JP7334389B2 - 支持体の種別及び配置の最適化支援装置 - Google Patents
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Description
本発明は、支持体の種別及び配置の最適化支援装置に関する。
大地震などの地震動に対して建物の揺れを低減するための免震材料は、鉛コア入り積層ゴム免震材料などの多数の種類が存在する（特許文献１参照）。
また、建物の杭基礎としても同様に多数の種類が存在する。
そのため、建物設計における免震材料や杭基礎の選択や配置に関する行為は、建物の構造性能を大きく左右する重要な決定行為である。
また、建物の杭基礎としても同様に多数の種類が存在する。
そのため、建物設計における免震材料や杭基礎の選択や配置に関する行為は、建物の構造性能を大きく左右する重要な決定行為である。
しかし、免震材料や杭基礎の決定において、選択しうる膨大な免震材料や杭基礎の支持体の組合せの中から、制約条件を満足し、かつ、地震時に建物に発生する最大応答加速度や最大応答変位、免震材料のコストなどから優れたものの組合せを選び取る必要がある。
一方、地震時の建物の正確な応答予測が困難であることから、支持体の種別の選択や配置は、設計者の見識と経験に頼る部分が大きく、限られた設計時間の中で性能の優れた設計を実現することが困難である。
一方、地震時の建物の正確な応答予測が困難であることから、支持体の種別の選択や配置は、設計者の見識と経験に頼る部分が大きく、限られた設計時間の中で性能の優れた設計を実現することが困難である。
本発明は、設計者の見識と経験に頼らず、免震材料や杭基礎の支持体の種別の選択と配置とを効率的に行うことを可能にすることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の支持体の種別及び配置の最適化支援装置は、建物に関する情報である建物情報と、使用する支持体に関する支持体情報とを受け付ける受付部と、前記受付部により受け付けられた前記建物情報に対して、前記支持体情報に含まれる前記支持体の組合せを変えつつ応答解析を行う解析部と、前記建物が満たすべき所定の建物制約条件を満たした中で、前記解析部の解析結果のうち予め定められた指標の最もスコアの高い前記支持体の組合せを保存する保存部と、予め定められた支持体の配置位置への前記支持体の選択を受け付ける選択部と、前記選択部により選択された前記支持体の配置位置と、前記保存部に保存された最もスコアの高い支持体の組合せから抽出される前記支持体の設計に影響する値とにより、選択された当該支持体の検定に影響する値を算出すると共に、当該算出に使用された前記支持体の配置位置へ選択された当該支持体の組合せから抽出される前記支持体の性能に影響する要素と、前記保存部に保存された最もスコアの高い支持体の組合せから抽出される当該支持体の性能に影響する要素と、の差が最小となる前記支持体の配置に関する最適化問題を解くことで、適正な支持体の種別及び支持体の配置の最終採用解を算出する算出部と、前記算出部により算出された適正な支持体の種別及び支持体の配置の最終採用解に関する情報を出力する情報出力部と、を含む。
これにより、設計者の見識と経験に頼らず、免震材料や杭基礎の支持体の選択と配置とを効率的に行うことができる。
また、免震材料や杭基礎の支持体の種別の選択と配置を仮決定した後、応答解析をして所定の性能を満たすか判断する場合に比べ、事前に目標とする性能を確定することで、応答解析をした後に所定の性能を満たさない場合に必要となる設計フローの手戻りを防止することができる。
すなわち、免震材料や杭基礎の支持体の種別の選択と配置を仮決定した後、応答解析をして所定の性能を満たすか判断する場合は、所定の性能を満たさない場合に、再度免震材料や杭基礎の選択と配置を仮決定し、応答解析をして所定の性能を満たすかを判断する、という処理を所定の性能を満たす免震材料や杭基礎の選択と配置とが見つかるまで繰り返す必要があり、多くの時間や労力がかかっていた。
このため、本発明では、応答解析を事前に行い、目標とする性能を確定しておくことで、所定の性能を満たす免震材料や杭基礎の支持体の種別の選択と配置とが見つかるまで設計を繰り返す必要をなくすことが可能となる。
前記建物情報には、少なくとも建物の面積、階数が含まれる。
これにより、受け付けられた建物情報を元に支持体の配置を算出することが可能となる。
これにより、受け付けられた建物情報を元に支持体の配置を算出することが可能となる。
前記支持体の設計に影響する値は、少なくとも層せん断力係数、又は転倒モーメントが含まれる。
前記支持体は、免震材料であり、差が最小となる前記免震材料としての前記支持体の配置は、前記免震材料に生じる長期軸力と、短期軸力と、免震層全体の偏心率とを支持体制約条件とし、前記保存部に保存された前記免震材料としての前記支持体の性能に影響する要素のうち、特定の変位での免震層の層せん断力と、前記選択部により選択された前記免震材料としての前記支持体の配置に基づいて算出された特定の変位での免震層の層せん断力との差を変数とする目的関数として、前記最適化問題を解くことを特徴とする。
これにより、最適化問題を解くことで、差が最小となる支持体の配置を算出することが可能となる。
本発明によれば、設計者の見識と経験に頼らず、免震材料や杭基礎の支持体の種別の選択と配置とを効率的に行うことができる、という効果が得られる。
本発明の実施形態について詳細に説明する。
＜本発明の実施形態に係る免震材料（支持体）の種別及び配置の最適化支援装置のシステム構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る免震材料の種別及び配置の最適化支援装置１００の構成の一例を示すブロック図である。免震材料の種別及び配置の最適化支援装置１００は、機能的には、図１に示されるように、データ入力部１０、コンピュータ２０、及び出力部３０を含んだ構成で表すことができる。
図１は、本発明の実施形態に係る免震材料の種別及び配置の最適化支援装置１００の構成の一例を示すブロック図である。免震材料の種別及び配置の最適化支援装置１００は、機能的には、図１に示されるように、データ入力部１０、コンピュータ２０、及び出力部３０を含んだ構成で表すことができる。
データ入力部１０は、後述する解析部が使用するデータを入力するものである。データ入力部１０は、例えばキーボード、マウス、又は外部装置からの入力を受け付ける入出力装置等によって実現される。
本実施形態では、まず、建物に関する建物情報として、少なくとも建物の面積、階数と、使用する支持体情報として、少なくとも使用される免震材料の候補のリストである免震材料リスト、免震材料リストに含まれる免震材料の使用比率（免震材料の組合せ）の検討範囲を決定し、設計者がデータ入力部１０を用いて入力する。
また、建物情報として、建物が満たすべき所定の建物制約条件、例えば、最大応答加速度や最大応答変位、層間変形角を設計者がデータ入力部１０を用いて入力する。
ここで、図２（ａ）は、免震材料Ｘが配置された構造物Ｂの正面図であり、図２（ｂ）は、免震材料の配置を説明するために、免震材料Ｘの配置を平面図で示しているものである。
ここで、図２（ａ）は、免震材料Ｘが配置された構造物Ｂの正面図であり、図２（ｂ）は、免震材料の配置を説明するために、免震材料Ｘの配置を平面図で示しているものである。
なお、本実施形態では構造物Ｂとして４×９スパンの長方形の建物を想定しているが、これに限定されず、様々な建物、例えば、４×４スパンの正方形の建物や、長方形の建物を組み合わせたＬ字状の建物などであっても良い。
図３は、免震材料リストの一例を説明するための説明図である。
本実施形態では、図３に示す免震材料リストを、設計者がデータ入力部１０を用いて入力する。
本実施形態では、図３に示す免震材料リストを、設計者がデータ入力部１０を用いて入力する。
具体的には、使用される支持体として、高減衰ゴム系積層ゴム（ＨＤＲＢのＸ４）のＨＤＲＢ１Ｘ４（直径１３００mm）、ＨＤＲＢ２Ｘ４（直径１４００mm）、ＨＤＲＢ３Ｘ４（直径１５００mm）、ＨＤＲＢ４Ｘ４（直径１６００mm）、高減衰ゴム系積層ゴム（ＨＤＲＢのＸ６）のＨＤＲＢ１Ｘ６（直径１３００mm）、ＨＤＲＢ２Ｘ６（直径１４００mm）、ＨＤＲＢ３Ｘ６（直径１５００mm）、ＨＤＲＢ４Ｘ６（直径１６００mm）、天然ゴム系積層ゴム（ＮＲＢ）のＮＲＢ１（直径８００mm）、ＮＲＢ２（直径８５０mm）、ＮＲＢ３（直径９００mm）、ＮＲＢ４（直径１０００mm）、ＮＲＢ５（直径１１００mm）、ＮＲＢ６（直径１２００mm）、ＮＲＢ７（直径１３００mm）、ＮＲＢ８（直径１４００mm）、すべり支承（低摩擦弾性すべり支承）のＳＢ（Ｌ）１（直径１０００mm）、ＳＢ（Ｌ）２（直径１１００mm）、ＳＢ（Ｌ）３（直径１２００mm）、減衰装置、の２０種類が免震材料リストに記載されている。
ここで、高減衰ゴム系積層ゴムの「ＨＤＲＢ１のＸ４」と「ＨＤＲＢ１のＸ６」とは、使用されるゴムの材料が異なるものである。また、減衰装置は免震層に減衰作用（地震エネルギーの吸収作用）を与えるものであり、オイルダンパー、減衰こま、金属ダンパー等を含む。
また、建物とは、下部構造体と上部構造体との相互間の免震層に免震装置（免震材料）が介装されることにより、下部構造体に対して上部構造体を、異なる方向又は異なる量で水平方向に変位可能となるように構成された免震構造体である。免震装置（免震材料）は免震層に設置されている。また、免震構造体は、固有周期を長周期化することによる地震動入力の低減と、免震層に変形を集中させて地震エネルギーの効率的な吸収を両立するシステムである。よって、免震層を構成する免震装置（免震材料）の種別の選択と配置とを効率的に行うことである。
なお、免震材料リストとしては、上述した２０種類に限定されず、他の種類の免震材料を選択しても良いし、又、２０種類より多い免震材料から選択しても良いし、２０種類より少ない免震材料から選択しても良い。
図４は、免震材料の使用比率を説明するための説明図である。
具体的には、「ＮＲＢ（天然ゴム系積層ゴム）の長期軸力分担比率」は、ＮＲＢ（天然ゴム系積層ゴム）が分担する長期軸力の比率であり、「ＨＤＲＢのＸ６（高減衰ゴム系積層ゴム，Ｘ６型）の長期軸力分担比率」は、ＨＤＲＢのＸ６（高減衰ゴム系積層ゴム，Ｘ６型）が分担する長期軸力の比率であり、「ＨＤＲＢのＸ４（高減衰ゴム系積層ゴム，Ｘ４型）の長期軸力分担比率」は、ＨＤＲＢのＸ４（高減衰ゴム系積層ゴム，Ｘ４型）が分担する長期軸力の分担比率であり、「ＳＢ（Ｌ）（低摩擦弾性すべり支承）の長期軸力分担比率」は、ＳＢ（Ｌ）（低摩擦弾性すべり支承）が分担する長期軸力の分担比率である。
具体的には、「ＮＲＢ（天然ゴム系積層ゴム）の長期軸力分担比率」は、ＮＲＢ（天然ゴム系積層ゴム）が分担する長期軸力の比率であり、「ＨＤＲＢのＸ６（高減衰ゴム系積層ゴム，Ｘ６型）の長期軸力分担比率」は、ＨＤＲＢのＸ６（高減衰ゴム系積層ゴム，Ｘ６型）が分担する長期軸力の比率であり、「ＨＤＲＢのＸ４（高減衰ゴム系積層ゴム，Ｘ４型）の長期軸力分担比率」は、ＨＤＲＢのＸ４（高減衰ゴム系積層ゴム，Ｘ４型）が分担する長期軸力の分担比率であり、「ＳＢ（Ｌ）（低摩擦弾性すべり支承）の長期軸力分担比率」は、ＳＢ（Ｌ）（低摩擦弾性すべり支承）が分担する長期軸力の分担比率である。
図４に示す比率ａは、ゴム系の免震材料（ＨＤＲＢとＮＲＢ）とすべり支承とのうち、ゴム系の免震材料（ＨＤＲＢとＮＲＢ）が分担する長期軸力の分担比率である。
ここで、比率ａは、０．５～１．０の範囲内で、０．１刻みで変動させる。すなわち、ゴム系の免震材料（ＨＤＲＢとＮＲＢ）で「５０％」から「１００％」の範囲で「１０％」ずつ変動させて免震材料の組合せを作成する。
ここで、比率ａは、０．５～１．０の範囲内で、０．１刻みで変動させる。すなわち、ゴム系の免震材料（ＨＤＲＢとＮＲＢ）で「５０％」から「１００％」の範囲で「１０％」ずつ変動させて免震材料の組合せを作成する。
また、図４に示す比率ｂは、比率ａのうち、天然ゴム系積層ゴム（ＮＲＢ）の長期軸力の分担比率である。
ここで、比率ｂは、０．０～１．０の範囲内で、０．２刻みで変動させる。すなわち、比率ａのうち、天然ゴム系積層ゴムで比率ａの「０」、「２０％」、「４０％」、「６０％」、「８０％」、「１００％」の６パターンで免震材料の組合せを作成する。
ここで、比率ｂは、０．０～１．０の範囲内で、０．２刻みで変動させる。すなわち、比率ａのうち、天然ゴム系積層ゴムで比率ａの「０」、「２０％」、「４０％」、「６０％」、「８０％」、「１００％」の６パターンで免震材料の組合せを作成する。
また、図４に示す比率ｃは、「１．０－比率ｂ」すなわち、比率ａのうち高減衰ゴム系積層ゴム（ＨＤＲＢ）の長期軸力の分担比率のうち、ＨＤＲＢ１のＸ６の長期軸力の分担比率である。
ここで、比率ｃは、０．０～１．０の範囲内で、０．２刻みで変動させる。すなわち、「１．０－比率ｂ」のうち、ＨＤＲＢ１のＸ６の「０％」、「２０％」、「４０％」、「６０％」、「８０％」、「１００％」の６パターンで免震材料の組合せを作成する。
ここで、比率ｃは、０．０～１．０の範囲内で、０．２刻みで変動させる。すなわち、「１．０－比率ｂ」のうち、ＨＤＲＢ１のＸ６の「０％」、「２０％」、「４０％」、「６０％」、「８０％」、「１００％」の６パターンで免震材料の組合せを作成する。
例えば、比率ａを０．８とした場合は、１．０－比率ａから、すべり支承の長期軸力分担比率が０．２となる。また、比率ｂを０．６とした場合は、１．０－比率ｂから、高減衰ゴム系積層ゴムの長期軸力分担比率が０．４となる。また、比率ｃを１．０とした場合は、１．０－比率ｃからＨＤＲＢのＸ４の長期軸力分担比率が０．０となる。これらの分担比率から使用比率を求めると、「ＮＲＢ（天然ゴム系積層ゴム）の長期軸力分担比率」が０．４８、「ＨＤＲＢのＸ６（高減衰ゴム系積層ゴム，Ｘ６型）の長期軸力分担比率」が０．３２、「ＨＤＲＢのＸ４（高減衰ゴム系積層ゴム，Ｘ４型）の長期軸力分担比率」が０．０、ＳＢ（Ｌ）の長期軸力分担比率が０．２となる。
なお、比率ａ、比率ｂ、比率ｃの変動させる範囲は、図４に示すものに限定されず、又、変動させる刻みについても、図４に示すものに限定されない。
「減衰装置基数」は、使用する減衰装置の数である。
ここで、減衰装置基数は「０」～「８」の範囲であり、「２」刻みで変動させる。すなわち、減衰装置を使用しない場合を「０」、減衰装置を２個使用する場合を「２」、減衰装置を４個使用する場合を「４」、減衰装置を６個使用する場合を「６」、減衰装置を８個使用する場合を「８」として免震材料の組合せを作成する。
ここで、減衰装置基数は「０」～「８」の範囲であり、「２」刻みで変動させる。すなわち、減衰装置を使用しない場合を「０」、減衰装置を２個使用する場合を「２」、減衰装置を４個使用する場合を「４」、減衰装置を６個使用する場合を「６」、減衰装置を８個使用する場合を「８」として免震材料の組合せを作成する。
また、図４に示す例では、免震材料の長期軸力に対する基準検定比が０．９となるように設定されている。
図５は、免震材料の組合せを説明するための説明図である。
ここで、データ入力部１０で入力された免震材料の組合せ（免震材料の使用比率）は、後述する配置記憶部２６にＩＤと関連づけられて記憶されることとなる。
ここで、データ入力部１０で入力された免震材料の組合せ（免震材料の使用比率）は、後述する配置記憶部２６にＩＤと関連づけられて記憶されることとなる。
具体的には、免震材料の組合せは、図４に示す免震材料の使用比率を異ならせることで定められている。
そのため、「ＮＲＢの長期軸力分担比率」が６パターン、「ＨＤＲＢのＸ６の長期軸力分担比率」が６パターン、「ＨＤＲＢのＸ４の長期軸力分担比率」が６パターン、「減衰装置基数」が５パターンであるため、１０８０パターンの免震材料の組合せが設定される。
図５に示すように、ＩＤ「１」の免震材料の組合せ（免震材料の使用比率）では、図４の比率ａを「０．５」、図４の比率ｂを「０．０」、図４の比率ｃを「０．０」、減衰装置基数を「０」とした場合の例である。
すなわち、図４の比率ａが「５０％」であり、図４の比率ｂが「０」であり、図４の比率ｃが「０」であり、減衰装置基数が「０」であることを示している。
なお、軸力の残りの「５０％」はすべり支承で受けることとなる。
なお、軸力の残りの「５０％」はすべり支承で受けることとなる。
図５に示すように、ＩＤ「３」の免震材料の組合せ（免震材料の使用比率）では、図４の比率ａを「０．５」、図４の比率ｂを「１．０」、図４の比率ｃを「０．０」、減衰装置基数を「０」とした場合の例である。
すなわち、図４の比率ａが「５０％」であり、図４の比率ｂが「５０％」の「１．０」、すなわち、「１００％」であり、ＨＤＲＢは使用せず、すべてＮＲＢを使用し、図４の比率ｃが「０」、すなわち、ＨＤＲＢは使用しないことから、Ｘ４もＸ６も使用せず、減衰装置は使用しないことを示している。
なお、軸力の残りの「５０％」はすべり支承で受けることとなる。
なお、軸力の残りの「５０％」はすべり支承で受けることとなる。
また、データ入力部１０は、後述する算出部２７が使用するデータを入力するものである。
本実施の形態では、予め定められた免震材料の配置位置に免震材料を選択し、選択した免震材料（以下、「免震材料の選択情報」という場合がある。）を入力する。
本実施の形態では、予め定められた免震材料の配置位置に免震材料を選択し、選択した免震材料（以下、「免震材料の選択情報」という場合がある。）を入力する。
例えば、図６に示すように、構造物として、４×９スパンの上部建物を想定し、４×９の計３６個（位置「１」～「３６」）を予め免震材料の配置位置として定め、免震材料リスト（図３参照）から選択し免震材料（情報）を入力する。
ここで、配置の対称性からグルーピングを行い、長期軸力に対する検定比が、０．６以上、１．０以下、となるもののみ選択候補に残すフィルタリングを行った。また、外周に面しない位置はすべり支承が選択されないこととした。このため、本実施の形態では、総組み合わせは、７．９６×１０６パターンとなり、当該パターン分のデータが入力される。
なお、設計者がデータ入力部１０を使用して、免震材料の配置位置に免震材料を入力する場合の他、後述するコンピュータ２０のＣＰＵが免震材料リストから選択する場合も含むものである。
グルーピングは、例えば、図６に示すように、位置「２」「８」「２９」「３５」に配置される免震材料のグループ１（Ｇｒ１）、位置「３」「７」「３０」「３４」に配置される免震材料のグループ２（Ｇｒ２）、位置「４」「６」「３１」「３３」に配置される免震材料のグループ３（Ｇｒ３）、位置「５」「３２」に配置される免震材料のグループ４（Ｇｒ４）、位置「１」「９」「２８」「３６」に配置される免震材料のグループ５（Ｇｒ５）、位置「１０」「１８」「１９」「２７」に配置される免震材料のグループ６（Ｇｒ６）、位置「１１」「１７」「２０」「２６」に配置される免震材料のグループ７（Ｇｒ７）、位置「１２」「１６」「２１」「２５」に配置される免震材料のグループ８（Ｇｒ８）、位置「１３」「１５」「２２」「２４」に配置される免震材料のグループ９（Ｇｒ９）、位置「１４」「２３」に配置される免震材料のグループ１０（Ｇｒ１０）、に分けるように行われる。
そのため、グループ１～６には、免震材料「ＨＤＲＢ１Ｘ４」～「ＨＤＲＢ４Ｘ４」、「ＨＤＲＢ１Ｘ６」～「ＨＤＲＢ４Ｘ６」、「ＮＲＢ１」～「ＮＲＢ８」の１６種類から選択し、グループ７～１０は、免震材料「ＨＤＲＢ１Ｘ４」～「ＨＤＲＢ４Ｘ４」、「ＨＤＲＢ１Ｘ６」～「ＨＤＲＢ４Ｘ６」、「ＮＲＢ１」～「ＮＲＢ８」、「ＳＢ（Ｌ）１」～「ＳＢ（Ｌ）３」の１９種類から選択することとなる。
例えば、グループ１には免震材料「ＨＤＲＢ１Ｘ４」を、グループ２には免震材料「ＮＲＢ１」を、グループ３には免震材料「ＮＲＢ１」を、グループ４には免震材料「ＮＲＢ１」を、グループ５には免震材料「ＮＲＢ１」を、グループ６には免震材料「ＮＲＢ１」を、グループ７には免震材料「ＨＤＲＢ２Ｘ６」を、グループ８には免震材料「ＨＤＲＢ２Ｘ６」を、グループ９には免震材料「ＳＢ（Ｌ）１」を、グループ１０には免震材料「ＳＢ（Ｌ）１」を、選択して入力する。
なお、免震材料の配置位置をグルーピングして、グループ毎に免震材料を選択する場合に限定されず、位置「１」に免震材料「ＮＲＢ１」を、位置「２」に免震材料「ＨＤＲＢ１Ｘ４」を、というように、免震材料の配置位置毎に免震材料を選択しても良い。
また、データ入力部１０で入力された免震材料の選択情報は、図示しないが、後述する配置記憶部２６にＩＤと関連づけられて記憶されることとなる。
コンピュータ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、各処理ルーチンを実現するためのプログラム等を記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、記憶手段としてのメモリ、ネットワークインタフェース等を含んで構成されている。コンピュータ２０は、機能的には、受付部２１と、記憶部２２と、解析部２３と、保存部２４と、選択部２５と、配置記憶部２６と、算出部２７と、情報出力部２８とを備えている。
受付部２１は、データ入力部１０により入力された建物情報と免震材料の選択情報とを受け付ける。
記憶部２２には、受付部２１によって受け付けられた建物情報と免震材料情報とが記憶される。例えば、図３に示すように、免震材料リストが記憶されるとともに、図５に示すように、免震材料の組合せ（免震材料の使用比率）も、ＩＤと関連づけられて記憶される。
解析部２３は、受付部２１により受け付けられた建物情報に対して、免震材料の組合せ（免震材料の使用比率）を変えつつ応答解析を行うものである。
具体的には、図５に示す免震材料の組合せ毎に応答解析を行い、すべての免震材料の組合せ、本実施の形態では、１０８０パターン、について応答解析を行う。
具体的には、図５に示す免震材料の組合せ毎に応答解析を行い、すべての免震材料の組合せ、本実施の形態では、１０８０パターン、について応答解析を行う。
図７は、種々の使用比率ごとの支持体の性能に影響する値についてグラフ化したものである。グラフの縦軸は免震層の層せん断力（kN）、横軸は免震層の最大応答変位（mm）であり、「Ｘ６」が図４、図５の「比率ａ」、「ＮＲＢ」が「比率ｂ」、「Ｘ４」が「比率ｃ」、「ＳＢ」が「すべり支承」が、それぞれ引き受ける免震層の層せん断力であり、「ＴＯＴＡＬ」が合計である。
例えば、ＩＤ「１」の免震材料の組合せの解析結果をグラフ（ａ）、ＩＤ「２」の免震材料の組合せの解析結果を（ｂ）、ＩＤ「３」の免震材料の組合せの解析結果を（ｃ）、ＩＤ「４」の免震材料の組合せの解析結果を（ｄ）、ＩＤ「４」の免震材料の組合せの解析結果を（ｅ）、ＩＤ「４」の免震材料の組合せの解析結果を（ｆ）に、それぞれ示す。
そして、すべての免震材料の組合せの「ＴＯＴＡＬ」を描画したグラフを図８に示す。このうち、太線で表した免震材料の組合せが、後述するが、保存部２４で保存される最もスコアの高い免震材料の組合せである。
なお、応答解析に、機械学習や深層学習などによる応答推定を組み合わせても良い。
図９は、すべての解析部２３の解析結果をプロットした結果を示す説明図である。横軸は１００％時等価周期（秒）、縦軸は一層での最大応答転倒モーメント（ｋＮ・ｍ）を表している。
ここでは、図９において免震層の最大応答変位が５５ｃｍ以下で、縦軸の一層での最大応答転倒モーメントが小さくなる解析結果のＩＤ、具体的には、図９において点線で囲まれた複数の解析結果が、保存部２４で保存される最もスコアの高い免震材料の組合せの候補となる。
ここでは、図９において免震層の最大応答変位が５５ｃｍ以下で、縦軸の一層での最大応答転倒モーメントが小さくなる解析結果のＩＤ、具体的には、図９において点線で囲まれた複数の解析結果が、保存部２４で保存される最もスコアの高い免震材料の組合せの候補となる。
保存部２４は、建物が満たすべき所定の建物制約条件を満たした中で、予め定められた指標により解析部２３の解析結果をスコア化し、その解析結果のうち最もスコアの高い免震材料の組合せを保存するものである。
ここで、建物が満たすべき所定の建物制約条件は、最大応答加速度や最大応答変位、層間変形角が所定の範囲内に収まることであるが、これに限定されず、他の制約条件であっても良い。
また、予め定められた指標は、転倒モーメント、上部建物の層せん断力係数、コストなどがある。
なお、予め定められた指標は、上述のすべてのものを採用する場合に限定されず、一部のみ採用しても良いし、又、他のものを指標として採用しても良い。
なお、予め定められた指標は、上述のすべてのものを採用する場合に限定されず、一部のみ採用しても良いし、又、他のものを指標として採用しても良い。
また、スコアが最も高い免震材料の組合せを決定する方法としては、既知の方法を採用して行えば良いため、特に限定はしないが、例えば、設計者が、免震材料の組合せの解析結果の転倒モーメント、上部建物の層せん断力係数、コストについて予め定めポイント化しておき、最もスコアの高い支持体の組合せを決定するようにしている。
なお、ポイント化については、性能に重み付けをおいた場合と、コストに重み付けをおいた場合とで、最もスコアの高い免震材料の組合せが変わるように設定しておいても良い。
例えば、性能に重み付けをおいた場合は、転倒モーメントや、上部建物の層せん断力係数に優れた免震材料の組合せに高ポイントを付与することや、コストに重み付けをおいた場合は、コストの安い免震材料の組合せに高ポイントを付与すること、などが考えられる。
次に、本実施の形態では、ＩＤ「１５」が、最もスコアが高い免震材料の組合せであることが決定されて、当該ＩＤ「１５」の免震材料の組合せが保存部２４に保存された場合について説明する。
なお、最もスコアの高い免震材料の組合せが保存される際には、当該免震材料の組合せに換えて、当該免震材料の組合せから免震材料の設計に影響する値、例えば、転倒モーメント、免震層の最大応答変位、及び免震材料の性能に影響する値、例えば、特定の変位での免震層の層せん断力を抽出し、当該抽出された転倒モーメント、免震層の最大応答変位、特定の変位での免震層の層せん断力を保存するようにしても良い。
選択部２５は、データ入力部１０により入力された又はＣＰＵにより選択された、免震材料の配置位置への免震材料の選択情報を受け付ける。
なお、選択部２５を備えず、受付部２１が兼用するようにしても良い。
なお、選択部２５を備えず、受付部２１が兼用するようにしても良い。
算出部２７は、選択部２５により選択された免震材料の配置位置と、保存部２４に保存された最もスコアの高い免震材料の組合せから抽出される免震材料の設計に影響する値とにより、選択された免震材料の検定に影響する値を算出すると共に、当該算出に使用された免震材料の配置位置へ選択された当該免震材料の組合せから抽出される免震材料の性能に影響する要素と、保存部２４に保存された最もスコアの高い免震材料の組合せから抽出される免震材料の性能に影響する要素と、の差が最小となる免震材料の配置に関する最適化問題を解くことで、適正な支持体の種別及び支持体の配置の最終採用解を算出する。
ここで、免震材料の検定に影響する値は、例えば、免震材料に生じる長期軸力の検定比と、短期軸力の検定比と、偏心率である。これらの値は、保存部２４に保存されている解析部２３で実施した応答解析の結果のうち、最もスコアが高い免震材料の組合せから得られる免震材料の設計に影響する値（転倒モーメント、免震層の最大応答変位）と、選択部２５により選択された免震材料の配置位置とに基づいて算定される。
ここで、最適化問題を解く際に用いられる免震材料の性能に影響する要素は、例えば、特定の変位での層せん断力である。そして、後述するように、免震材料の性能に影響する要素の一例である層せん断力の差が最小となる免震材料の配置を、最適化問題を解くことで決定する。
なお、これ等の免震材料の性能に影響する要素は、特定の変位での層せん断力に限定されず、例えば、偏心率、長期軸力、短期軸力などであっても良く、又、これらの複数の組合せであっても良い。
なお、これ等の免震材料の性能に影響する要素は、特定の変位での層せん断力に限定されず、例えば、偏心率、長期軸力、短期軸力などであっても良く、又、これらの複数の組合せであっても良い。
差が最小となる免震材料の配置は、選択された免震材料の検定に影響する値を支持体制約条件とし、保存部２４に保存された免震材料の性能に影響する要素のうち、特定の変位での層せん断力と、選択部２５により選択された免震材料の配置に基づいて算出された特定の変位での層せん断力との差を変数とする目的関数として、最適化問題を解くことで算出される。
かかる最適化問題は、図１０に示す式（二乗和平方根）で定式化される。
ここで、ｄＨは、「１００％変形時における高減衰ゴム系積層ゴムのＸ６の層せん断力のＩＤ＝１５との比」と１との差であり、ｄＮは、「１００％変形時における天然ゴム系積層ゴムの層せん断力のＩＤ＝１５との比」と１との差であり、ｄＳは、「１００％変形時におけるすべり支承の層せん断力のＩＤ＝１５との比」と１との差である。
ここで、ｄＨは、「１００％変形時における高減衰ゴム系積層ゴムのＸ６の層せん断力のＩＤ＝１５との比」と１との差であり、ｄＮは、「１００％変形時における天然ゴム系積層ゴムの層せん断力のＩＤ＝１５との比」と１との差であり、ｄＳは、「１００％変形時におけるすべり支承の層せん断力のＩＤ＝１５との比」と１との差である。
特定の変位は上記の例では１００％であったが、いくつかの変位（５％，２００％など）でも良く、又、その組み合わせでも良い。
また、最適化問題に、免震材料の種類数やコストなど別の指標を加えても良い。ここで、種類数は少ない方が建物の制作がし易いため望ましい。
また、最適化問題に、免震材料の種類数やコストなど別の指標を加えても良い。ここで、種類数は少ない方が建物の制作がし易いため望ましい。
支持体制約条件は、長期軸力と、短期軸力と、偏心率とであり、具体的には、長期軸力が、検定比上限値１．０、下限値０．６、短期軸力が、検定比上限値１．０、下限値は、免震材料の免震性能が過大にならない限り、０（ゼロ）に近い値であっても好適であり、例えば、０．１、免震層の最大応答変位５５０mm時に固定、偏心率が、５mm変形時、１００mm変形時、４００mm変形時に３％未満である。
すなわち、上述した解析部２３で実際の設計で目標とする性能を確定して保存部２４に保存し、算出部２７で選択部２５により選択された免震材料の組合せから目標とする性能に近い免震材料の組合せを探すこととなる。
かかる最適化は、例えば、離散的最適化手法を用いて解くが、手法については、他の手法であっても良いし、又、複数の手法を組み合わせても良い。
情報出力部２８は、算出部２７によって算出された適正な免震材料の種別及び免震材料の配置の最終採用解に関する情報を出力する。
ここで、出力される適正な免震材料の種別及び免震材料の配置の最終採用解に関する情報としては、グループ１には免震材料「ＮＲＢ１」を、グループ２には免震材料「ＨＤＲＢ１Ｘ４」を、というような形式の免震材料の種別及び免震材料の配置に関する情報が出力される。
なお、かかる最終採用解に関する情報の出力としては、グループ毎の免震材料ではなく、位置「１」には免震材料「ＮＲＢ１」を、位置「２」には免震材料「ＨＤＲＢ１Ｘ４」を、というように位置毎に配置する免震材料を出力するようにしても良い。
免震材料の種別及び配置の最適化支援装置のユーザである設計者は、出力された免震材料の種別及び免震材料の配置を参考にして、対象の構造物の免震材料の種別及び免震材料の配置を決定する。
なお、出力される免震材料の種別及び免震材料の配置に関する情報は、１パターンに限定されず、複数パターン出力されても良い。
このような複数パターン出力される場合であっても、設計者が、複数の出力された免震材料の種別及び免震材料の配置を参考にして、対象の構造物の免震材料の種別及び免震材料の配置を決定することとなる。
このような複数パターン出力される場合であっても、設計者が、複数の出力された免震材料の種別及び免震材料の配置を参考にして、対象の構造物の免震材料の種別及び免震材料の配置を決定することとなる。
出力部３０は、情報出力部２８によって出力された、免震材料の種別及び免震材料の配置に関する情報を結果として出力する。例えば、出力部３０は、ディスプレイによって実現される。
免震材料の種別及び免震材料の配置を設計する設計者は、出力部３０によって出力された免震材料の種別及び免震材料の配置に関する情報を確認し、対象の構造物の免震材料の種別及び免震材料の配置を決定する際の参考にする。そして、設計者は、最終的な免震材料の種別及び免震材料の配置を決定すると、実際の建設工事が行われる。
＜免震材料の種別及び配置の最適化支援装置の作用＞
つぎに、免震材料の種別及び配置の最適化支援装置１００の作用を説明する。免震材料の種別及び配置の最適化支援装置１００は、免震材料の種別及び配置の最適化支援処理ルーチン１と免震材料の種別及び配置の最適化支援処理ルーチン２とを実行する。
＜免震材料の種別及び配置の最適化支援処理ルーチン１＞
図１に示すように、受付部２１が、免震材料の種別及び配置の最適化支援装置１００のデータ入力部１０による建物情報と免震材料情報との入力を受け付けると、記憶部２２へ記憶させる。そして、免震材料の種別及び配置の最適化支援装置１００のコンピュータ２０は、応答解析の実行の指示信号を受け付けると、図１１に示す免震材料の種別及び配置の最適化支援処理ルーチン１を実行する。
図１に示すように、受付部２１が、免震材料の種別及び配置の最適化支援装置１００のデータ入力部１０による建物情報と免震材料情報との入力を受け付けると、記憶部２２へ記憶させる。そして、免震材料の種別及び配置の最適化支援装置１００のコンピュータ２０は、応答解析の実行の指示信号を受け付けると、図１１に示す免震材料の種別及び配置の最適化支援処理ルーチン１を実行する。
本ルーチンは、目標とする免震材料の性能、例えば、免震材料の組合せが満たすべき層せん断力、を導き出すものである。
ステップＳ１００において、解析部２３は、記憶部２２に記憶された建物情報と免震材料情報とを取得する。そして、次のステップＳ１０１に進む。
ステップＳ１０１において、解析部２３は、上述したステップＳ１００において取得した建物情報と免震材料情報とを元に、応答解析を実行する。そして、次のステップＳ１０２に進む。
ステップＳ１０２において、解析部２３は、保存部２４により、ステップＳ１０２において実行された応答解析の解析結果のうち、予め定められた指標の最もスコアの高い免震材料の組合せを保存させる。
＜免震材料の種別及び配置の最適化支援処理ルーチン２＞
免震材料の種別及び配置の最適化支援装置１００は、保存部２４に最もスコアの高い免震材料の組合せが保存され、且つ、選択部２５が免震材料の配置位置への免震材料の選択情報を受け付けると、図１２に示す免震材料の種別及び配置の最適化支援処理ルーチン２を実行する。
免震材料の種別及び配置の最適化支援装置１００は、保存部２４に最もスコアの高い免震材料の組合せが保存され、且つ、選択部２５が免震材料の配置位置への免震材料の選択情報を受け付けると、図１２に示す免震材料の種別及び配置の最適化支援処理ルーチン２を実行する。
本ルーチンは、ルーチン１で導き出された目標とする免震材料の性能に近い免震材料の配置を導き出すものである。
ステップＳ２００において、選択部２５が免震材料の配置位置への免震材料の選択情報を受け付け、配置記憶部２６に記憶させる。そして、次のステップＳ２０１に進む。
ステップＳ２０１において、算出部２７は、選択部２５が受け付けた免震材料の配置位置に基づく免震材料の設計に影響する値として、例えば、転倒モーメントが算出され、当該算出に使用された免震材料と、保存部２４に保存された最もスコアの高い免震材料と差が最小となる免震材料の配置を算出する。かかる算出は、選択部２５が受け付けた免震材料の配置位置への免震材料の選択のすべてについて終わるまで繰り返し行われる。なお、選択部２５が受け付けた免震材料の配置位置への免震材料の選択のすべてについてかかる算出を行う場合に限定されず、例えば、所定時間で終了し、算出が終わった免震材料の選択の中から差が最小となる免震材料の配置を算出するようにしても良い。そして、次のステップＳ２０２に進む。
ステップＳ２０２において、情報出力部２８は、ステップＳ２０１において算出された、適正な免震材料の種別及び免震材料の配置の最終採用解に関する情報を出力する。
その後、出力部３０は、情報出力部２８によって出力された最終採用解に関する情報を結果として出力する。設計者は、出力された免震材料の種別及び免震材料の配置を参考にして、対象の構造物の免震材料の種別及び免震材料の配置を決定する。
なお、図１１の処理と図１２の処理とは、図１２の処理のステップＳ２００に相当する免震材料の配置位置への免震材料の選択情報を予め設定しておくことで、処理を分けず、図１１のステップＳ１０２から図１２のステップＳ２００へ進むようにしても良い。
以上詳細に説明したように、本実施形態では、設計者の見識と経験に頼らず、免震材料の選択と配置とを効率的に行うことを可能にすることができる。
また、本実施形態では、免震材料の選択と配置を仮決定した後、応答解析をして所定の性能を満たすか判断する場合に比べ、事前に目標とする性能を確定することで、応答解析をした後に所 定の性能を満たさない場合に必要となる設計フローの手戻りを防止することができる。
すなわち、免震材料の選択と配置を仮決定した後、応答解析をして所定の性能を満たすか判断する場合は、所定の性能を満たさない場合に、再度免震材料の選択と配置を仮決定し、応答解析をして所定の性能を満たすかを判断する、という処理を所定の性能を満たす免震材料の選択と配置とが見つかるまで繰り返す必要があり、多くの時間や労力がかかっていた。
このため、本発明では、応答解析を事前に行い、目標とする性能を確定しておくことで、所定の性能を満たす免震材料の選択と配置とが見つかるまで設計を繰り返す必要をなくすことが可能となる。
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
例えば、上記実施形態では、支持体としての免震材料の種別及び配置の最適化を支援する場合を例に説明したが、免震材料に限定されず、杭基礎の種別及び配置の最適化を支援する場合に用いても良い。
ここで、杭基礎とした場合は、上述した免震材料の設計に影響する値に相当する杭基礎の設計に影響する値は、例えば、層せん断力係数である。
杭基礎の種別としては、杭基礎の径の大きさや、コンクリート杭、鋼杭などの杭の種類、場所打ち杭による工法、既製杭による工法などの工法の種類、拡底径、鉄筋量、鋼管サイズ、鋼管長さ、杭基礎の杭頭と建物との間の接合構造として、剛接合や、半剛接合、ピン接合、などがあり、上記実施形態を変形して、杭基礎の種別及び配置の最適化を支援するようにしても良い。
ここで、杭基礎とした場合は、上述した免震材料の設計に影響する値に相当する杭基礎の設計に影響する値は、例えば、層せん断力係数である。
杭基礎の種別としては、杭基礎の径の大きさや、コンクリート杭、鋼杭などの杭の種類、場所打ち杭による工法、既製杭による工法などの工法の種類、拡底径、鉄筋量、鋼管サイズ、鋼管長さ、杭基礎の杭頭と建物との間の接合構造として、剛接合や、半剛接合、ピン接合、などがあり、上記実施形態を変形して、杭基礎の種別及び配置の最適化を支援するようにしても良い。
また、上記ではプログラムがＨＤＤなどの記憶部（図示省略）に予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ及びマイクロＳＤカード等の記録媒体の何れかに記録されている形態で提供することも可能である。
また、本発明は、支持体の種別及び配置の最適化支援装置として説明しているが、支持体の種別及び配置の最適化支援方法とすることも可能である。
この場合には、建物に関する情報である建物情報と、使用する支持体に関する支持体情報とを入力するデータ入力ステップと、建物情報に対して、支持体情報に含まれる支持体の組合せを変えつつ応答解析を行う解析ステップと、建物が満たすべき所定の建物制約条件を満たした中で、解析ステップの解析結果のうち予め定められた指標の最もスコアの高い支持体の組合せを保存する保存ステップと、予め定められた支持体の配置位置への前記支持体の選択を受け付ける選択ステップと、選択ステップにより選択された支持体の配置位置と、保存ステップで保存された最もスコアの高い支持体の組合せから抽出される支持体の設計に影響する値とにより、選択された支持体の検定に影響する値を算出すると共に、当該算出に使用された支持体の配置位置へ選択された当該支持体の組合せから抽出される支持体の性能に影響する要素と、保存部ステップにより保存された最もスコアの高い支持体の組合せから抽出される支持体の性能に影響する要素と、の差が最小となる支持体の配置に関する最適化問題を解くことで、適正な支持体の種別及び支持体の配置の最終採用解を算出する算出ステップと、算出ステップにより算出された適正な支持体の種別及び支持体の配置の最終採用解に関する情報を出力する情報出力ステップと、を含む支持体の種別及び配置の最適化支援方法、としてとらえることが可能である。
この場合には、建物に関する情報である建物情報と、使用する支持体に関する支持体情報とを入力するデータ入力ステップと、建物情報に対して、支持体情報に含まれる支持体の組合せを変えつつ応答解析を行う解析ステップと、建物が満たすべき所定の建物制約条件を満たした中で、解析ステップの解析結果のうち予め定められた指標の最もスコアの高い支持体の組合せを保存する保存ステップと、予め定められた支持体の配置位置への前記支持体の選択を受け付ける選択ステップと、選択ステップにより選択された支持体の配置位置と、保存ステップで保存された最もスコアの高い支持体の組合せから抽出される支持体の設計に影響する値とにより、選択された支持体の検定に影響する値を算出すると共に、当該算出に使用された支持体の配置位置へ選択された当該支持体の組合せから抽出される支持体の性能に影響する要素と、保存部ステップにより保存された最もスコアの高い支持体の組合せから抽出される支持体の性能に影響する要素と、の差が最小となる支持体の配置に関する最適化問題を解くことで、適正な支持体の種別及び支持体の配置の最終採用解を算出する算出ステップと、算出ステップにより算出された適正な支持体の種別及び支持体の配置の最終採用解に関する情報を出力する情報出力ステップと、を含む支持体の種別及び配置の最適化支援方法、としてとらえることが可能である。
１０ データ入力部
２０ コンピュータ
２１ 受付部
２２ 記憶部
２３ 解析部
２４ 保存部
２５ 選択部
２６ 配置記憶部
２７ 算出部
２８ 情報出力部
３０ 出力部
１００ 免震材料の種別及び配置の支援装置
２０ コンピュータ
２１ 受付部
２２ 記憶部
２３ 解析部
２４ 保存部
２５ 選択部
２６ 配置記憶部
２７ 算出部
２８ 情報出力部
３０ 出力部
１００ 免震材料の種別及び配置の支援装置
Claims (4)
- 建物に関する情報である建物情報と、使用する支持体に関する支持体情報とを受け付ける受付部と、
前記受付部により受け付けられた前記建物情報に対して、前記支持体情報に含まれる前記支持体の組合せを変えつつ応答解析を行う解析部と、
前記建物が満たすべき所定の建物制約条件を満たした中で、前記解析部の解析結果のうち予め定められた指標の最もスコアの高い前記支持体の組合せを保存する保存部と、
予め定められた支持体の配置位置への前記支持体の選択を受け付ける選択部と、
前記選択部により選択された前記支持体の配置位置と、前記保存部に保存された最もスコアの高い支持体の組合せから抽出される前記支持体の設計に影響する値とにより、選択された当該支持体の検定に影響する値を算出すると共に、当該算出に使用された前記支持体の配置位置へ選択された当該支持体の組合せから抽出される前記支持体の性能に影響する要素と、前記保存部に保存された最もスコアの高い支持体の組合せから抽出される当該支持体の性能に影響する要素と、の差が最小となる前記支持体の配置に関する最適化問題を解くことで、適正な支持体の種別及び支持体の配置の最終採用解を算出する算出部と、
前記算出部により算出された適正な支持体の種別及び支持体の配置の最終採用解に関する情報を出力する情報出力部と、
を含む支持体の種別及び配置の最適化支援装置。 - 前記建物情報には、少なくとも建物の面積、階数が含まれる請求項１に記載の支持体の種別及び配置の最適化支援装置。
- 前記支持体の設計に影響する値は、少なくとも層せん断力係数、又は転倒モーメントが含まれる請求項１又は２に記載の支持体の種別及び配置の最適化支援装置。
- 前記支持体は、免震材料であり、
差が最小となる前記免震材料としての前記支持体の配置は、前記免震材料に生じる長期軸力と、短期軸力と、免震層全体の偏心率とを支持体制約条件とし、前記保存部に保存された前記免震材料としての前記支持体の性能に影響する要素のうち、特定の変位での免震層の層せん断力と、前記選択部により選択された前記免震材料としての前記支持体の配置に基づいて算出された特定の変位での免震層の層せん断力との差を変数とする目的関数として、前記最適化問題を解くことを特徴とする請求項３に記載の支持体の種別及び配置の最適化支援装置。
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