置情報33bは、方向情報33aとともに用いられることにより、小梁8の配置を一意に定義することができる。なお、方向情報33a及び位置情報33bの詳細については、特許文献2のとおりである。
As shown in FIG. 16B, when the
そして、工程S43では、コンピュータ1によって、第一小梁8a、第二小梁8b及び第三小梁8cについて、方向遺伝子座25a及び位置遺伝子座25bに、方向情報33a及び位置情報33bを含む小梁遺伝子33がそれぞれ格納される。方向情報33a及び位置情報33bの格納は、乱数に従ってランダムに決定される。これにより、各水平架構面9a〜9hにおいて、上限値以下の本数分の小梁8の配置が定義される。なお、小梁8の配置を定義する小梁遺伝子座25、及び、小梁遺伝子33については、このような態様に限定されるわけではなく、適宜変更されてもよい。
In step S43, the
このように、集団生成工程S4では、染色体情報21の耐力要素遺伝子座23、大梁遺伝子座24及び小梁遺伝子座25に、耐力要素遺伝子28(図12に示す)、大梁遺伝子30(図13に示す)及び小梁遺伝子33(図16に示す)がそれぞれ格納される(図22に示す)。これにより、図2に示した耐力壁5、大梁7及び小梁8がそれぞれ配置された一つの架構体2(設計サンプル)が特定されうる。そして、図14に示されるように、染色体情報21が複数種類設定されることにより、集団20が設定される。このような染色体情報21は、数値データとして、コンピュータ1に記憶される。
As described above, in the group generation step S4, the load-bearing
次に、本実施形態の設計方法では、コンピュータ1が、集団20を用いて、構造部材6の配置又は断面の最適解を、遺伝的アルゴリズムに基づいて計算する(最適化計算工程S5)。
Next, in the design method of the present embodiment, the
遺伝的アルゴリズムは、生物が環境に適応して進化していく過程を、工学的に模倣した学習的アルゴリズムである。この遺伝的アルゴリズムでは、遺伝子で表現した複数の染色体情報に対して、交叉、又は、突然変異等の遺伝子操作が繰り返される。これにより、遺伝的アルゴリズムでは、少ないサンプルから、染色体情報を時系列的に進化させて、最適解を短時間で得ることができる。図17は、本実施形態の最適化計算工程S5の処理手順の一例を示すフローチャートである。 A genetic algorithm is a learning algorithm that mimics the process by which a living organism adapts to the environment and evolves. In this genetic algorithm, genetic operations such as crossover or mutation are repeated for a plurality of chromosome information expressed by genes. Thereby, in a genetic algorithm, chromosome information can be evolved in time series from a small number of samples, and an optimal solution can be obtained in a short time. FIG. 17 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of the optimization calculation step S5 of the present embodiment.
本実施形態の最適化計算工程S5は、先ず、集団20の各染色体情報21に基づいて、制約条件に対する架構体2の結果値が計算される(工程S51)。本実施形態において、結果値が計算される制約条件は、設計制約条件入力工程S2で入力された耐力壁5及び大梁7の強度に関連する制約条件、及び、小梁8の強度に関連する制約条件が含まれる。各染色体情報21において、耐力要素遺伝子28(図12に示す)、大梁遺伝子30(図13に示す)及び小梁遺伝子33(図16に示す)を用いた構造分析(構造シミュレーション)が実施されることにより、制約条件(例えば、架構体2の層間変形角、各耐力壁5の柱5aの引張、圧縮、曲げ等)毎に、結果値Ri(x)が計算される。なお、結果値Ri(x)において、添字iは、各制約条件を区別するためのものである。また、添字xは、集団20に含まれる各染色体情報21を区別するためのものである。これらの結果値Ri(x)は、コンピュータ1に記憶される。
In the optimization calculation step S5 of the present embodiment, first, the result value of the
次に、本実施形態の最適化計算工程S5は、各染色体情報21において、構造部材6毎に体積が計算される(工程S52)。各構造部材6(例えば、耐力壁5A、5B等)の体積Fj(x)は、各染色体情報21に格納された耐力要素遺伝子28、大梁遺伝子30及び小梁遺伝子33で定義される耐力壁5、大梁7及び小梁8の寸法等に基づいて計算されうる。各構造部材6の体積Fj(x)が小さくなるほど、架構体2のコストが小さくなる。なお、添字jは、各構造部材(例えば、耐力壁5A、5B等)を区別するためのものである。また、添字xは、集団20に含まれる各染色体情報21を区別するためのものである。これらの体積Fj(x)は、コンピュータ1に記憶される。
Next, in the optimization calculation step S5 of this embodiment, the volume is calculated for each
次に、最適化計算工程S5は、集団20が最適化計算終了条件を満足するか否かが判断される(判断工程S53)。最適化計算終了条件としては、例えば、「全ての設計制約条件、及び、「製造コスト条件」をともに満足する染色体情報21(以下、単に「最適解」ということがある)が存在するか否か」等が適宜採用されうる。本実施形態では、このような条件に従って、集団20が最適化計算終了条件を満足するか否かが判断される。
Next, in the optimization calculation step S5, it is determined whether or not the
各設計制約条件を満足するか否かの判断は、下記式(1)で定義される制約関数Gi(x)が用いられる。
Gi(x)=Ri(x)/Ci−1…(1)
ここで、Ciは、添字iで区別される各制約条件(例えば、層間変形角等)の許容値である。許容値Ciは、設計制約条件入力工程S2において、予め定められている。
For determining whether or not each design constraint condition is satisfied, a constraint function Gi (x) defined by the following equation (1) is used.
Gi (x) = Ri (x) / Ci-1 (1)
Here, Ci is an allowable value of each constraint condition (for example, an interlayer deformation angle etc.) distinguished by the subscript i. The allowable value Ci is determined in advance in the design constraint condition input step S2.
添字xの染色体情報21において、制約関数Gi(x)が0以下である場合、結果値Ri(x)が許容値Ci以下であるため、添字iの制約条件(例えば、層間変形角等)を満たしていることを示している。他方、制約関数Gi(x)が0よりも大である場合、添字iの制約条件を満たしていないことを示している。
In the
製造コスト条件を満足するか否かの判断は、各染色体情報21において、構造部材6(本実施形態では、耐力壁5、大梁7及び小梁8)毎に計算された体積Fj(x)に基づいて判断される。本実施形態では、各構造部材6の体積Fj(x)の合計値が予め定められた目標値以下である場合に、染色体情報21が製造コスト条件を満足していると判断される。なお、目標値については、設計される建築物Bに応じて、適宜設定されうる。
Whether or not the manufacturing cost condition is satisfied is determined based on the volume Fj (x) calculated for each structural member 6 (in this embodiment, the bearing
判断工程S53では、集団20を構成する全ての染色体情報21のうち、最適解が存在すると判断された場合(判断工程S53で、「Y」)、最適化計算工程S5の一連の処理が終了し、次の工程S6が実行される。他方、最適解が存在しないと判断された場合(判断工程S53で、「N」)、少なくとも一部の染色体情報21に対して交叉及び突然変異等の遺伝子操作を行って、染色体情報21を再構成する遺伝子操作工程S54が実施される。そして、遺伝子操作によって再構成された染色体情報21に基づいて、工程S51〜判断工程S53が再度実行される。これにより、最適化計算工程S5では、最適解が確実に得られうる。
In the determination step S53, when it is determined that an optimal solution exists among all the
工程S6では、最終世代の集団20において、最適化度が最も高い染色体情報21Sに基づいて、架構体2及び建築物Bが製造される。これにより、本実施形態の設計方法では、所定の強度を確保しつつ、製造コストが最も低い架構体2及び建築物を容易に製造することができる。なお、本実施形態において、最適化度が最も高い染色体情報21Sとは、例えば、全ての制約関数Gi(x)が0以下であり、かつ、各構造部材6の体積Fj(x)の合計値が目標値以下であり、さらに、各構造部材6の体積Fj(x)の合計値が最も小さい染色体情報21と定められるが、これに限定されるわけではない。
In step S6, the
図18は、本実施形態の遺伝子操作工程S54の処理手順の一例を示すフローチャートである。本実施形態の遺伝子操作工程S54では、先ず、各染色体情報21のペナルティPを計算する(工程S541)。ペナルティPは、各染色体情報21の制約関数Gi(x)のうち、最も大きい制約関数(以下、単に「最大制約関数」ということがある。)Gmax(x)が0よりも大きい(即ち、制約条件を満足していない)場合にのみ、下記式(2)を用いて計算される。最大制約関数Gmax(x)は、各染色体情報21において、制約条件の許容値Ciに対する満足度が最も低いものである。なお、最大制約関数Gmax(x)が0以下である優良な染色体情報21は、ペナルティPが計算されない。
P=Cp×Gmax(x)…(2)
ここで、Cpは、ペナルティ係数である。ペナルティ係数Cpは、適宜設定されうる。
FIG. 18 is a flowchart showing an example of the processing procedure of the gene manipulation step S54 of the present embodiment. In the genetic manipulation step S54 of the present embodiment, first, the penalty P of each
P = Cp × Gmax (x) (2)
Here, Cp is a penalty coefficient. The penalty coefficient Cp can be set as appropriate.
上記式(2)で計算された各染色体情報21のペナルティPは、その染色体情報21の各構造部材6の体積Fj(x)の合計値に加算される。従って、最大制約関数Gmax(x)が大きくなるほど、見かけの製造コストが大きくなる。
The penalty P of each
次に、本実施形態の遺伝子操作工程S54では、コンピュータ1が、集団20に属する複数の染色体情報21が、ペナルティPが加算された各構造部材6の体積Fj(x)の合計値の小さい順に順位付けされる(工程S542)。図19は、各染色体情報21の、ペナルティ加算後の構造部材6の体積Fj(x)の合計値を示す線図である。
Next, in the genetic manipulation step S54 of the present embodiment, the
次に、コンピュータ1は、集団20を、エリート群35と、非エリート群36とに分類する(工程S543)。エリート群35は、集団20に属する全ての染色体情報21のうち、順位が相対的に小さい染色体情報21によって構成される。他方、非エリート群36は、エリート群35の染色体情報21よりも順位が相対的に大きい染色体情報21によって構成される。エリート群35の割合は、適宜設定することができるが、例えば、集団20を構成する全ての染色体情報21の5%〜20%程度のものと定められうる。
Next, the
次に、本実施形態の遺伝子操作工程S54では、染色体情報21の新たな集団20が生成される(次世代集団生成工程S544)。図20は、本実施形態の次世代集団生成工程S544の処理手順の一例を示すフローチャートである。
Next, in the gene manipulation step S54 of the present embodiment, a
次世代集団生成工程S544では、先ず、エリート群35の染色体情報21が、交叉又は突然変異されることなく、新たな集団20に含められる(工程S71)。これにより、集団20を構成する染色体情報21の最良解が劣化するのを抑制しうる。エリート群35の染色体情報21は、新たな集団20を構成する染色体情報21として、コンピュータ1に記憶される。
In the next generation population generation step S544, first, the
次に、次世代集団生成工程S544では、集団20を構成する染色体情報21から、交叉を実施する一対の染色体情報21、21が選択される(工程S72)。本実施形態では、集団20を構成する全ての染色体情報21(エリート群35及び非エリート群36を含む)から、一対の染色体情報21、21がランダムに選択される。
Next, in the next generation population generation step S544, a pair of
次に、次世代集団生成工程S544では、一対の染色体情報21、21について、交叉が実施される(交叉工程S73)。交叉工程S73では、工程S72で選択された一対の染色体情報21について、各構造部材6の配置又は断面を定義する遺伝子が入れ替えられて、新たな染色体情報21が生成される。図21は、交叉工程S73の処理手順の一例を示すフローチャートである。
Next, in the next generation population generation step S544, crossover is performed on the pair of
交叉工程S73は、先ず、一対の染色体情報21、21について、入れ替え対象となる遺伝子を含んだ複数のグループ41にそれぞれ分類される(第1分類工程S731)。第1分類工程S731は、制約条件への影響度が相対的に大きい遺伝子の集団が、グループ41として分類される。図22は、第1分類工程で分類されたグループを示す線図である。
In the crossover step S73, first, the pair of
本実施形態では、設計制約条件入力工程S2で入力された耐力壁5及び大梁7の強度に関連する制約条件、及び、小梁8の強度に関連する制約条件に基づいて、耐力要素遺伝子28と大梁遺伝子30とを含む耐力要素・大梁グループ42、及び、小梁遺伝子33を含む小梁グループ43を含む2つのグループに分類される。
In the present embodiment, based on the constraint condition related to the strength of the
次に、交叉工程S73では、一対の染色体情報21、21について、各グループ41(本実施形態では、耐力要素・大梁グループ42、及び、小梁グループ43)の優劣が評価される(第1評価工程S732)。各グループ41の優劣の評価は、各グループ41への影響度が大きい制約条件に基づいて行われる。各グループ41の優劣は、判断工程S53で計算された制約関数Gi(x)に基づいて評価される。図23(a)は、選択された一対の染色体情報21、21を示す線図である。
Next, in the crossover step S73, the superiority or inferiority of each group 41 (in this embodiment, the strength element /
耐力要素・大梁グループ42への影響度が大きい制約条件は、耐力壁5及び大梁7の強度に関連する制約条件である。耐力壁5及び大梁7の強度に関連する制約条件には、上述のとおり、架構体2の層間変形角、又は、各耐力壁5の柱5aの耐力(引張、圧縮、曲げ、せん断、及び、組み合わせ応力)等が含まれる。
The constraint condition having a large influence on the load bearing element /
本実施形態では、耐力要素・大梁グループ42の強度に関連する制約条件の制約関数Gi(x)のうち、最も大きい制約関数(最大制約関数)Gmax(x)に基づいて、耐力要素・大梁グループ42の優劣が評価される。最大制約関数Gmax(x)は、各耐力要素・大梁グループ42において、制約条件の許容値Ciに対する満足度が最も低いものである。従って、このような最大制約関数Gmax(x)により、耐力要素・大梁グループ42の優劣が容易かつ確実に評価されうる。
In the present embodiment, among the constraint functions Gi (x) of the constraint conditions related to the strength of the load bearing element /
小梁グループ43への影響度が大きい制約条件は、小梁8の強度に関連する制約条件である。小梁8の強度に関連する制約条件は、上述のとおり、各小梁の耐力(曲げ、せん断、組合せ応力)、又は、各小梁のたわみ等が含まれる。本実施形態では、耐力要素・大梁グループ42と同様に、小梁グループ43の強度に関連する制約条件の制約関数Gi(x)のうち、最も大きい制約関数(最大制約関数)Gmax(x)に基づいて、小梁グループ43の優劣が評価される。図24は、本実施形態の第1評価工程S732の処理手順の一例を示すフローチャートである。
The constraint condition having a large influence on the
本実施形態の第1評価工程S732は、先ず、第1分類工程S731で分類された一つのグループが選択される(工程S811)。本実施形態では、耐力要素・大梁グループ42又は小梁グループ43のいずれかが選択される。本例では、耐力要素・大梁グループ42が選択された場合について説明する。
In the first evaluation step S732 of the present embodiment, first, one group classified in the first classification step S731 is selected (step S811). In the present embodiment, either the strength element /
次に、第1評価工程S732は、一対の染色体情報21、21について、工程S811で選択されたグループ41(本例では、耐力要素・大梁グループ42)の最大制約関数Gmax(x)が、ともに0以下であるか否かが判断される(工程S812)。
Next, in the first evaluation step S732, the maximum constraint function Gmax (x) of the
工程S812において、一対の染色体情報21、21のグループ41の最大制約関数Gmax(x)がともに0以下であると判断された場合(工程S812で、「Y」)、各染色体情報21、21は、選択されたグループ41(本例では、耐力要素・大梁グループ42)の制約条件の許容値Ciをともに満たしている。この場合、本実施形態では、次の第1段階評価工程S813が実施される。
When it is determined in step S812 that the maximum constraint function Gmax (x) of the
他方、一対の染色体情報21、21のグループ41の最大制約関数Gmax(x)がともに0以下でない(少なくとも一方が0より大)と判断された場合(工程S812で、「N」)、少なくとも一方の染色体情報21のグループ(本例では、耐力要素・大梁グループ42)は、制約条件の許容値Ciを満たしていない。この場合、次の第2段階評価工程S814が実施される。
On the other hand, when it is determined that the maximum constraint function Gmax (x) of the
図25は、第1段階評価工程S813の処理手順の一例を示すフローチャートである。工程S812の判断により、各染色体情報21、21は、選択されたグループ41(本例では、耐力要素・大梁グループ42)の制約条件の許容値Ciをともに満たしている。このため、染色体情報21を最適解に近づける(即ち、各構造部材6の体積Fj(x)の合計値を目標値以下にする)には、構造部材の体積(製造コスト)Fj(x)を小さくすることが重要である。
FIG. 25 is a flowchart showing an example of the processing procedure of the first stage evaluation step S813. As a result of the determination in step S812, the
本実施形態の第1段階評価工程S813は、先ず、一方の染色体情報21のグループ41(本例では、耐力要素・大梁グループ42)の体積Fj(x)の合計値が、他方の染色体情報21のグループ41の体積Fj(x)の合計値よりも小さいか否かが判断される(工程S815)。体積Fj(x)の合計値が小さいほど、耐力壁5及び大梁7の製造コストが小さい。従って、一方の染色体情報21のグループ41の合計値が、他方の染色体情報21のグループ41の合計値よりも小さいと判断された場合(工程S815で、「Y」)、一方の染色体情報21のグループ41が優秀であると評価され、他方の染色体情報21のグループ41が劣悪であると評価される(工程S816)。
In the first stage evaluation step S813 of the present embodiment, first, the total value of the volumes Fj (x) of the
一方の染色体情報21のグループ41の体積Fj(x)の合計値と、他方の染色体情報21のグループ41の体積Fj(x)の合計値とが同一であると判断された場合(工程S815で、「N」)、体積Fj(x)の合計値では、一対の染色体情報21、21のグループ41の優劣を評価できない。従って、一対の染色体情報21、21のグループ41の最大制約関数Gmax(x)の大小に基づいて、各グループ41の優劣が評価される(工程S817)。
When it is determined that the total value of the volume Fj (x) of the
工程S817では、一方の染色体情報21のグループ41(本例では、耐力要素・大梁グループ42)の最大制約関数Gmax(x)が、他方の染色体情報21のグループ41の最大制約関数Gmax(x)よりも小さいか否かが判断される。一方の染色体情報21のグループ41の最大制約関数Gmax(x)が、他方の染色体情報21のグループ41の最大制約関数Gmax(x)よりも小さいと判断された場合(工程S817で、「Y」)、一方の染色体情報21のグループ41が優秀であると評価され、他方の染色体情報21のグループ41が劣悪であると評価される(工程S818)。
In step S817, the maximum constraint function Gmax (x) of the
また、一方の染色体情報21のグループ41の最大制約関数Gmax(x)と、他方の染色体情報21のグループ41の最大制約関数Gmax(x)とが同一であると判断された場合(工程S817で、「N」)、一対の染色体情報21、21において、グループ41の優劣を評価できない。従って、一対の染色体情報21、21に、優秀なグループ41は存在しないと判断される(工程S819)。
When it is determined that the maximum constraint function Gmax (x) of the
図26は、第2段階評価工程S814の処理手順の一例を示すフローチャートである。工程S812の判断により、少なくとも一つの染色体情報21のグループ(本例では、耐力要素・大梁グループ42)は、制約条件の許容値Ciを満たしていない。このため、一方の染色体情報21のグループ41(本例では、耐力要素・大梁グループ42)の最大制約関数Gmax(x)が、他方の染色体情報21のグループ41の最大制約関数Gmax(x)よりも小さいか否かが判断される(工程S820)。
FIG. 26 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of the second stage evaluation process S814. As a result of the determination in step S812, at least one group of chromosome information 21 (in this example, the strength element / large beam group 42) does not satisfy the allowable value Ci of the constraint condition. Therefore, the maximum constraint function Gmax (x) of the
一方の染色体情報21のグループ41の最大制約関数Gmax(x)が、他方の染色体情報21のグループ41の最大制約関数Gmax(x)よりも小さいと判断された場合(工程S820で、「Y」)、一方の染色体情報21のグループ41が優秀であると評価され、他方の染色体情報21のグループ41が劣悪であると評価される(工程S821)。
When it is determined that the maximum constraint function Gmax (x) of the
また、一方の染色体情報21のグループ41(本例では、耐力要素・大梁グループ42)の最大制約関数Gmax(x)と、他方の染色体情報21のグループ41の最大制約関数Gmax(x)とが同一であると判断された場合(工程S820で、「N」)、グループ41の最大制約関数Gmax(x)では優劣を評価できない。このため、各グループ41で定義される各構造部材6の体積Fj(x)の合計値に基づいて、各グループ41の優劣が評価される(工程S822)。
Further, the maximum constraint function Gmax (x) of the
工程S822では、一方の染色体情報21のグループ41(本例では、耐力要素・大梁グループ42)の体積Fj(x)の合計値が、他方の染色体情報21のグループ41の体積Fj(x)の合計値よりも小さいと判断された場合(工程S822で、「Y」)、一方の染色体情報21のグループ41が優秀であると評価され、かつ、他方の染色体情報21のグループ41が劣悪であると評価される(工程S823)。
In step S822, the total value of the volumes Fj (x) of the
一方の染色体情報21のグループ41の体積Fj(x)の合計値と、他方の染色体情報21のグループ41の体積Fj(x)の合計値とが同一であると判断された場合(工程S822で、「N」)、グループ41の優劣を評価できない。従って、一対の染色体情報21、21に、優秀なグループ41は存在しないと判断される(工程S824)。
When it is determined that the total value of the volume Fj (x) of the
次に、第1評価工程S732は、一対の染色体情報21、21について、第1分類工程S731で分類された全てのグループ41(耐力要素・大梁グループ42及び小梁グループ43)の優劣が評価されたか否かが判断される(工程S825)。全てのグループ41の優劣が評価されたと判断された場合(工程S825で、「Y」)、第1評価工程S732の一連の処理が終了する。他方、全てのグループ41の優劣が評価されていないと判断された場合(工程S825で、「N」)、新たなグループ41(例えば、小梁グループ43)が選択され(工程S826)、工程S812〜工程S825が再度実施される。これにより、第1評価工程S732では、一対の染色体情報21、21について、全てのグループ41(耐力要素・大梁グループ42及び小梁グループ43)の優劣が判断されうる。なお、小梁グループ43の優劣の判断は、本例で示した耐力要素・大梁グループ42の優劣の判断と同一手順によって実施されうる。
Next, in the first evaluation step S732, the superiority or inferiority of all the groups 41 (strength element /
次に、交叉工程S73は、一対の染色体情報21、21に、優秀なグループ41がそれぞれ含まれるか否かが判断される(第1判断工程S733)。図23(a)では、優秀と判断されたグループ41が色付けして示されている。図23(a)に示されるように、第1判断工程S733において、一対の染色体情報21、21のそれぞれに、優秀なグループ41が含まれると判断された場合(第1判断工程S733で、「Y」)、次の生成工程S734が実施される。他方、第1判断工程S733において、一対の染色体情報21、21の一方のみに、優秀なグループ41が含まれると判断された場合(第1判断工程S733で、「N」)、一対の染色体情報21、21に含まれるグループ41を組合せて(交叉して)も、染色体情報21を進化させることができない。本実施形態では、生成工程S734に先立って、第2分類工程S735が実施される。
Next, in the crossover step S73, it is determined whether or not the
図23(b)は、生成工程S734を説明する線図である。生成工程S734では、一対の染色体情報21、21のそれぞれに含まれる優秀なグループ(図23(a)で色付けされたグループ)41が交叉される(組み合わされる)ことにより、進化した新たな染色体情報21gが生成されうる。新たに生成された染色体情報21gは、新たな集団20(図14に示す)を構成する染色体情報21として、コンピュータ1に記憶される。なお、劣悪なグループ(図23(a)で色付けされていないグループ)41が組み合わされた劣化した染色体情報21wは、新たな集団20に加えられることなく破棄される。これにより、進化した染色体情報21gのみで新たな集団20が構成されるため、構造部材6の配置又は断面の最適解を、短時間で求めることができる。
FIG. 23B is a diagram for explaining the generation step S734. In the generation step S734, new chromosome information evolved by crossing (combining) excellent groups (groups colored in FIG. 23 (a)) 41 included in each of the pair of
このように、本実施形態の設計方法は、各グループ41、41を無作為に入れ替えていた従来の方法とは異なり、優秀なグループ41を組み合わせて、新たな染色体情報21が生成されうる。従って、本実施形態の設計方法は、染色体情報21を確実に進化させることができるため、構造部材6の配置又は断面の最適解を短時間で求めることができる。
Thus, unlike the conventional method in which the
また、本実施形態では、制約条件への影響度が相対的に大きい遺伝子28、30又は33の集団をグループ41として分類し、それらの優秀なグループ41を組み合わせて、新たな染色体情報21が生成される。従って、優秀なグループ41を構成する遺伝子28、30又は33の組合せを破壊することなく、新たな染色体情報21にそのまま引き継がれる。従って、染色体情報21を効率良く進化させることができる。
Further, in this embodiment, a group of
本実施形態では、制約条件への影響度が共通する耐力壁5及び大梁7を組み合わせた耐力要素・大梁グループ42が、新たな染色体情報21にそのまま引き継がれるため、染色体情報21をさらに効率良く進化させることができる。
In the present embodiment, since the load bearing element /
第2分類工程S735では、一対の染色体情報21、21について、第1分類工程S731のグループ41よりも細分化された複数のグループにそれぞれ分類される。本実施形態では、耐力要素・大梁グループ42、及び、小梁グループ43がそれぞれ細分化される。
In the second classification step S735, the pair of
図27は、耐力要素・大梁グループ42を細分化したグループを示す線図である。耐力要素・大梁グループ42は、耐力要素遺伝子28及び大梁遺伝子30が、例えば、垂直架構面10の方向及び架構体2の階数に応じて細分化される。本実施形態の耐力要素・大梁グループ42は、第1グループ42a〜第4グループ42dに細分化される。
FIG. 27 is a diagram showing a group obtained by subdividing the bearing element /
第1グループ42aは、1階のX軸方向の垂直架構面11A〜11F(図7に示す)に定義される耐力要素遺伝子28を含んでいる。第2グループ42bは、2階のX軸方向の垂直架構面11G〜11L(図7に示す)に定義される耐力要素遺伝子28、並びに、1階及び2階のX軸方向の垂直架構面11A〜11L(図7に示す)の上辺にそれぞれ配置される大梁7A〜7Lとして定義される大梁遺伝子30を含んでいる。このような第1グループ42a及び第2グループ42bは、X軸方向の垂直架構面11A〜11L(図7に示す)に直接配置されている耐力壁5又は大梁7(図2に示す)が定義されるため、制約条件への影響度が相対的に大きい。
The
なお、第2グループ42bに、1階のX軸方向の垂直架構面11A〜11F(図7に示す)の上辺に配置される大梁7A〜7Fとして定義される大梁遺伝子30が含まれるのは、発明者らが鋭意研究を重ねた結果、大梁7(図2に示す)は、その下側に配置される耐力壁5(図2に示す)よりも、その上側に配置される耐力壁5の方が、制約条件への影響度が大きいことを知見したことによるものである。これにより、第1グループ42a及び第2グループ42bの優劣が、正確に評価されうる。なお、本実施形態の架構体2の最上階が2階であるため、第2グループ42bには、2階のX軸方向の垂直架構面11G〜11L(図7に示す)の上辺として定義される大梁遺伝子30が含まれている。
The
第3グループ42cは、第1グループ42a及び第2グループ42bと同様に、1階のY軸方向の垂直架構面12A〜12F(図7に示す)に定義される耐力要素遺伝子28を含んでいる。第4グループ42dは、2階のY軸方向の垂直架構面12G〜12L(図7に示す)に定義される耐力要素遺伝子28、並びに、1階及び2階のY軸方向の垂直架構面12A〜12L(図7に示す)の上辺にそれぞれ配置される大梁7M〜7Xとして定義される大梁遺伝子30を含んでいる。このような第3グループ42c及び第4グループ42dは、Y軸方向の垂直架構面12A〜12L(図7に示す)に直接配置されている耐力壁5又は大梁7(図2に示す)が定義されるため、制約条件への影響度が相対的に大きい。
Similar to the
図28は、小梁グループ43を細分化したグループを示す線図である。小梁グループ43は、小梁遺伝子33が、架構体2の階数に応じて細分化される。本実施形態の小梁グループ43は、1階の水平架構面9a〜9d(図6に示す)の各小梁遺伝子33を含む1階小梁グループ43aと、2階の水平架構面9e〜9h(図6に示す)の各小梁遺伝子33を含む2階小梁グループ43bとを含んでいる。これらの1階小梁グループ43a及び2階小梁グループ43bは、各階の小梁8(図2に示す)を定義しているため、制約条件への影響度が相対的に大きい。
FIG. 28 is a diagram showing a group obtained by subdividing the
次に、交叉工程S73では、一対の染色体情報21、21について、細分化された各グループ42a〜42d、43a及び43bの優劣が評価される(第2評価工程S736)。本実施形態の第2評価工程S736は、少なくとも各グループ42a〜42d、43a及び43bへの影響度が大きい制約条件に基づいて、各グループ42a〜42d、43a及び43bの優劣が評価される。本実施形態では、前記制約条件、及び、各グループ42a〜42d、43a及び43bの体積Fjの合計値に基づいて、各グループ42a〜42d、43a及び43bの優劣が評価される。
Next, in the crossover step S73, the superiority or inferiority of each of the subdivided
第1グループ42a〜第4グループ42dへの影響度が大きい制約条件は、耐力要素・大梁グループ42と同様に、耐力壁5及び大梁7の強度に関連する制約条件である。なお、制約条件は、各グループ42a〜42dで定義される構造部材6(耐力壁5及び大梁7)に関連するものに限定される。例えば、第1グループ42aは、1階のX軸方向の垂直架構面11A〜11F(図7に示す)の耐力壁5が定義されるため、第1グループ42aの制約条件は、1階のX軸方向の各耐力壁5の柱5aの耐力(引張、圧縮、曲げ、せん断、組合わせ応力)や、斜材5bの耐力(引張、圧縮)等に限定される。また、本実施形態では、各グループ42a〜42dについて、耐力壁5及び大梁7の強度に関連する制約条件の制約関数Gi(x)のうち、最も大きい制約関数(最大制約関数)Gmax(x)に基づいて、優劣が評価される。
The constraint condition having a large influence on the
1階小梁グループ43a及び2階小梁グループ43bへの影響度が大きい制約条件は、小梁グループ43と同様に、小梁8の強度に関連する制約条件である。なお、制約条件は、各グループ43a及び43bで定義される構造部材6(小梁8)に関連するものに限定される。例えば、1階小梁グループ43aは、1階の水平架構面9a〜9d(図6に示す)の小梁8が定義されるため、1階小梁グループ43aの制約条件は、1階の各小梁8の耐力(曲げ、せん断、組合せ応力)等に限定される。また、本実施形態では、各グループ43a、43bについて、小梁8の強度に関連する制約条件の制約関数Gi(x)のうち、最も大きい制約関数(最大制約関数)Gmax(x)に基づいて、優劣が評価される。図29は、本実施形態の第2評価工程S736の処理手順の一例を示すフローチャートである。
The constraint condition having a large influence on the first-
本実施形態の第2評価工程S736は、先ず、第2分類工程S735で細分化された一つのグループが選択される(工程S831)。本実施形態の工程S831では、先ず、図27及び図28に示した第1グループ42a〜第4グループ42d、1階小梁グループ43a、又は、2階小梁グループ43bのうち、例えば、第1グループ42aが選択される。本例では、第1グループ42aが選択された場合について説明する。
In the second evaluation step S736 of the present embodiment, first, one group subdivided in the second classification step S735 is selected (step S831). In step S831 of the present embodiment, first, among the
次に、第2評価工程S736は、各染色体情報21、21について、工程S831で選択されたグループ41(本例では、第1グループ42a)の最大制約関数Gmax(x)が、ともに0以下であるか否かが判断される(工程S832)。
Next, in the second evaluation step S736, for each
工程S832において、最大制約関数Gmax(x)がともに0以下であると判断された場合(工程S832で、「Y」)、各染色体情報21、21について、選択されたグループ(本例では、第1グループ42a)の制約条件に対する許容値Ciをともに満たしている。この場合、次の第3段階評価工程S833が実施される。
If it is determined in step S832 that the maximum constraint functions Gmax (x) are both 0 or less (“Y” in step S832), the selected group (in this example, the first Both of the allowable values Ci for the constraints of the one
他方、最大制約関数Gmax(x)がともに0以下でない(少なくとも一方が0より大)と判断された場合(工程S832で、「N」)、少なくとも一方の染色体情報21のグループ(本例では、第1グループ42a)は、制約条件に対する許容値Ciを満たしていない。この場合、次の第4段階評価工程S834が実施される。
On the other hand, when it is determined that both of the maximum constraint functions Gmax (x) are not less than 0 (at least one is greater than 0) (“N” in step S832), at least one group of chromosome information 21 (in this example, The
図30は、本実施形態の第3段階評価工程S833の処理手順の一例を示すフローチャートである。工程S832の判断により、選択されたグループ(本例では、第1グループ42a)の制約条件に対する許容値Ciをともに満たしている。このため、染色体情報21を最適解に近づけるには、構造部材の体積(製造コスト)Fj(x)を小さくすることが重要である。
FIG. 30 is a flowchart showing an example of the processing procedure of the third stage evaluation step S833 of the present embodiment. As a result of the determination in step S832, both the allowable values Ci for the constraint conditions of the selected group (in this example, the
本実施形態の第3段階評価工程S833は、先ず、一方の染色体情報21のグループ(本例では、第1グループ42a)の体積Fj(x)の合計値が、他方の染色体情報21のグループ(本例では、第1グループ42a)の体積Fj(x)の合計値よりも小さいか否かが判断される(工程S835)。一方の染色体情報21のグループの合計値が、他方の染色体情報21のグループの合計値よりも小さいと判断された場合(工程S835で、「Y」)、一方の染色体情報21のグループが優秀であると評価され、かつ、他方の染色体情報21のグループが劣悪であると評価される(工程S836)。
In the third stage evaluation step S833 of the present embodiment, first, the total value of the volumes Fj (x) of the group of one chromosome information 21 (in this example, the
また、一方の染色体情報21のグループ(本例では、第1グループ42a)の体積Fj(x)の合計値と、他方の染色体情報21のグループ(本例では、第1グループ42a)の体積Fj(x)の合計値とが同一であると判断された場合(工程S835で、「N」)、体積Fj(x)の合計値では、一対の染色体情報21、21のグループの優劣を評価できない。従って、最大制約関数Gmax(x)の大小に基づいて、各グループの優劣が評価される(工程S837)。
Further, the total value of the volumes Fj (x) of one
工程S837では、一方の染色体情報21のグループ(本例では、第1グループ42a)の最大制約関数Gmax(x)が、他方の染色体情報21のグループ(本例では、第1グループ42a)の最大制約関数Gmax(x)よりも小さいか否かが判断される。一方の染色体情報21のグループの最大制約関数Gmax(x)が、他方の染色体情報21のグループの最大制約関数Gmax(x)よりも小さいと判断された場合(工程S837で、「Y」)、一方の染色体情報21のグループが優秀であると評価され、かつ、他方の染色体情報21のグループが劣悪であると評価される(工程S838)。
In step S837, the maximum constraint function Gmax (x) of one
また、一方の染色体情報21のグループ(本例では、第1グループ42a)の最大制約関数Gmax(x)と、他方の染色体情報21のグループ(本例では、第1グループ42a)の最大制約関数Gmax(x)とが同一であると判断された場合(工程S837で、「N」)、一対の染色体情報21、21のグループの優劣を評価できない。従って、一対の染色体情報21、21に、優秀なグループは存在しないと判断される(工程S839)。
Further, the maximum constraint function Gmax (x) of one
図31は、第4段階評価工程S834の処理手順の一例を示すフローチャートである。工程S832の判断により、少なくとも一つの染色体情報21のグループ(本例では、第1グループ42a)は、制約条件の許容値Ciを満たしていない。このため、本実施形態の第4段階評価工程S834では、先ず、一方の染色体情報21のグループの最大制約関数Gmax(x)が、他方の染色体情報21のグループの最大制約関数Gmax(x)よりも小さいか否かが判断される(工程S840)。
FIG. 31 is a flowchart showing an example of the processing procedure of the fourth stage evaluation step S834. According to the determination in step S832, at least one group of chromosome information 21 (in this example, the
一方の染色体情報21のグループ(本例では、第1グループ42a)の最大制約関数Gmax(x)が、他方の染色体情報21のグループ(本例では、第1グループ42a)の最大制約関数Gmax(x)よりも小さいと判断された場合(工程S840で、「Y」)、一方の染色体情報21のグループが優秀であると評価され、かつ、他方の染色体情報21のグループが劣悪であると評価される(工程S841)。
The maximum constraint function Gmax (x) of one group of chromosome information 21 (in this example, the
また、一方の染色体情報21のグループ(本例では、第1グループ42a)の最大制約関数Gmax(x)と、他方の染色体情報21のグループ(本例では、第1グループ42a)の最大制約関数Gmax(x)とが同一であると判断された場合(工程S840で、「N」)、グループ41の最大制約関数Gmax(x)では、一対の染色体情報21、21のグループの優劣を評価できない。このため、各グループ(本例では、第1グループ42a)で定義される各構造部材6の体積Fj(x)の合計値に基づいて、各グループ41の優劣が評価される(工程S842)。
Further, the maximum constraint function Gmax (x) of one
工程S842では、第3段階評価工程S833の工程S835と同様に、一方の染色体情報21のグループ(本例では、第1グループ42a)の体積Fj(x)の合計値が、他方の染色体情報21のグループ(本例では、第1グループ42a)の体積Fj(x)の合計値よりも小さいと判断された場合(工程S842で、「Y」)、一方の染色体情報21のグループが優秀であると評価され、かつ、他方の染色体情報21のグループが劣悪であると評価される(工程S843)。
In step S842, as in step S835 of the third stage evaluation step S833, the total value of the volumes Fj (x) of the group of one chromosome information 21 (in this example, the
一方の染色体情報21のグループ(本例では、第1グループ42a)の体積Fj(x)の合計値と、他方の染色体情報21のグループ(本例では、第1グループ42a)の体積Fj(x)の合計値とが同一であると判断された場合(工程S842で、「N」)、一対の染色体情報21、21のグループの優劣を評価できない。従って、一対の染色体情報21、21の双方に、優秀なグループ41が存在しないと判断される(工程S844)。
The total value of the volumes Fj (x) of the group of one chromosome information 21 (in this example, the
次に、第2評価工程S736は、全ての細分化されたグループ(本例では、第1グループ42a〜第4グループ42d、1階小梁グループ43a、及び、2階小梁グループ43b)について、優劣が評価されたか否かが判断される(工程S845)。全てのグループの優劣が評価されたと判断された場合(工程S845で、「Y」)、第2評価工程S736の一連の処理が終了する。他方、全てのグループの優劣が評価されていないと判断された場合(工程S845で、「N」)、新たな細分化されたグループ(例えば、第2グループ42b〜第4グループ42d、1階小梁グループ43a、又は、2階小梁グループ43b)が選択され(工程S846)、工程S831〜工程S845が再度実施される。これにより、第2評価工程S736では、一対の染色体情報21、21について、第2分類工程S735で分類された全てのグループ41(第1グループ42a〜第4グループ42d、1階小梁グループ43a、及び、2階小梁グループ43b)の優劣が判断されうる。
Next, the second evaluation step S736 is performed for all the subdivided groups (in this example, the
次に、交叉工程S73では、一対の染色体情報21、21(図23(a)に示す)に、優秀なグループ(本例では、第1グループ42a〜第4グループ42d、1階小梁グループ43a、又は、2階小梁グループ43b)がそれぞれ含まれるか否かが判断される(第2判断工程S737)。第2判断工程S737において、一対の染色体情報21、21のそれぞれに、優秀なグループが含まれると判断された場合(第2判断工程S737で、「Y」)、上述した生成工程S734が実施される。生成工程S734では、一対の染色体情報21、21のうち、優秀な第1グループ42a〜第4グループ42d、1階小梁グループ43a、及び、2階小梁グループ43bが組み合わされることにより、進化した新たな染色体情報21gが生成されうる。なお、第1グループ42a〜第4グループ42d、1階小梁グループ43a、及び、2階小梁グループ43bのうち、一部のグループに優秀なグループが存在しないと判断された場合、そのグループについては入れ替えられない。
Next, in the crossover step S73, an excellent group (in this example, the
このように、第1分類工程S731で分類されたグループ41では、一対の染色体情報21、21に優秀なグループ41がそれぞれ含まれなくても、グループ41がさらに細分化されることにより、グループの優劣を判断しやすくなる。これにより、染色体情報21を確実に進化させることができるため、構造部材6の配置又は断面の最適解を短時間で求めることができる。
In this way, in the
また、優秀なグループ41を構成する遺伝子の組合せが破壊されることなく、新たな染色体情報21にそのまま引き継がれるため、染色体情報21を効率良く進化させることができる。しかも、制約条件への影響度が相対的に大きい第1グループ42a〜第4グループ42d、1階小梁グループ43a、及び、2階小梁グループ43bが、新たな染色体情報21にそのまま引き継がれるため、染色体情報21をさらに効率良く進化させることができる。
In addition, since the combination of genes constituting the
第2判断工程S737において、一対の染色体情報21、21の一方のみに、優秀なグループ41が含まれると判断された場合(第2判断工程S737で、「N」)、一対の染色体情報21、21に含まれるグループ41を組み合せても、染色体情報21を進化させることができない。このため、本実施形態では、一対の染色体情報21、21について、コンピュータ1がランダム(無作為)に行う交叉、又は、突然変異が実施される(工程S738)。
In the second determination step S737, when it is determined that only one of the pair of
交叉は、従来と同様に、例えば、一点交叉又は多点交叉などでもよく、これらを組み合わされて実施されるものでもよい。一点交叉及び多点交叉には、例えば、予め固定された交叉位置、又はランダムに選択された交叉位置に基づいて、遺伝子が入れ替えられるものが含まれる。突然変異は、先ず、染色体情報21の遺伝子座22がランダムに選択される。そして、選択された遺伝子座22に格納されうる全ての遺伝子(例えば、対立遺伝子群に含まれる対立遺伝子)からランダムに選択された遺伝子に置換される。このような突然変異では、交叉とは異なり、染色体情報21に予め設定された遺伝子に限定されることなく、新たな遺伝子で染色体情報21が再構築される。従って、突然変異は、局所的な最適解に陥ることを防ぎうる。
The crossover may be, for example, a single point crossover or a multipoint crossover as in the past, or may be carried out by combining these. One-point crossover and multipoint crossover include, for example, those in which genes are replaced based on a crossover position fixed in advance or a crossover position selected at random. For the mutation, first, the
工程S738では、一対の染色体情報21、21に、優秀なグループが存在しなくても、コンピュータ1がランダムに行う交叉又は突然変異により、新たな染色体情報21を再構築することができるため、染色体情報21を効果的に進化させることができる。新たに生成された染色体情報21gは、新たな集団20(図14に示す)を構成する染色体情報21として、コンピュータ1に記憶される
In step S738, even if an excellent group does not exist in the pair of
本実施形態の工程S738は、第2判断工程S737において、一対の染色体情報21、21の一方のみに、優秀なグループ41が含まれると判断された場合(第2判断工程S737で、「N」)に実施されたが、これに限定されるわけではない。例えば、第1判断工程S733において、一対の染色体情報21、21の一方のみに、優秀なグループ41が含まれると判断された場合(第1判断工程S733で、「N」)に、第2分類工程S735〜第2判断工程S737を実施することなく、工程S738が実施されてもよい。これにより、第1判断工程S733後に、コンピュータ1がランダムに行う交叉又は突然変異が早い段階から実施されるため、局所的な最適解に陥るのを防ぎうる。
In the step S738 of the present embodiment, when it is determined in the second determination step S737 that only one of the pair of
また、本実施形態の交叉工程S73では、第2判断工程S737において、一対の染色体情報21、21の一方のみに、優秀なグループ41が含まれると判断された場合(第2判断工程S737で、「N」)に、コンピュータ1がランダムに行う交叉又は突然変異が実施される態様が例示されたが、これに限定されるわけではない。例えば、第2分類工程S735のグループよりもさらに細分化された複数のグループにそれぞれ分類する第3分類工程(図示省略)が実施されてもよい。この場合、さらに細分化された各グループの優劣を評価する第3評価工程(図示省略)、及び、一対の染色体情報21、21に、優秀なグループ41がそれぞれ含まれるか否かを判断する第3判断工程(図示省略)が実施されるのが望ましい。このようなグループの細分化により、優秀なグループをさらに判断しやすくなるため、構造部材6の配置又は断面の最適解を短時間で求めることができる。
In the crossover step S73 of the present embodiment, when it is determined in the second determination step S737 that only one of the pair of
次に、次世代集団生成工程S544では、交叉対象の全ての染色体情報21について、交叉が実施されたか否かが判断される(工程S74)。交叉対象の染色体情報21については、適宜選択される。本実施形態では、集団20を構成する染色体情報21の個数から、エリート群35を構成する染色体情報21の個数、及び、次の突然変異工程S76で生成される染色体情報21の個数を減じた個数分の染色体情報21が生成されるまで、交叉が実施される。
Next, in the next generation population generation step S544, it is determined whether or not crossover has been performed for all
交叉対象の全ての染色体情報21について、交叉が実施されたと判断された場合(工程S74で、「Y」)、次の突然変異を実施する工程S75〜工程S77が実施される。他方、交叉対象の全ての染色体情報21について、交叉が実施されていないと判断された場合(工程S74で、「N」)、工程S72及び交叉工程S73が再度実施される。これにより、交叉対象の全ての染色体情報21について、交叉が実施されるため、進化した複数の染色体情報21により、集団20が構成されうる。
When it is determined that crossover has been performed for all
次に、次世代集団生成工程S544では、集団20を構成する染色体情報21から、突然変異を実施する染色体情報21が選択される(工程S75)。本実施形態では、集団20を構成する全ての染色体情報21(エリート群35及び非エリート群36を含む)から、一つの染色体情報21がランダムに選択される。
Next, in the next generation population generation step S544, the
次に、次世代集団生成工程S544では、選択された染色体情報21について、突然変異が実施される(突然変異工程S76)。突然変異された新たな染色体情報21は、新たな集団20(図14に示す)を構成する染色体情報21として、コンピュータ1に記憶される。
Next, in the next generation population generation step S544, mutation is performed on the selected chromosome information 21 (mutation step S76). The mutated
次に、次世代集団生成工程S544では、突然変異対象の全ての染色体情報21について、突然変異が実施されたか否かが判断される(工程S77)。突然変異対象の全ての染色体情報21について、突然変異が実施されたと判断された場合(工程S77で、「Y」)、次世代集団生成工程S544の一連の処理が終了する。他方、突然変異対象の全ての染色体情報21について、突然変異が実施されていないと判断された場合(工程S77で、「N」)、工程S75及び突然変異工程S76が再度実施される。これにより、突然変異対象の全ての染色体情報21について、突然変異が実施されるため、進化した複数の染色体情報21により、集団20が構成されうる。
Next, in the next generation population generation step S544, it is determined whether or not mutation has been performed for all
以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。 As mentioned above, although especially preferable embodiment of this invention was explained in full detail, this invention is not limited to embodiment of illustration, It can deform | transform and implement in a various aspect.
[実施例A]
図4に示した処理手順に従って、耐力壁及び小梁を省いた2階建ての架構体(図6に示す)がコンピュータに設定され、耐力壁及び小梁の配置、並びに、大梁の断面の最適解が求められた(実施例1、比較例1、比較例2)。
[Example A]
In accordance with the processing procedure shown in FIG. 4, a two-story frame structure (shown in FIG. 6) with the bearing walls and small beams omitted is set in the computer, and the arrangement of the bearing walls and the small beams and the cross section of the large beam are optimized. Solutions were determined (Example 1, Comparative Example 1, Comparative Example 2).
実施例1の交叉工程では、図21、図24〜図26、及び、図29〜図31に示した手順に従って、一対の染色体情報が複数のグループに分類された。そして、各グループの優劣が評価され、優秀なグループが組合わされて新たな染色体情報が生成された。比較例1の交叉工程では、ランダム多点交叉が実施された。比較例2の交叉工程では、一点交叉が実施された。 In the crossover process of Example 1, a pair of chromosome information was classified into a plurality of groups according to the procedures shown in FIGS. 21, 24 to 26, and 29 to 31. The superiority or inferiority of each group was evaluated, and excellent chromosomes were combined to generate new chromosome information. In the crossover process of Comparative Example 1, random multipoint crossover was performed. In the crossover process of Comparative Example 2, one-point crossover was performed.
実施例1、比較例1及び比較例2について、上記のようなシミュレーションが10回ずつ実施された。そして、各回の最適化度が最も高い染色体情報(10個分)の目的関数(ペナルティ加算後の各構造部材の体積の合計値)が世代毎に求められ、それらの平均値が計算された。第0世代の目的関数の平均値を100として、実施例1、比較例1及び比較例2の平均値の指数が求められた。耐力壁、大梁及び小梁の種類等については、明細書に記載のとおりであり、共通仕様は、次のとおりである。
集団を構成する染色体情報の個数:50
エリート群の染色体情報の個数:1
交叉によって生成する染色体情報の個数:35
突然変異によって生成する染色体情報の個数:14
For Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the simulation as described above was performed 10 times each. And the objective function (total value of the volume of each structural member after penalty addition) of the chromosome information (for 10 pieces) with the highest degree of optimization was obtained for each generation, and the average value thereof was calculated. The index of the average value of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 was determined with the average value of the 0th generation objective function being 100. The types of bearing walls, large beams, and small beams are as described in the specification, and the common specifications are as follows.
Number of chromosome information constituting the group: 50
Number of chromosome information in the elite group: 1
Number of chromosome information generated by crossover: 35
Number of chromosome information generated by mutation: 14
テストの結果を、図32に示す。なお、図32では、0世代から100世代までのテスト結果を抜粋して表示している。テストの結果、実施例1は、比較例1及び比較例2に比べて、目的関数(ペナルティ加算後の各構造部材の体積の合計値)を、早期に低減させることができた。従って、実施例1は、耐力壁及び小梁の配置、並びに、大梁の断面の最適解を、短時間で求めることができた。 The test results are shown in FIG. In FIG. 32, test results from the 0th generation to the 100th generation are extracted and displayed. As a result of the test, compared with Comparative Example 1 and Comparative Example 2, Example 1 was able to reduce the objective function (total value of the volume of each structural member after penalty addition) at an early stage. Therefore, in Example 1, it was possible to obtain the optimum solution for the arrangement of the bearing walls and the small beams and the cross section of the large beam in a short time.
[実施例B]
図4に示した処理手順に従って、耐力壁及び小梁を省いた3階建ての架構体(図示省略)がコンピュータに設定され、耐力壁及び小梁の配置、並びに、大梁の断面の最適解が求められた(実施例2、比較例3、比較例4)。
[Example B]
In accordance with the processing procedure shown in FIG. 4, a three-story frame structure (not shown) with the bearing walls and small beams omitted is set in the computer, and the arrangement of the bearing walls and the small beams and the optimal solution for the cross section of the large beam are determined. It was determined (Example 2, Comparative Example 3, Comparative Example 4).
実施例2の交叉工程では、実施例1の交叉工程と同様に、図21、図24〜図26、及び、図29〜図31に示した手順に従って、一対の染色体情報が複数のグループに分類された。そして、各グループの優劣が評価され、優秀なグループが組合わされて新たな染色体情報が生成された。比較例3の交叉工程では、ランダム多点交叉が実施された。比較例4の交叉工程では、一点交叉が実施された。 In the crossover process of Example 2, as in the crossover process of Example 1, a pair of chromosome information is classified into a plurality of groups according to the procedures shown in FIGS. 21, 24 to 26, and FIGS. 29 to 31. It was done. The superiority or inferiority of each group was evaluated, and excellent chromosomes were combined to generate new chromosome information. In the crossover process of Comparative Example 3, random multipoint crossover was performed. In the crossover process of Comparative Example 4, one-point crossover was performed.
実施例2、比較例3及び比較例4について、上記のようなシミュレーションが10回ずつ実施された。そして、各回の最適化度が最も高い染色体情報(10個分)の目的関数(ペナルティ加算後の各構造部材の体積の合計値)が世代毎に求められ、それらの平均値が計算された。第0世代の目的関数の平均値を100として、実施例2、比較例3及び比較例4の平均値の指数が求められた。耐力壁、大梁及び小梁の種類等については、明細書に記載のとおりであり、共通仕様は、次のとおりである。
集団を構成する染色体情報の個数:50
エリート群の染色体情報の個数:1
交叉によって生成する染色体情報の個数:35
突然変異によって生成する染色体情報の個数:14
For Example 2, Comparative Example 3, and Comparative Example 4, the simulation as described above was performed 10 times each. And the objective function (total value of the volume of each structural member after penalty addition) of the chromosome information (for 10 pieces) with the highest degree of optimization was obtained for each generation, and the average value thereof was calculated. The index of the average value of Example 2, Comparative Example 3, and Comparative Example 4 was determined with the average value of the objective function of the 0th generation being 100. The types of bearing walls, large beams, and small beams are as described in the specification, and the common specifications are as follows.
Number of chromosome information constituting the group: 50
Number of chromosome information in the elite group: 1
Number of chromosome information generated by crossover: 35
Number of chromosome information generated by mutation: 14
テストの結果を、図33に示す。なお、図33では、0世代から100世代までのテスト結果を抜粋して表示している。テストの結果、実施例2は、比較例3及び比較例4に比べて、目的関数(ペナルティ加算後の各構造部材の体積の合計値)を、早期に低減させることができた。従って、実施例2は、3階の架構体においても、耐力壁及び小梁の配置、並びに、大梁の断面の最適解を、短時間で求めることができた。 The test results are shown in FIG. In FIG. 33, test results from the 0th generation to the 100th generation are extracted and displayed. As a result of the test, compared with Comparative Example 3 and Comparative Example 4, Example 2 was able to reduce the objective function (total value of the volume of each structural member after penalty addition) earlier. Therefore, Example 2 was able to obtain the optimum solution for the arrangement of the bearing walls and the small beams and the cross section of the large beams even in the 3rd-floor frame.
2 架構体
6 構造部材
21 染色体情報
41 グループ
2
Claims (9)
前記コンピュータが、前記構造部材の配置又は断面を特定するための数値情報である染色体情報の複数種類からなる集団を生成する工程と、
前記コンピュータが、前記集団を用いて、前記構造部材の配置又は断面の最適解を、遺伝的アルゴリズムに基づいて計算する最適化計算工程とを含み、
前記最適化計算工程は、前記集団から選択された一対の前記染色体情報について、各構造部材の配置又は断面を定義する遺伝子を入れ替えて新たな染色体情報を生成する交叉工程を含み、
前記交叉工程は、前記一対の染色体情報について、入れ替え対象となる前記遺伝子を含んだ複数のグループにそれぞれ分類する第1分類工程、
前記一対の染色体情報の各グループについて、製造コストが小さいグループを優秀と評価する第1評価工程、及び
前記一対の染色体情報のそれぞれに含まれる優秀なグループを組み合わせて、前記新たな染色体情報を生成する生成工程を含むことを特徴とする架構体の設計方法。
A method for designing, using a computer, a building frame including at least one structural member,
A step of generating a group consisting of a plurality of types of chromosome information, which is numerical information for specifying the arrangement or cross section of the structural member;
The computer includes an optimization calculation step of calculating an optimal solution of an arrangement or a cross section of the structural member based on a genetic algorithm using the population;
The optimization calculation step includes a crossover step of generating a new chromosome information by replacing a gene that defines an arrangement or a cross section of each structural member for the pair of chromosome information selected from the group,
The crossover step is a first classification step of classifying each of the pair of chromosome information into a plurality of groups including the gene to be replaced,
For each group of the pair of chromosome information , a first evaluation step for evaluating a group with a low manufacturing cost as excellent , and combining the excellent group included in each of the pair of chromosome information to generate the new chromosome information A structure design method including a generating step.
前記グループは、前記耐力要素の配置を定義する少なくとも一つの耐力要素遺伝子と、前記大梁の断面を定義する少なくとも一つの大梁遺伝子とを含む耐力要素・大梁グループ、及び
前記小梁の配置を定義する少なくとも一つの小梁遺伝子を含む小梁グループを含む請求項1乃至3のいずれかに記載の架構体の設計方法。 The structural member is disposed on a plurality of large beams that horizontally connect between the columns, a plurality of small beams that further divide the horizontal frame surrounded by the beams, and a vertical frame that is surrounded by the large beams and the columns. Bearing strength element,
The group defines a load-bearing element / beam group including at least one load-bearing element gene that defines an arrangement of the load-bearing elements and at least one beam beam gene that defines a cross-section of the beam. The frame structure designing method according to any one of claims 1 to 3, comprising a beam group including at least one beam beam gene.
前記第1判断工程において、前記一対の染色体情報のそれぞれに、前記優秀なグループが含まれると判断された場合に、前記生成工程が実施される請求項1乃至4のいずれかに記載の架構体の設計方法。 The crossover step further includes a first determination step of determining whether or not each of the excellent groups is included in the pair of chromosome information prior to the generation step,
5. The frame structure according to claim 1, wherein in the first determination step, the generation step is performed when it is determined that each of the pair of chromosome information includes the excellent group. Design method.
前記一対の染色体情報について、前記コンピュータがランダムに行う交叉、又は、突然変異を実施する工程をさらに含む請求項5に記載の架構体の設計方法。 In the crossover step, in the first determination step, when it is determined that the excellent group is included only in one of the pair of chromosome information,
6. The frame design method according to claim 5, further comprising a step of performing crossover or mutation performed randomly by the computer with respect to the pair of chromosome information.
前記一対の染色体情報について、前記第1分類工程のグループよりも細分化された複数のグループにそれぞれ分類する第2分類工程、及び
前記一対の染色体情報について、細分化された前記各グループの優劣を評価する第2評価工程をさらに含み、
前記第2分類工程及び前記第2評価工程は、前記生成工程に先立って実施される請求項5に記載の架構体の設計方法。 In the crossover step, in the first determination step, when it is determined that the excellent group is included only in one of the pair of chromosome information,
A second classification step of classifying the pair of chromosome information into a plurality of groups subdivided from the group of the first classification step; and A second evaluation step for evaluating,
The frame structure designing method according to claim 5, wherein the second classification step and the second evaluation step are performed prior to the generation step.
前記第2判断工程において、前記一対の染色体情報のそれぞれに、前記優秀なグループが含まれると判断された場合に、前記生成工程が実施される請求項7記載の架構体の設計方法。 The crossover step further includes a second determination step of determining whether the excellent group is included in the pair of chromosome information after the second evaluation step and before the generation step,
The frame design method according to claim 7, wherein in the second determination step, the generation step is performed when it is determined that the excellent group is included in each of the pair of chromosome information.
前記一対の染色体情報について、前記コンピュータがランダムに行う交叉、又は、突然変異を実施する工程をさらに含む請求項8に記載の架構体の設計方法。 In the crossover step, when it is determined in the second determination step that only one of the pair of chromosome information includes the excellent group,
The frame design method according to claim 8, further comprising a step of performing crossover or mutation performed randomly by the computer on the pair of chromosome information.
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