JP7736540B2 - Design support equipment - Google Patents
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- JP7736540B2 JP7736540B2 JP2021193364A JP2021193364A JP7736540B2 JP 7736540 B2 JP7736540 B2 JP 7736540B2 JP 2021193364 A JP2021193364 A JP 2021193364A JP 2021193364 A JP2021193364 A JP 2021193364A JP 7736540 B2 JP7736540 B2 JP 7736540B2
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Description
本発明は、設計支援装置に関する。 The present invention relates to a design support device.
従来、ＣＡＤシステムにおいて、オペレータによる手動の部材の割り付けの省力化を図る住宅設計支援装置が知られている（例えば、特許文献１）。この住宅設計支援装置では、配置指示手段が、任意の寸法の部材を配置する上記住宅の領域を指示する。部材寸法決定手段が、上記配置指示手段により配置される部材の寸法を上記配置指示手段に指示された住宅の領域に対応して決定する。部材記憶手段が、予め配置可能な部材の種類とその形状を記憶している。検索手段が、上記部材寸法決定手段により決定された部材の寸法に対応する部材を上記部材記憶手段に記憶された部材の中から検索する。また、検索手段が、上記部材記憶手段に記憶された複数の部材の寸法を組み合わせて対応するように、複数の部材を検索する。割付手段が、上記検索手段により検索された部材を上記配置指示手段により指示された住宅の領域に割り付ける。 Conventionally, a housing design support device has been known in CAD systems that aims to reduce the labor required for an operator to manually allocate components (see, for example, Patent Document 1). In this housing design support device, a placement instruction means indicates an area of the housing where components of desired dimensions are to be placed. A component dimension determination means determines the dimensions of the components to be placed by the placement instruction means in accordance with the area of the housing indicated by the placement instruction means. A component storage means pre-stores the types and shapes of components that can be placed. A search means searches for components corresponding to the dimensions determined by the component dimension determination means from among the components stored in the component storage means. The search means also searches for multiple components so that the dimensions of the multiple components stored in the component storage means are matched. An allocation means allocates the components found by the search means to the area of the housing indicated by the placement instruction means.
上記特許文献１に記載の技術では、任意の寸法の部材を配置する住宅の領域を指示し、配置される部材の寸法を、指示された住宅の領域に対応して決定し、予め配置可能な部材の種類とその形状を記憶している部材記憶手段から、決定された部材の寸法に対応する部材から検索する。しかし、上記特許文献１には、構造部材に関する部材ランク毎に、複数の既定部材を格納した部材リストであって、断面係数、断面積、又は外形サイズで昇順となるように配列された部材リストを生成することについては記載されていない。 The technology described in Patent Document 1 above involves specifying an area of a house where components of any dimensions will be placed, determining the dimensions of the components to be placed based on the specified area of the house, and searching for components that correspond to the determined dimensions from a component storage means that pre-stores the types and shapes of components that can be placed. However, Patent Document 1 does not describe generating a component list that stores multiple pre-defined components for each component rank related to structural components, and that is arranged in ascending order by section modulus, cross-sectional area, or external size.
本発明は上記事実を考慮して、設計条件の入力だけで、適切な構造部材を用いた建物の構造設計を支援することができることを目的とする。 The present invention takes the above into consideration and aims to support the structural design of buildings using appropriate structural components simply by inputting design conditions.
本発明に係る設計支援装置は、部材情報が予め定められた建物の構造部材である複数の既定部材の情報に基づいて、構造部材に関する部材ランク毎に、複数の既定部材を格納した部材リストであって、断面係数、断面積、又は外形サイズで昇順となるように配列された部材リストを生成する部材リスト生成部と、設計対象の建物であって、複数の構造部材を含む建物をモデル化した建物モデル、及び前記設計対象の建物に関する複数の構造部材の部材ランクの範囲を含む設計条件を受け付ける入力部と、前記複数の構造部材の各々について、前記設計条件に関する値と、前記構造部材の位置情報とを入力とし、前記構造部材の断面を計算する予め学習された学習済みモデルを用いて、前記構造部材の断面を計算する断面計算部と、前記複数の構造部材の各々について、前記構造部材の断面と、前記設計条件を満たす前記部材ランクの前記部材リストとに基づいて、前記構造部材に前記既定部材を割り当てる割当部と、を含む。 The design support device of the present invention includes: a component list generation unit that generates a component list storing multiple predefined components for each component rank of a building, based on information on multiple predefined components that are structural components of a building whose component information is predetermined; the component list is arranged in ascending order by section modulus, cross-sectional area, or external size; an input unit that accepts a building model of a building to be designed that includes multiple structural components, and design conditions including the range of component ranks of multiple structural components related to the building to be designed; a cross-section calculation unit that inputs values related to the design conditions and position information of each of the multiple structural components and calculates the cross-section of the structural component using a pre-trained model that calculates the cross-section of the structural component; and an allocation unit that assigns the predefined components to each of the multiple structural components based on the cross-section of the structural component and the component list of the component ranks that satisfy the design conditions.
本発明に係る設計支援装置によれば、部材リスト生成部によって、部材情報が予め定められた建物の構造部材である複数の既定部材の情報に基づいて、構造部材に関する部材ランク毎に、複数の既定部材を格納した部材リストであって、断面係数、断面積、又は外形サイズで昇順となるように配列された部材リストを生成する。入力部によって、設計対象の建物であって、複数の構造部材を含む建物をモデル化した建物モデル、及び前記設計対象の建物に関する複数の構造部材の部材ランクの範囲を含む設計条件を受け付ける。 In the design support device according to the present invention, the component list generation unit generates a component list storing multiple predefined components for each component rank related to the structural components, based on information on multiple predefined components that are structural components of a building whose component information is predetermined, and the component list is arranged in ascending order by section modulus, cross-sectional area, or external size. The input unit accepts a building model of the building to be designed, which includes multiple structural components, and design conditions including the range of component ranks for the multiple structural components related to the building to be designed.
そして、断面計算部によって、前記複数の構造部材の各々について、前記設計条件に関する値と、前記構造部材の位置情報とを入力とし、前記構造部材の断面を計算する予め学習された学習済みモデルを用いて、前記構造部材の断面を計算する。割当部によって、前記複数の構造部材の各々について、前記構造部材の断面と、前記設計条件を満たす前記部材ランクの前記部材リストとに基づいて、前記構造部材に前記既定部材を割り当てる。 Then, the cross-section calculation unit inputs values related to the design conditions and position information of the structural members for each of the plurality of structural members, and calculates the cross-section of the structural member using a pre-trained model that calculates the cross-section of the structural member. The allocation unit assigns the predetermined member to each of the plurality of structural members based on the cross-section of the structural member and the member list of the member ranks that satisfy the design conditions.
このように、構造部材の断面の計算結果と、断面係数、断面積、又は外形サイズで昇順となるように既定部材が配列された部材リストと、に基づいて、構造部材に既定部材を割り当てることにより、設計条件の入力だけで、適切な構造部材を用いた建物の構造設計を支援することができる。 In this way, by assigning predefined members to structural members based on the calculation results of the structural member's cross section and a member list in which predefined members are arranged in ascending order by section modulus, cross-sectional area, or external size, the system can assist in the structural design of buildings using appropriate structural members simply by inputting design conditions.
本発明に係る設計支援装置において、前記設計条件は、ブレース又は耐力壁の分担率の目標値、検定比の目標値、保有水平耐力余裕度の目標値、繰り返し計算回数、柱梁耐力比の目標値、各階の層間変形角の目標値、又は材料強度の指定を更に含むことができる。これにより、ブレース又は耐力壁の分担率の目標値、検定比の目標値、保有水平耐力余裕度の目標値、繰り返し計算回数、柱梁耐力比の目標値、各階の層間変形角の目標値、又は材料強度の指定を満たす、建物の構造設計を支援することができる。 In the design support device of the present invention, the design conditions can further include a target value for the contribution ratio of braces or shear walls, a target value for the inspection ratio, a target value for the available horizontal load capacity margin, the number of iterations, the target value for the column-to-beam load capacity ratio, the target value for the inter-story drift angle for each floor, or a specified material strength. This can support the structural design of a building that satisfies the target value for the contribution ratio of braces or shear walls, the target value for the inspection ratio, the target value for the available horizontal load capacity margin, the number of iterations, the target value for the column-to-beam load capacity ratio, the target value for the inter-story drift angle for each floor, or the specified material strength.
本発明に係る設計支援装置において、既定部材を格納した部材リストから各々選択された既定部材を前記複数の構造部材の各々に割り当てた前記建物モデルに対する応力解析の結果に基づいて、前記複数の構造部材の各々に割り当てる前記既定部材を変更することを、前記設計条件を満たすまで繰り返す変更部を更に含み、前記変更部は、前記複数の構造部材の各々に割り当てる前記既定部材を変更する際に、前記設計条件を満たす前記部材ランクの前記部材リストの配列順に、前記既定部材を変更することができる。これにより、設計条件の入力だけで、適切な構造部材を用いた建物の構造設計を支援することができる。 The design support device of the present invention further includes a modification unit that repeatedly modifies the default components assigned to each of the plurality of structural members based on the results of stress analysis of the building model in which default components selected from a component list storing default components are assigned to each of the plurality of structural members until the design conditions are met. When modifying the default components assigned to each of the plurality of structural members, the modification unit can modify the default components in the component list in the order of the component rank that satisfies the design conditions. This makes it possible to support the structural design of buildings using appropriate structural components simply by inputting the design conditions.
本発明に係る設計支援装置において、既定部材を前記複数の構造部材の各々に割り当てた前記建物モデルに対する応力解析の結果から得られる、前記複数の構造部材の各々の特徴量に基づいて、前記複数の構造部材を、同一の断面とすべき構造部材からなる複数のグループに分類するグルーピングを行うグルーピング処理部を更に含むことができる。これにより、より適切なグループ数の構造部材を用いた建物の構造設計を支援することができる。 The design support device according to the present invention can further include a grouping processing unit that performs grouping by classifying the plurality of structural members into a plurality of groups consisting of structural members that should have the same cross section, based on the characteristic quantities of each of the plurality of structural members obtained from the results of stress analysis of the building model in which a predetermined member is assigned to each of the plurality of structural members. This makes it possible to support the structural design of buildings using a more appropriate number of groups of structural members.
以上説明したように、本発明の設計支援装置によれば、構造部材の断面の計算結果と、断面係数、断面積、又は外形サイズで昇順となるように既定部材が配列された部材リストと、に基づいて、構造部材に既定部材を割り当てることにより、設計条件の入力だけで、適切な構造部材を用いた建物の構造設計を支援することができる、という効果が得られる。 As explained above, the design support device of the present invention assigns predefined members to structural members based on the calculation results of the cross-section of the structural member and a member list in which predefined members are arranged in ascending order by section modulus, cross-sectional area, or external size. This has the effect of supporting the structural design of buildings using appropriate structural members simply by inputting design conditions.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 The following describes in detail an embodiment of the present invention with reference to the drawings.
［第１の実施の形態］
＜本発明の第１の実施の形態の設計支援装置の構成＞
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る設計支援装置１００は、ＣＰＵ１２、グラフィックカード１３、ＧＰＵ１４、ＲＡＭ１６、ＨＤＤ１８、通信インタフェース２１、及びこれらを相互に接続するためのバス２３を備えている。
[First embodiment]
<Configuration of the design support device according to the first embodiment of the present invention>
As shown in FIG. 1, a design support device 100 according to a first embodiment of the present invention includes a CPU 12, a graphics card 13, a GPU 14, a RAM 16, a HDD 18, a communication interface 21, and a bus 23 for interconnecting these components.
ＣＰＵ１２、ＧＰＵ１４は、各種プログラムを実行する。ＲＡＭ１６は、ＣＰＵ１２による各種プログラムの実行時におけるワークエリア等として用いられる。記録媒体としてのＨＤＤ１８には、後述する設計支援処理ルーチンを実行するためのプログラムを含む各種プログラムや各種データが記憶されている。 The CPU 12 and GPU 14 execute various programs. The RAM 16 is used as a work area when the CPU 12 executes the various programs. The HDD 18, which serves as a recording medium, stores various programs and data, including a program for executing the design support processing routine described below.
本実施の形態における設計支援装置１００を、設計支援処理ルーチンを実行するためのプログラムに沿って、機能ブロックで表すと、図２に示すようになる。設計支援装置１００は、入力部１０、演算部２０、及び出力部５０を備えている。 The design support device 100 in this embodiment is represented by functional blocks in accordance with the program for executing the design support processing routine, as shown in Figure 2. The design support device 100 includes an input unit 10, a calculation unit 20, and an output unit 50.
入力部１０は、設計担当者の操作により、部材情報が予め定められた建物の構造部材である複数の既定部材の情報を受け付ける。 The input unit 10, operated by the designer, accepts information on multiple predefined components, which are structural components of a building whose component information has been predetermined.
例えば、設計担当者の操作により、部材情報が予め定められた建物の構造部材である複数の既定部材の各々について、部材ランク、断面係数、断面積、及び外形サイズを含む部材情報を受け付ける。 For example, through operation by a designer, component information including component rank, section modulus, cross-sectional area, and external size is accepted for each of multiple predefined components, which are structural components of a building for which component information has been predetermined.
また、入力部１０は、設計担当者の操作により、設計対象の建物であって、複数の構造部材（柱、梁、壁、ブレース等）を含む建物をモデル化した建物モデルの入力を受け付けるとともに、設計対象の建物に関する設計条件を受け付ける。 The input unit 10 also accepts input of a building model, which is a model of the building to be designed and includes multiple structural members (columns, beams, walls, braces, etc.), through operation by the designer, and also accepts design conditions related to the building to be designed.
例えば、設計担当者の操作により、建物モデルに対して、構造部材の種類（柱、梁、壁、ブレース等）毎に、複数の構造部材を配置させる。そして、設計担当者の操作により、図３の入力画面により、柱梁ブレースのランク範囲の指定を含む設計条件を受け付ける。 For example, the designer operates the input screen in Figure 3 to accept design conditions, including the specification of the rank range for column-beam braces, by placing multiple structural members for each type of structural member (columns, beams, walls, braces, etc.) in the building model.
例えば、設計条件は、ブレース分担率び耐力壁分担率の目標値、検定比の目標値、保有水平耐力余裕度の目標値、繰り返し計算回数、柱梁耐力比の目標値、各階の層間変形角の目標値、柱梁ブレース耐力壁のランク範囲の指定、又は材料強度の指定を含む。 For example, design conditions include target values for the brace contribution rate and shear wall contribution rate, target value for the inspection ratio, target value for the horizontal strength margin, number of iterations, target value for the column-to-beam strength ratio, target value for the story-to-story deformation angle for each floor, specification of the rank range for column-beam braced shear walls, or specification of material strength.
図３の入力画面では、検定比の目標値、保有水平耐力余裕度の目標値、偏心率の調整有無、柱梁耐力比の目標値、Ｓ柱のグルーピング層数、繰り返し計算回数、ＲＣ部材の検討実施の有無、耐力壁の検討実施の有無、一次設計時のτレベルの目標値、及び柱長期軸力比の目標値を受け付ける例を示している。また、この入力画面では、各階について、変形角の目標値、柱梁ブレースのランク範囲の指定、及び材料強度の指定を受け付ける例を示している。 The input screen in Figure 3 shows an example of accepting the target value for the inspection ratio, the target value for the horizontal bearing capacity margin, whether or not to adjust the eccentricity ratio, the target value for the column-beam bearing capacity ratio, the number of stories to group for steel columns, the number of iterations, whether or not to consider RC members, whether or not to consider shear walls, the target value for the τ level during the primary design, and the target value for the column long-term axial force ratio. This input screen also shows an example of accepting the target value for the deformation angle, the specification of the column-beam brace rank range, and the specification of the material strength for each floor.
演算部２０は、部材リスト生成部２２、断面構造計算部２４、及びグルーピング処理部２８を備えている。 The calculation unit 20 includes a component list generation unit 22, a cross-sectional structure calculation unit 24, and a grouping processing unit 28.
部材リスト生成部２２は、部材情報が予め定められた建物の構造部材である複数の既定部材の情報に基づいて、構造部材に関する部材ランク毎に、複数の既定部材を格納した部材リストであって、断面係数、断面積、又は外形サイズで昇順となるように配列された部材リストを生成する。 The component list generator 22 generates a component list that stores multiple predefined components for each component rank related to the structural components, based on information about multiple predefined components that are structural components of a building whose component information is predetermined, and that is arranged in ascending order by section modulus, cross-sectional area, or external size.
例えば、部材ランク毎に、断面係数、断面積、及び外形サイズの組み合わせが昇順に並べ替えるように、既定部材を選択し（図４）、昇順に配列された部材リストを生成する（図５）。 For example, for each component rank, default components are selected so that the combination of section modulus, cross-sectional area, and external size is sorted in ascending order (Figure 4), and a component list arranged in ascending order is generated (Figure 5).
より具体的には、当該部材ランクの複数の既定部材から、断面係数、断面積、及び外形サイズが全て最小となる既定部材を、最初に選択し、その後、一つ前に選択された既定部材より、断面係数が同一又は大きく、かつ、断面積が同一又は大きく、かつ、外形サイズが同一又は大きくなるように、既定部材を選択することを繰り返すことにより、断面係数、断面積、及び外形サイズの組み合わせが昇順となるように並べ替えた既定部材からなる部材リストを生成する。図４では、一つ前に選択された既定部材より、断面係数が同一又は大きく、かつ、断面積が同一又は大きく、かつ、外形サイズが同一又は大きくなるように選択された既定部材を示すドットを、丸く囲んだ例を示している。図５では、部材リストにおいて、選択された既定部材が右上に向かって並んだ順に既定部材が配列される例を示している。 More specifically, from the multiple predefined components of the component rank, the predefined component with the smallest section modulus, cross-sectional area, and outer size is first selected. Then, predefined components are repeatedly selected so that the section modulus, cross-sectional area, and outer size are the same or larger than the previously selected predefined component. This generates a component list consisting of predefined components sorted in ascending order of section modulus, cross-sectional area, and outer size combinations. Figure 4 shows an example in which circled dots indicate predefined components selected so that the section modulus, cross-sectional area, and outer size are the same or larger than the previously selected predefined component. Figure 5 shows an example in which the predefined components are arranged in the component list in the order in which the selected predefined components are lined up from the top right.
なお、設計者の使用頻度が高い既定部材を分析し、部材リストに採用することにより、設計者に近い部材選択を可能にしてもよい（図６）。図６では、既定部材を、使用頻度の降順に並べ替えた例を示しており、上位Ｎ個の既定部材を用いて、部材リストを生成する。 Furthermore, by analyzing the default components that are frequently used by designers and incorporating these into the component list, it is possible to select components that are closer to the designer's preference (Figure 6). Figure 6 shows an example in which the default components are sorted in descending order of frequency of use, and the top N default components are used to generate the component list.
断面構造計算部２４は、図７に示すように、割当部３０、第１変更部３２、計算部３４、反復判定部３６、及び第２変更部３８を備えている。なお、割当部３０が、断面計算部及び割当部の一例である。 As shown in FIG. 7, the cross-sectional structure calculation unit 24 includes an allocation unit 30, a first modification unit 32, a calculation unit 34, an iteration determination unit 36, and a second modification unit 38. Note that the allocation unit 30 is an example of a cross-sectional calculation unit and an allocation unit.
割当部３０は、建物モデルの構造部材の各々について、設計条件に関する値と、構造部材の位置情報を含む部材情報とを入力とし、後述する学習装置２００により予め学習した断面計算用の学習済みモデルを用いて、構造部材の断面を計算し、計算結果を表示する。例えば、計算結果として、計算された断面を反映した構造部材を、建物のボリュームに重畳させて視覚的に表示したり、計算された構造部材の断面を用いた、数量、重さ、コストの計算結果を表示したりする。 The allocation unit 30 inputs values related to the design conditions and component information, including the positional information of the structural component, for each structural component of the building model, and calculates the cross-section of the structural component using a trained model for cross-section calculation that has been trained in advance by the learning device 200 (described below), and displays the calculation results. For example, as a calculation result, the structural component reflecting the calculated cross-section may be visually displayed by superimposing it on the volume of the building, or the calculation results for quantity, weight, and cost using the calculated cross-section of the structural component may be displayed.
断面計算用の学習済みモデルは、部材情報（図８の長さＬ、角度θ、建物内の位置（高さ方向の位置、平面上の位置）、階高、部材密度（スパン）、負担面積、荷重条件、所属するフレームのせん断力負担率、等）を入力データとし、断面を表す断面情報（図８の部材幅Ｄ、部材成Ｂ、部材厚ｔ、材料強度、部材重量、部材性能、等）とを出力データとする（図９参照）。例えば、図９に示されるように、モデルの一例としてニューラルネットワークを用いることができ、学習アルゴリズムの一例としてディープラーニングを用いることができ、学習用データの部材情報を入力したときに、当該学習用データの断面情報が出力されるように、断面計算用の学習済みモデルが学習される。 The trained model for cross-section calculation takes as input data component information (length L, angle θ in Figure 8, position within the building (height position, position on the plane), floor height, component density (span), bearing area, loading conditions, shear force bearing rate of the associated frame, etc.), and outputs as output data cross-sectional information representing the cross section (component width D, component composition B, component thickness t, material strength, component weight, component performance, etc. in Figure 8) (see Figure 9). For example, as shown in Figure 9, a neural network can be used as an example of a model, and deep learning can be used as an example of a learning algorithm. The trained model for cross-section calculation is trained so that when component information from training data is input, the cross-sectional information from the training data is output.
そして、割当部３０は、複数の構造部材の各々について、構造部材の断面と、部材ランク毎に予め用意された、部材情報が予め定められた建物の構造部材である複数の既定部材を格納した部材リストのうち、設計条件を満たす部材ランクの部材リストとに基づいて、各構造部材に既定部材を割り当てる。 The allocation unit 30 then allocates a default component to each of the multiple structural components based on the cross section of the structural component and a component list of a component rank that satisfies the design conditions from a component list that stores multiple default components, which are structural components of a building whose component information has been predetermined and that has been prepared in advance for each component rank.
具体的には、建物モデルに含まれる複数の構造部材の各々について、断面の計算結果に基づいて、指定されたランク範囲の部材リストから選択された既定部材を割り当てる。このとき、断面の計算結果に対応する既定部材を、部材リストから選択する。 Specifically, for each of the multiple structural members included in the building model, a default member selected from a list of members within a specified rank range is assigned based on the cross-sectional calculation results. At this time, the default member corresponding to the cross-sectional calculation results is selected from the list of members.
例えば、断面の計算結果に断面積が含まれる場合には、断面積が最も近い既定部材を、部材リストから選択したり（図１０の矢印１０Ａ参照）、断面積の計算結果以上であって、最小の断面積を有する既定部材を選択する（図１０の矢印１０Ｂ参照）。矢印１０Ａは、点線の直線で示される断面積の計算結果から最も断面積が近い既定部材を選択する例を示している。また、矢印１０Ｂは、点線の直線で示される断面積の計算結果以上であって、最小の断面積を有する既定部材を選択する例を示している。 For example, if the cross-sectional area is included in the cross-sectional calculation results, the predefined member with the closest cross-sectional area is selected from the member list (see arrow 10A in Figure 10), or the predefined member with the smallest cross-sectional area that is equal to or greater than the cross-sectional area calculation result is selected (see arrow 10B in Figure 10). Arrow 10A shows an example of selecting the predefined member with the closest cross-sectional area from the cross-sectional area calculation results indicated by the dotted straight line. Arrow 10B also shows an example of selecting the predefined member with the smallest cross-sectional area that is equal to or greater than the cross-sectional area calculation result indicated by the dotted straight line.
また、構造断面の計算結果に断面積及び断面係数が含まれる場合には、断面積及び断面係数が最も近い既定部材を、部材リストから選択する（図１０の円１０Ｃ又は楕円１０Ｄ参照）。 In addition, if the structural section calculation results include a cross-sectional area and section modulus, the default member with the closest cross-sectional area and section modulus is selected from the member list (see circle 10C or ellipse 10D in Figure 10).
このとき、断面積と断面係数のどちらかに重みづけすることも可能である。例えば、断面積と断面係数を等価に重みづけする場合には、
断面積２／ａ２＋断面係数２／ｂ２＝１、ａ＝ｂ
とし、ａを徐々に減少させ（直径を大きくし）、円１０Ｃが包含したプロットに対応する既定部材を選択する。
In this case, it is possible to weight either the cross-sectional area or the section modulus. For example, if the cross-sectional area and the section modulus are weighted equally,
Cross-sectional area 2 /a 2 + section modulus 2 /b 2 =1, a=b
Then, a is gradually decreased (the diameter is increased) and a predetermined member corresponding to the plot enclosed by the circle 10C is selected.
または、
断面積２／ａ２＋断面係数２／ｂ２＝１
とし、ａとｂを係数倍で徐々に減少させ（直径を大きくし）、楕円１０Ｄが包含したプロットに対応する既定部材を選択する。このとき、ａとｂの比により、断面積と断面係数のどちらを重要視するかをコントロールすることが可能である。また、数式の形態を断面積２／ａ２＋断面積×断面係数×Ｃ＋断面係数２／ｂ２＝１とし、ｃのパラメータを導入することにより、斜めの楕円を描けるため、ｃの値により断面積と断面係数のどちらにどの程度の重みづけを行うかをコントロールすることが可能となる。
さらに、予測値に断面係数、断面積以外のパラメータが含まれる場合には、円ではなく球を描くことにより、３つのパラメータを有する部材リスト内の部材選択をすることも可能である。
or
Cross-sectional area 2 /a 2 + section modulus 2 /b 2 =1
Then, a and b are gradually decreased by a factor of the coefficient (increasing the diameter), and a predetermined member corresponding to the plot enclosed by the ellipse 10D is selected. At this time, it is possible to control which of the cross-sectional area and the section modulus is emphasized by changing the ratio of a and b. Furthermore, by changing the formula to cross-sectional area 2 /a 2 + cross-sectional area × section modulus × C + section modulus 2 /b 2 = 1 and introducing the parameter c, it is possible to draw an oblique ellipse, and therefore it is possible to control the weighting of either the cross-sectional area or the section modulus by changing the value of c.
Furthermore, if the predicted values include parameters other than the section modulus and cross-sectional area, it is also possible to select a component from a component list having three parameters by drawing a sphere instead of a circle.
このとき、指定されたランク範囲に、複数の部材ランクが含まれる場合には、複数の部材ランクの各々の部材リストを統合した統合部材リストを生成し、統合部材リストから既定部材を選択する。部材リストを統合する場合には、断面係数、断面積、及び外形サイズの組み合わせが昇順となるように、複数の部材ランクの部材リストに含まれる既定部材から既定部材を選択し、昇順に配列された統合部材リストを生成する。 In this case, if the specified rank range includes multiple component ranks, an integrated component list is generated by integrating the component lists for each of the multiple component ranks, and default components are selected from the integrated component list. When integrating component lists, default components are selected from the default components included in the component lists for the multiple component ranks so that the combinations of section modulus, cross-sectional area, and external size are in ascending order, and an integrated component list arranged in ascending order is generated.
そして、第１変更部３２は、受け付けた設計条件を満たすように、建物モデルの構造部材の各々に割り当てる既定部材を変更する。 Then, the first modification unit 32 modifies the default members assigned to each structural member of the building model so as to satisfy the accepted design conditions.
具体的には、第１変更部３２は、部材リストから各々選択された既定部材を複数の構造部材の各々に割り当てた建物モデルに対して、応力解析を行い、応力解析の結果に基づいて、設計条件を満たすように、部材リスト又は統合部材リストから各構造部材に割り当てる既定部材を変更する。このとき、部材リスト又は統合部材リストの配列順に沿って、割り当てる既定部材を変更する。これを、設計条件を満たすまで繰り返す。 Specifically, the first modification unit 32 performs stress analysis on a building model in which default components selected from the component list are assigned to each of multiple structural components, and, based on the results of the stress analysis, modifies the default components assigned to each structural component from the component list or integrated component list so as to satisfy the design conditions. At this time, the default components to be assigned are modified in accordance with the arrangement order of the component list or integrated component list. This process is repeated until the design conditions are satisfied.
そして、計算部３４は、複数の構造部材の各々に割り当てられる既定部材の部材ランクから、構造特性係数を求め、構造特性係数から必要保有水平耐力を計算する。 The calculation unit 34 then calculates the structural characteristic coefficient from the component rank of the predetermined component assigned to each of the multiple structural components, and calculates the required horizontal bearing capacity from the structural characteristic coefficient.
構造特性係数を求める際には、柱及び梁の部材群の部材ランク、ブレースの部材群の部材ランク、ブレース分担率βμの各組み合わせに対する構造特性係数を格納したテーブル（図１１Ａ参照）を参照して、複数の構造部材の各々に割り当てられる既定部材の部材ランクと、建物モデルに対する応力解析の結果から得られる、ブレース分担率とから、各階の構造特性係数を求める。
また、柱及び梁の部材群の部材ランク、耐力壁の部材群の部材ランク、耐力壁分担率βμの各組み合わせに対する構造特性係数を格納したテーブル（図１１Ｂ参照）を参照して、複数の構造部材の各々に割り当てられる既定部材の部材ランクと、建物モデルに対する応力解析の結果から得られる、耐力壁分担率とから、各階の構造特性係数を求める。なお、図１１Ａ、図１１Ｂのテーブルは、平成１９年５月１８日国土交通省告示第５９６号に基づくものである。
When calculating the structural characteristic coefficients, a table (see FIG. 11A) storing structural characteristic coefficients for each combination of the component rank of the column and beam component group, the component rank of the brace component group, and the brace contribution rate β μ is referenced, and the structural characteristic coefficients for each floor are calculated from the component rank of the predetermined component assigned to each of the multiple structural components and the brace contribution rate obtained from the results of stress analysis on the building model.
Furthermore, by referring to a table (see FIG. 11B) that stores the structural characteristic coefficients for each combination of the member ranks of the column and beam member groups, the member ranks of the shear wall member groups, and the shear wall contribution rate β μ , the structural characteristic coefficients for each floor are calculated from the member ranks of the predetermined members assigned to each of the multiple structural members and the shear wall contribution rate obtained from the results of stress analysis of the building model. The tables in FIGS. 11A and 11B are based on the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism Notification No. 596 of May 18, 2007.
また、必要保有水平耐力を計算する際には、構造特性係数を含む計算式から、必要保有水平耐力を計算する。 In addition, when calculating the required horizontal bearing capacity, the required horizontal bearing capacity is calculated using a formula that includes the structural characteristic coefficient.
具体的には、各階の構造特性係数と、建物モデルに対する応力解析の結果から得られる、各階の形状係数、地震時に生じる地震力とから、下記の計算式により、各階の必要保有水平耐力Ｑｕｎを計算する。 Specifically, the required horizontal bearing capacity Qun for each floor is calculated using the following formula, based on the structural characteristic coefficients for each floor, the shape coefficients for each floor obtained from the results of stress analysis of the building model, and the seismic force generated during an earthquake.
Ｑｕｎ ＝Ｄｓ×Ｆｅｓ×Ｑｕｄ
＝Ｄｓ×Ｆｅｓ×［Ｗ×Ｃｉ］
＝Ｄｓ×Ｆｅｓ×［（Ｗ×（Ｚ×Ｒｔ×Ａｉ×Ｃｏ）］
Qun=Ds×Fes×Qud
= Ds × Fes × [W × Ci]
= Ds × Fes × [(W × (Z × Rt × Ai × Co)]
ただし、Ｄｓは、各階の構造特性係数である。Ｆｅｓは、各階の形状係数であり、高さ方向の変形のバランスに基づく剛性率、平面方向の変形のバランス（ねじれの度合い）に基づく偏心率により定まる値である。Ｑｕｄは、各階に生ずる大地震時の地震力であり、Ｑｕｄ＝Ｗ×Ｃｉ＝Ｗ×Ｚ×Ｒｔ×Ａｉ×Ｃｏである。Ｗは、各階が支える建物の重量であり、Ｃｉは、各階の層せん断力係数であり、Ｃｉ＝Ｚ×Ｒｔ×Ａｉ×Ｃｏであり、Ｚは、過去の地震記録に基づく国土交通省が定める値であり、地震の起きやすさを数値化した値で、住所により定まる。Ｒｔは、振動特性係数であり、地盤の情報と建物の固有周期により定まる値である。建物の固有周期は建物高さと構造種別により求められるため、地盤情報と建物高さと構造種別により定まる。Ａｉは、地震層せん断力係数の高さ方向の分布であり、Ｒｔを算出した際の建物の固有周期と建物重量により定まる値である。Ｃｏは、標準せん断力係数であり、必要保有水平耐力算出時は１．０である。 where Ds is the structural characteristic coefficient for each floor. Fes is the shape coefficient for each floor, and is a value determined by the rigidity coefficient based on the balance of deformation in the height direction and the eccentricity ratio based on the balance of deformation in the horizontal direction (degree of torsion). Qud is the seismic force generated on each floor during a major earthquake, and is given by Qud = W x Ci = W x Z x Rt x Ai x Co. W is the weight of the building supported by each floor, Ci is the story shear force coefficient for each floor, and is given by Ci = Z x Rt x Ai x Co. Z is a value set by the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism based on past earthquake records, and is a value that quantifies the likelihood of an earthquake occurring and is determined by the address. Rt is the vibration characteristic coefficient, and is a value determined by ground information and the natural period of the building. A building's natural period is calculated based on the building height and structural type, and is therefore determined by ground information, building height, and structural type. Ai is the distribution of the earthquake story shear force coefficient in the height direction, and is a value determined by the building's natural period and building weight when Rt is calculated. Co is the standard shear force coefficient, which is 1.0 when calculating the required horizontal bearing capacity.
反復判定部３６は、建物モデルに対する応力解析の結果が、計算された必要保有水平耐力を満たすか否かを判定する。建物モデルに対する応力解析の結果が、計算された必要保有水平耐力を満たさない場合には、反復判定部３６は、第２変更部３８により、複数の構造部材の各々に割り当てる既定部材を変更すること、及び計算部３４により、必要保有水平耐力を計算することを繰り返させる。 The iterative determination unit 36 determines whether the results of the stress analysis of the building model satisfy the calculated required horizontal bearing capacity. If the results of the stress analysis of the building model do not satisfy the calculated required horizontal bearing capacity, the iterative determination unit 36 causes the second modification unit 38 to repeatedly change the default members assigned to each of the multiple structural members, and the calculation unit 34 to repeatedly calculate the required horizontal bearing capacity.
第２変更部３８は、各構造部材に割り当てる既定部材を変更する。このとき、部材リスト又は統合部材リストの配列順に沿って、割り当てる既定部材を変更する。 The second change unit 38 changes the default members assigned to each structural member. At this time, the default members are changed in accordance with the order of the members in the member list or integrated member list.
グルーピング処理部２８は、既定部材を複数の構造部材の各々に割り当てた建物モデルに対する応力解析の結果から得られる、複数の構造部材の各々の特徴量に基づいて、複数の構造部材を、同一の断面とすべき構造部材からなる複数のグループに分類するグルーピングを行う。 The grouping processing unit 28 performs grouping by classifying multiple structural members into multiple groups consisting of structural members that should have the same cross section, based on the characteristic quantities of each of the multiple structural members obtained from the results of stress analysis of a building model in which predetermined members are assigned to each of the multiple structural members.
具体的には、構造部材の種類毎に、グルーピングさせるべき構造部材群の特徴量の分布に基づいて、グルーピングを行う。グルーピングのアルゴリズムの一例として、クラスタリング手法を用いることができる。 Specifically, for each type of structural component, grouping is performed based on the distribution of the features of the structural component groups to be grouped. A clustering method can be used as an example of a grouping algorithm.
例えば、既定部材を複数の構造部材の各々に割り当てた建物モデルに対して、応力解析を行い、応力解析の結果に基づいて、構造部材群の特徴量を求め、構造部材の種類毎に、構造部材群の特徴量の分布に基づいて、構造部材群のクラスタリングを行い、同一クラスタの構造部材の断面を統一するように、各構造部材に対する既定部材の割り当てを変更し、複数の構造部材の各々に変更後の既定部材を割り当てた建物モデルに対して、応力解析を行い、応力解析の結果を出力する。特徴量は、応力解析の結果として得られる、長期軸力、短期モーメント、短期軸力や、柱の長さ、柱の座標などを含む。 For example, a stress analysis is performed on a building model in which a predetermined member is assigned to each of multiple structural members, and the feature quantities of the structural member groups are determined based on the results of the stress analysis. The structural member groups are clustered by type based on the distribution of the feature quantities of the structural member groups, and the assignment of predetermined members to each structural member is changed so as to unify the cross sections of structural members in the same cluster. A stress analysis is then performed on the building model in which the changed predetermined members are assigned to each of multiple structural members, and the results of the stress analysis are output. The feature quantities include long-term axial force, short-term moment, short-term axial force, column length, column coordinates, etc. obtained as a result of the stress analysis.
また、グルーピングに関するパラメータからなる複数のパラメータセットが予め定められており、複数のパラメータセットの各々に対し、当該パラメータセットを用いたグルーピングを行うことにより、グルーピング結果を複数求める（図１２Ａ～図１２Ｃ）。 In addition, multiple parameter sets consisting of grouping-related parameters are determined in advance, and multiple grouping results are obtained by performing grouping using each of the multiple parameter sets (Figures 12A to 12C).
パラメータセットは、例えば、クラスタリングに関するＫの値や、各特徴量に対する重みからなる重みベクトルを含む。 The parameter set includes, for example, the value of K for clustering and a weight vector consisting of weights for each feature.
図１２Ａ～図１２Ｃでは、３つのパラメータセットに対する３つのグルーピング結果を表示する例を示している。図１２Ａ～図１２Ｃの下側には、上側のグルーピング結果のうちの矩形の枠部分を拡大したものが示されている。 Figures 12A to 12C show an example of displaying three grouping results for three parameter sets. The lower parts of Figures 12A to 12C show enlarged views of the rectangular framed portion of the grouping results shown at the top.
＜本発明の第１の実施の形態の学習装置の構成＞
上記図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る学習装置２００は、設計支援装置１００と同様に、ＣＰＵ１２、グラフィックカード１３、ＧＰＵ１４、ＲＡＭ１６、ＨＤＤ１８、通信インタフェース２１、及びこれらを相互に接続するためのバス２３を備えている。
<Configuration of the learning device according to the first embodiment of the present invention>
As shown in FIG. 1 above, the learning device 200 according to the first embodiment of the present invention, like the design support device 100, comprises a CPU 12, a graphics card 13, a GPU 14, a RAM 16, a HDD 18, a communication interface 21, and a bus 23 for interconnecting these.
ＣＰＵ１２、ＧＰＵ１４は、各種プログラムを実行する。ＲＡＭ１６は、ＣＰＵ１２による各種プログラムの実行時におけるワークエリア等として用いられる。記録媒体としてのＨＤＤ１８には、学習処理を実行するためのプログラムを含む各種プログラムや各種データが記憶されている。 The CPU 12 and GPU 14 execute various programs. The RAM 16 is used as a work area when the CPU 12 executes the various programs. The HDD 18 serves as a recording medium and stores various programs, including a program for executing the learning process, and various data.
本実施の形態における学習装置２００を、学習処理を実行するためのプログラムに沿って、機能ブロックで表すと、図１３に示すようになる。学習装置２００は、入力部１１０、演算部１２０、及び出力部１５０を備えている。 The learning device 200 in this embodiment is represented by functional blocks in accordance with the program for executing the learning process, as shown in Figure 13. The learning device 200 includes an input unit 110, a calculation unit 120, and an output unit 150.
入力部１１０は、建物の実績情報から構造部材（柱、梁、壁、ブレース等）の各々について得られる、構造部材の位置情報を含む部材情報と、構造部材の断面との組み合わせを含む学習用データを入力として受け付ける。 The input unit 110 accepts as input learning data that includes a combination of component information, including positional information of each structural component (columns, beams, walls, braces, etc.), obtained from the building's performance information, and the cross-section of the structural component.
演算部１２０は、学習部１２２を備えている。 The calculation unit 120 includes a learning unit 122.
学習部１２２は、入力部１１０により受け付けた複数の学習用データに基づいて、構造部材の種類毎に、断面計算用の学習済みモデルを得る。 The learning unit 122 obtains a trained model for cross-section calculation for each type of structural member based on multiple pieces of learning data received by the input unit 110.
本実施の形態では、構造部材の種類（柱、梁、壁、ブレース等）毎に、断面計算用の学習済みモデルを生成し、設計支援装置１００に対して、出力部１５０により出力する。 In this embodiment, a trained model for cross-section calculation is generated for each type of structural member (column, beam, wall, brace, etc.) and output to the design support device 100 by the output unit 150.
＜学習装置の動作＞
次に、本発明の第１の実施の形態に係る学習装置２００の動作について説明する。
<Operation of the learning device>
Next, the operation of the learning device 200 according to the first embodiment of the present invention will be described.
入力部１１０によって、建物の実績情報から構造部材（柱、梁、壁、ブレース等）の各々について得られる、構造部材の位置情報を含む部材情報と、構造部材の断面との組み合わせを含む学習用データを入力として受け付ける。そして、学習部１２２は、入力部１１０により受け付けた複数の学習用データに基づいて、断面計算用の学習済みモデルを得る。 The input unit 110 receives as input learning data that includes a combination of component information, including positional information for each structural component (columns, beams, walls, braces, etc.), obtained from the building's performance information, and the cross-sections of the structural components. The learning unit 122 then obtains a trained model for cross-section calculation based on the multiple pieces of learning data received by the input unit 110.
＜設計支援装置の動作＞
次に、本発明の第１の実施の形態に係る設計支援装置１００の動作について説明する。
<Operation of the design support device>
Next, the operation of the design support device 100 according to the first embodiment of the present invention will be described.
まず、入力部１０によって、設計担当者の操作により、部材情報が予め定められた建物の構造部材である複数の既定部材の情報を受け付けると、設計支援装置１００の部材リスト生成部２２は、部材情報が予め定められた建物の構造部材である複数の既定部材の情報に基づいて、構造部材に関する部材ランク毎に、複数の既定部材を格納した部材リストであって、断面係数、断面積、及び外形サイズの組み合わせの昇順となるように配列された部材リストを生成する。 First, the input unit 10 receives information on multiple predefined components, which are structural components of a building whose component information has been predetermined, through operation by the designer. The component list generation unit 22 of the design support device 100 then generates a component list that stores multiple predefined components for each component rank related to the structural components, based on the information on the multiple predefined components, which are structural components of the building whose component information has been predetermined, and that is arranged in ascending order of the combination of section modulus, cross-sectional area, and external size.
そして、入力部１０によって、設計担当者の操作により、設計対象の建物であって、複数の構造部材（柱、梁、壁、ブレース等）を含む建物をモデル化した建物モデルの入力を受け付けるとともに、設計対象の建物に関する設計条件を受け付けると、設計支援装置１００によって、図１４に示す設計支援処理ルーチンが実行される。 Then, the input unit 10 receives input of a building model of the building to be designed, which includes multiple structural members (columns, beams, walls, braces, etc.), through operation by the designer. Also, when design conditions related to the building to be designed are received, the design support device 100 executes the design support processing routine shown in FIG. 14.
まず、ステップＳ１００において、断面構造計算部２４は、入力された複数の構造部材を含む建物モデルを取得する。 First, in step S100, the cross-sectional structural calculation unit 24 obtains a building model including the input structural members.
ステップＳ１０２では、割当部３０は、建物モデルの構造部材の各々について、構造部材の部材情報に基づいて、学習した断面計算用の学習済みモデルを用いて、構造部材の断面を計算し、計算結果を表示する。そして、割当部３０は、複数の構造部材の各々について、計算された構造部材の断面と、設計条件を満たす部材ランクの部材リスト又は統合部材リストとに基づいて、各構造部材に既定部材を割り当てる。 In step S102, the allocation unit 30 calculates the cross section of each structural member of the building model using the trained model for cross section calculation based on the structural member's member information, and displays the calculation results. Then, for each of the multiple structural members, the allocation unit 30 assigns a default member to each structural member based on the calculated cross section of the structural member and the member list or integrated member list of member ranks that satisfy the design conditions.
例えば、断面の計算結果に含まれる断面積に最も近い既定部材を、部材リスト又は統合部材リストから選択したり、又は、断面積の計算結果以上であって、最小の断面積を有する既定部材を選択する。あるいは、構造断面の計算結果に含まれる断面積及び断面係数の組み合わせが最も近い既定部材を、部材リスト又は統合部材リストから選択する。 For example, select the default member from the member list or integrated member list that has the closest cross-sectional area to the cross-sectional area included in the cross-sectional calculation result, or select the default member that has the smallest cross-sectional area that is equal to or greater than the cross-sectional area calculation result. Alternatively, select the default member from the member list or integrated member list that has the closest combination of cross-sectional area and section modulus included in the structural cross-sectional calculation result.
ステップＳ１０４では、第１変更部３２は、受け付けた設計条件を満たすように、部材リスト又は統合部材リストから、建物モデルの構造部材の各々に割り当てる既定部材を変更する。 In step S104, the first modification unit 32 modifies the default components to be assigned to each structural component of the building model from the component list or integrated component list so as to satisfy the accepted design conditions.
ステップＳ１０６では、必要保有水平耐力を満たすように、部材リスト又は統合部材リストから、建物モデルの構造部材の各々に割り当てる既定部材を変更する。 In step S106, the default members assigned to each structural member of the building model are changed from the member list or integrated member list so as to satisfy the required horizontal bearing capacity.
ステップＳ１０８では、グルーピング処理部２８は、既定部材を複数の構造部材の各々に割り当てた建物モデルに対する応力解析の結果から得られる、複数の構造部材の各々の特徴量に基づいて、複数の構造部材を、同一の断面とすべき構造部材からなる複数のグループに分類するグルーピングを行う。このグルーピングは、グルーピングに関するパラメータセット毎に行われ、複数のグルーピング案が得られる。 In step S108, the grouping processing unit 28 performs grouping to classify the structural members into multiple groups consisting of structural members that should have the same cross section, based on the feature values of each of the structural members obtained from the results of stress analysis of the building model in which default members are assigned to each of the structural members. This grouping is performed for each grouping parameter set, and multiple grouping proposals are obtained.
ステップＳ１１０では、複数のグルーピング案に対するグルーピング結果を出力部１５０により表示し、設計支援処理ルーチンを終了する。 In step S110, the grouping results for the multiple grouping proposals are displayed by the output unit 150, and the design support processing routine is terminated.
上記ステップＳ１０４は、図１５に示す処理ルーチンによって実現される。 Step S104 above is implemented by the processing routine shown in Figure 15.
ステップＳ１１１では、第１変更部３２は、部材リスト又は統合部材リストから各構造部材に割り当てる既定部材を変更する。 In step S111, the first change unit 32 changes the default members assigned to each structural member from the member list or integrated member list.
ステップＳ１１２では、第１変更部３２は、複数の構造部材の各々に既定部材を割り当てた建物モデルに対して、応力解析を行う。 In step S112, the first modification unit 32 performs stress analysis on the building model in which default members have been assigned to each of the multiple structural members.
ステップＳ１１４では、第１変更部３２は、応力解析の結果に基づいて、入力された設計条件を満たすか否かを判定する。入力された設計条件を満たさない場合には、上記ステップＳ１１１へ戻る。一方、入力された設計条件を満たす場合には、設計条件を満たす各構造部材に対する既定部材の割り当てが得られたと判断し、当該処理ルーチンを終了する。 In step S114, the first change unit 32 determines whether the input design conditions are met based on the results of the stress analysis. If the input design conditions are not met, the process returns to step S111. On the other hand, if the input design conditions are met, the process determines that a default member assignment has been obtained for each structural member that meets the design conditions, and terminates the processing routine.
上記ステップＳ１０６は、図１６に示す処理ルーチンによって実現される。 Step S106 above is implemented by the processing routine shown in Figure 16.
ステップＳ１２０では、計算部３４は、複数の構造部材の各々に既定部材を割り当てた建物モデルに対して、応力解析を行う。 In step S120, the calculation unit 34 performs stress analysis on a building model in which default members have been assigned to each of multiple structural members.
ステップＳ１２２では、計算部３４は、複数の構造部材の各々に割り当てられる既定部材の部材ランクと、建物モデルに対する応力解析の結果とから、構造特性係数を求め、構造特性係数から必要保有水平耐力を計算する。 In step S122, the calculation unit 34 calculates structural characteristic coefficients from the component ranks of the predefined components assigned to each of the multiple structural components and the results of stress analysis on the building model, and calculates the required horizontal bearing capacity from the structural characteristic coefficients.
ステップＳ１２４では、反復判定部３６は、建物モデルに対する応力解析の結果が、計算された必要保有水平耐力を満たすか否かを判定する。建物モデルに対する応力解析の結果が、計算された必要保有水平耐力を満たさない場合には、ステップＳ１２６へ移行する。一方、建物モデルに対する応力解析の結果が、計算された必要保有水平耐力を満たす場合には、必要保有水平耐力を満たす各構造部材に対する既定部材の割り当てが得られたと判断し、当該処理ルーチンを終了する。 In step S124, the iterative determination unit 36 determines whether the results of the stress analysis for the building model satisfy the calculated required horizontal bearing capacity. If the results of the stress analysis for the building model do not satisfy the calculated required horizontal bearing capacity, the process proceeds to step S126. On the other hand, if the results of the stress analysis for the building model satisfy the calculated required horizontal bearing capacity, the process determines that a default member assignment has been obtained for each structural member that satisfies the required horizontal bearing capacity, and terminates the processing routine.
ステップＳ１２６では、第２変更部３８は、部材リスト又は統合部材リストから各構造部材に割り当てる既定部材を変更し、上記ステップＳ１２０へ戻る。 In step S126, the second change unit 38 changes the default members assigned to each structural member from the member list or integrated member list, and then returns to step S120.
上記ステップＳ１０８は、図１７に示す処理ルーチンによって実現される。この処理ルーチンは、グルーピングに関するパラメータセット毎に繰り返し実行される。 Step S108 above is implemented by the processing routine shown in Figure 17. This processing routine is repeatedly executed for each grouping parameter set.
ステップＳ１３０では、グルーピング処理部２８は、既定部材を複数の構造部材の各々に割り当てた建物モデルに対して、応力解析を行う。 In step S130, the grouping processing unit 28 performs stress analysis on the building model in which the default members have been assigned to each of the multiple structural members.
ステップＳ１３２では、グルーピング処理部２８は、応力解析の結果に基づいて、構造部材群の特徴量を取得する。 In step S132, the grouping processing unit 28 acquires the characteristic quantities of the structural member group based on the results of the stress analysis.
ステップＳ１３４では、グルーピング処理部２８は、構造部材の種類毎に、構造部材群の特徴量の分布に基づいて、構造部材群のクラスタリングを行う。 In step S134, the grouping processing unit 28 performs clustering of the structural member groups for each type of structural member based on the distribution of the feature quantities of the structural member groups.
ステップＳ１３６では、グルーピング処理部２８は、同一クラスタの構造部材の断面を統一するように、各構造部材に対する既定部材の割り当てを変更する。 In step S136, the grouping processing unit 28 changes the assignment of default members to each structural member so as to unify the cross sections of structural members in the same cluster.
ステップＳ１３８では、グルーピング処理部２８は、複数の構造部材の各々に変更後の既定部材を割り当てた建物モデルに対して、応力解析を行い、応力解析の結果を出力し、当該処理ルーチンを終了する。 In step S138, the grouping processing unit 28 performs stress analysis on the building model in which the changed default members have been assigned to each of the multiple structural members, outputs the results of the stress analysis, and terminates the processing routine.
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る設計支援装置によれば、構造部材の断面の計算結果と、断面係数、断面積、及び外形サイズで昇順となるように既定部材が配列された部材リストと、に基づいて、構造部材に既定部材を割り当てることにより、設計条件の入力だけで、適切な構造部材を用いた建物の構造設計を支援することができる。 As explained above, the design support device according to the first embodiment of the present invention assigns predefined members to structural members based on the calculation results of the cross-sections of the structural members and a member list in which predefined members are arranged in ascending order by section modulus, cross-sectional area, and external size. This makes it possible to support the structural design of buildings using appropriate structural members simply by inputting design conditions.
また、受け付けた設計条件を満たすまで、断面係数、断面積、及び外形サイズで昇順となるように既定部材が配列された部材リストの配列順に、構造部材の各々に割り当てる既定部材を変更することを繰り返すことにより、設計条件の入力だけで、適切な構造部材を用いた建物の構造設計を支援することができる。 Furthermore, by repeatedly changing the default members assigned to each structural member in the order of the member list, in which the default members are arranged in ascending order of section modulus, cross-sectional area, and external size, until the accepted design conditions are met, the system can assist in the structural design of buildings using appropriate structural members simply by inputting the design conditions.
また、受け付けた設計条件を満たすように、複数の構造部材の各々に割り当てる既定部材を変更した後に、必要保有水平耐力を計算し、必要保有水平耐力を満たすまで、複数の構造部材の各々に割り当てる既定部材を変更すること、及び必要保有水平耐力を計算することを繰り返すことにより、設計条件の入力だけで、計算の繰り返し回数を抑えて、必要保有水平耐力を満たす構造部材を用いた建物の構造設計を支援することができる。 In addition, the system changes the default members assigned to each of multiple structural members to meet the received design conditions, then calculates the required horizontal bearing capacity. By repeating this process of changing the default members assigned to each of multiple structural members and calculating the required horizontal bearing capacity until the required horizontal bearing capacity is met, the system can support the structural design of buildings using structural members that meet the required horizontal bearing capacity, minimizing the number of calculation iterations, by simply inputting the design conditions.
［第２の実施の形態］
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態の設計支援装置及び学習装置の構成は、第１の実施の形態と同様の構成となるため、同一符号を付して説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Note that the configurations of the design support device and learning device of the second embodiment are similar to those of the first embodiment, so the same reference numerals are used and the description thereof will be omitted.
第２の実施の形態では、教師あり学習を用いてグルーピングを行う点が、第１の実施の形態と異なっている。 The second embodiment differs from the first embodiment in that grouping is performed using supervised learning.
＜本発明の第２の実施の形態の学習装置の構成＞
本発明の第２の実施の形態に係る学習装置２００の入力部１１０は、上記第１の実施の形態と同様に、断面計算用の学習用データを入力として受け付ける。また、入力部１１０は、建物の実績情報から構造部材について得られる、すべての構造部材のうちの２つの構造部材からなる構造部材ペアの各々についての、２つの構造部材の各々の構造部材情報に基づいてグルーピングされているか否かを判断した判断結果と、２つの構造部材の各々の構造部材情報と、を含む学習用データを入力として受け付ける。
<Configuration of the learning device according to the second embodiment of the present invention>
The input unit 110 of the learning device 200 according to the second embodiment of the present invention accepts as input learning data for cross-section calculation, similar to the first embodiment. The input unit 110 also accepts as input learning data including the structural member information of each of the two structural members, and a determination result for each structural member pair consisting of two structural members out of all structural members obtained from the building performance information about the structural members, as to whether or not the two structural members are grouped together based on the structural member information of each of the two structural members.
具体的には、建物の実績情報から、すべての構造部材のうちの２つの構造部材からなる構造部材ペアについて、２つの構造部材の部材情報（上記図８の長さＬ、角度θ、建物内の位置（高さ方向の位置、平面上の位置）、階高、部材密度（スパン）、負担面積、その他部材を特徴付ける情報（上記図８の部材幅Ｄ、部材成Ｂ、部材厚ｔなど））と、２つの構造部材の各々の構造部材情報に基づいてグルーピングされているか否かを判断した判断結果とを含む学習用データを作成しておく。そして、構造部材ペア毎に、２つの構造部材の部材情報とグルーピングされているか否かの判断結果との組み合わせを含む学習用データを受け付ける。 Specifically, for structural member pairs consisting of two structural members from all structural members, learning data is created from the building's performance information, including the member information of the two structural members (length L, angle θ, position within the building (height position, position on the plane), floor height, member density (span), bearing area, and other information characterizing the members (member width D, member thickness B, member thickness t, etc. in Figure 8 above)) and the results of a determination of whether or not the two structural members are grouped based on the structural member information for each of the two structural members. Then, for each structural member pair, learning data is received that includes a combination of the member information of the two structural members and the results of a determination of whether or not they are grouped.
本実施の形態では、この学習用データを、構造部材の種類（柱、梁、壁、ブレース等）毎に受け付ける。 In this embodiment, this learning data is accepted for each type of structural member (column, beam, wall, brace, etc.).
学習部１２２は、上記第１の実施の形態と同様に、断面計算用の学習済みモデルを得る。 The learning unit 122 obtains a trained model for cross-section calculation, as in the first embodiment described above.
また、学習部１２２は、学習用データに基づいて、グルーピング用の学習済みモデルを得る。 The learning unit 122 also obtains a trained model for grouping based on the training data.
具体的には、図１８に示すように、グルーピング用の学習済みモデルは、２つの構造部材の特徴量を入力データとし、当該２つの構造部材をグルーピングすべき度合いを出力データとする。例えば、モデルの一例としてニューラルネットワークを用いることができ、学習アルゴリズムの一例としてディープラーニングを用いることができる。構造部材の種類（柱、梁、壁、ブレース等）毎に、グルーピング用の学習済みモデルを生成する。 Specifically, as shown in Figure 18, the trained model for grouping takes the feature values of two structural members as input data and the degree to which the two structural members should be grouped as output data. For example, a neural network can be used as an example of the model, and deep learning can be used as an example of the learning algorithm. A trained model for grouping is generated for each type of structural member (column, beam, wall, brace, etc.).
＜本発明の第２の実施の形態の設計支援装置の構成＞
第２の実施の形態の設計支援装置１００のグルーピング処理部２８は、構造部材の種類（柱、梁、壁、ブレース等）毎に、生成したすべての構造部材のうちの２つの構造部材からなる構造部材ペアの各々について、２つの構造部材の各々の特徴量とグルーピング用の学習済みモデルとに基づいて、グルーピングすべき度合いを計算し、指定されたグループ数になるように、グルーピングすべき度合いの降順に、構造部材ペアをグルーピングする。
<Configuration of the design support device according to the second embodiment of the present invention>
The grouping processing unit 28 of the design support device 100 of the second embodiment calculates the degree of grouping for each structural member pair consisting of two structural members out of all the generated structural members for each type of structural member (column, beam, wall, brace, etc.) based on the feature values of each of the two structural members and the trained model for grouping, and groups the structural member pairs in descending order of the degree of grouping so as to achieve the specified number of groups.
具体的には、グルーピング処理部２８は、構造部材の種類（柱、梁、壁、ブレース等）毎に、すべての構造部材のうちの２つの構造部材からなる構造部材ペアの各々について、２つの構造部材の各々の構造部材情報と当該構造部材の種類のグルーピング用の学習済みモデルとに基づいて、グルーピングすべき度合いを計算する。 Specifically, for each type of structural member (column, beam, wall, brace, etc.), the grouping processing unit 28 calculates the degree to which each structural member pair consisting of two structural members from all structural members should be grouped based on the structural member information for each of the two structural members and the trained model for grouping that type of structural member.
例えば、構造部材ペア毎に、２つの構造部材の部材情報（長さ、角度、建物内の位置（高さ方向の位置、平面上の位置）、階高、部材密度（スパン）、負担面積、その他部材を特徴付ける情報）をグルーピング用の学習済みモデルに入力して、グルーピングすべき度合いを求める。 For example, for each pair of structural members, the member information of the two structural members (length, angle, position within the building (height position, position on the plane), floor height, member density (span), bearing area, and other information characterizing the members) is input into a trained grouping model to determine the degree to which they should be grouped.
そして、グルーピング処理部２８は、構造部材の種類（柱、梁、壁、ブレース等）毎に、指定されたグループ数になるように、グルーピングすべき度合いの降順に、構造部材ペアの２つの構造部材を同一グループとすることを繰り返す。これにより、指定されたグループ数のグルーピング結果が得られる。また、グルーピングの数の指定を順に変更して、同様に、構造部材ペアをグルーピングする。これにより、複数のグルーピング案に対するグルーピング結果が得られる。 The grouping processing unit 28 then repeatedly groups two structural members of a structural member pair in the same group in descending order of grouping degree, for each type of structural member (column, beam, wall, brace, etc.), until the specified number of groups is reached. This results in grouping results for the specified number of groups. The specified number of groupings is then changed in turn, and structural member pairs are grouped in the same manner. This results in grouping results for multiple grouping proposals.
第２の実施の形態の設計支援装置１００及び学習装置２００の他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。 The other configurations and operations of the design support device 100 and learning device 200 in the second embodiment are the same as those in the first embodiment, so explanations will be omitted.
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態に係る設計支援装置によれば、受け付けた設計条件、及び必要保有水平耐力に基づいて、建物の複数の構造部材の各々について、既定部材を割り当て、建物モデルに対する応力解析の結果から得られる、複数の構造部材の各々の特徴量に基づいて、グルーピングすべき度合いを計算し、複数の構造部材を分類するグルーピングを行うことにより、設計条件の入力だけで、適切なグループ数の構造部材を用いた建物の構造設計を支援することができる。 As explained above, the design support device according to the second embodiment of the present invention assigns a default member to each of the multiple structural members of a building based on the received design conditions and required horizontal bearing capacity, calculates the degree of grouping based on the characteristic quantities of each of the multiple structural members obtained from the results of stress analysis of the building model, and performs grouping to categorize the multiple structural members. This makes it possible to support the structural design of a building using an appropriate number of groups of structural members simply by inputting the design conditions.
なお、本発明は、上述した実施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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications are possible without departing from the spirit and scope of the invention.
例えば、上述した実施形態では、学習装置と設計支援装置とが別々の装置として構成されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、学習装置と設計支援装置とを一つの装置として構成してもよい。 For example, in the above-described embodiment, an example was described in which the learning device and the design support device were configured as separate devices, but this is not limited to this, and the learning device and the design support device may also be configured as a single device.
また、本発明のプログラムは、記憶媒体に格納して提供するようにしてもよい。 The program of the present invention may also be provided stored on a storage medium.
１０、１１０ 入力部
１２ ＣＰＵ
２０、１２０ 演算部
２１ 通信インタフェース
２２ 部材リスト生成部
２４ 断面構造計算部
２８ グルーピング処理部
３０ 割当部
３２ 第１変更部
３４ 計算部
３６ 反復判定部
３８ 第２変更部
５０、１５０ 出力部
１００ 設計支援装置
１２２ 学習部
２００ 学習装置
10, 110 Input unit 12 CPU
20, 120 Calculation unit 21 Communication interface 22 Member list generation unit 24 Cross-sectional structure calculation unit 28 Grouping processing unit 30 Assignment unit 32 First change unit 34 Calculation unit 36 Repetition determination unit 38 Second change unit 50, 150 Output unit 100 Design support device 122 Learning unit 200 Learning device
Claims (3)
設計対象の建物であって、複数の構造部材を含む建物をモデル化した建物モデル、前記複数の構造部材の各々についての部材ランク、断面係数、断面積、及び外形サイズを含む部材情報、並びに前記設計対象の建物に関する複数の構造部材の部材ランクの範囲を含む設計条件を受け付ける入力部と、
前記複数の構造部材の各々について、前記部材情報と、前記構造部材の位置情報とを入力とし、前記構造部材の断面を計算する予め学習された学習済みモデルを用いて、前記構造部材の断面を計算する断面計算部と、
前記複数の構造部材の各々について、前記構造部材の断面と、前記設計条件に含まれる前記部材ランクの範囲を満たす前記部材ランクの前記部材リストとに基づいて、前記構造部材に前記既定部材を割り当てる割当部と、
を含む設計支援装置。 a component list generating unit that generates a component list storing a plurality of pre-defined components that are structural components of a building, for each component rank related to the structural components, based on information on a plurality of pre-defined components that are structural components of the building, the component list being arranged in ascending order of section modulus, cross-sectional area, or external size;
an input unit that receives a building model of a building to be designed, the building including a plurality of structural members, member information including a member rank, a section modulus, a cross-sectional area, and an outer size for each of the plurality of structural members, and design conditions including a range of member ranks for the plurality of structural members related to the building to be designed;
a cross-section calculation unit that calculates a cross-section of each of the plurality of structural members using a pre-trained model that receives the member information and position information of the structural member as input and calculates the cross-section of the structural member;
an allocation unit that allocates the predetermined members to the structural members based on a cross section of the structural member and the member list of the member ranks that satisfy the range of the member ranks included in the design conditions, for each of the plurality of structural members;
A design support device including:
既定部材を格納した部材リストから各々選択された既定部材を前記複数の構造部材の各々に割り当てた前記建物モデルに対する応力解析の結果に基づいて、前記複数の構造部材の各々に割り当てる前記既定部材を変更することを、前記設計条件に含まれるブレース又は耐力壁の分担率の目標値、検定比の目標値、保有水平耐力余裕度の目標値、繰り返し計算回数、柱梁耐力比の目標値、各階の層間変形角の目標値、又は材料強度の指定を満たすまで繰り返す変更部を更に含み、
前記変更部は、前記複数の構造部材の各々に割り当てる前記既定部材を変更する際に、前記設計条件を満たす前記部材ランクの前記部材リストの配列順に、前記既定部材を変更する請求項１記載の設計支援装置。 The design conditions further include a target value for the contribution rate of the brace or shear wall, a target value for the inspection ratio, a target value for the horizontal bearing capacity margin, the number of repeated calculations, a target value for the column-beam strength ratio, a target value for the story drift angle of each floor, or a designation of material strength,
The building model further includes a change unit that repeats changing the predetermined members to be assigned to each of the plurality of structural members based on the results of stress analysis of the building model in which predetermined members selected from a member list storing predetermined members are assigned to each of the plurality of structural members, until the target value of the contribution rate of the brace or shear wall, the target value of the inspection ratio, the target value of the horizontal bearing capacity margin, the number of repeated calculations, the target value of the column-beam strength ratio, the target value of the story deformation angle of each floor, or the designation of material strength included in the design conditions is satisfied,
2. The design support device according to claim 1 , wherein when changing the predetermined components to be assigned to each of the plurality of structural components, the change unit changes the predetermined components in the arrangement order of the component list of the component ranks that satisfy the design conditions.
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