JPH0782484B2 - 鉄骨構造物の最適断面選出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は骨組型鉄骨構造物の設計作業手順を効率良く行
い得る鉄骨構造物の最適断面選出装置に関する。

〔従来の技術〕

骨組型鉄骨構造物を設計する場合、通常汎用プログラム
を利用して各部材の応力解析を行い、上記各部材として
最適な断面形状を持つ鋼材を種々の規格化鋼材の中から
決定することが行われる。

第４図はこの種の一般的な設計作業手順を示すものであ
る。

即ち先ず構造計画Ａでは、鉄骨構造物を構成する各部材
の位置と長さ、およびそれらの接合条件等を決定し、更
に上記各部材に作用する外力等を算定する。この構造計
画に基いて上記鉄骨構造物を構成する各部材毎の必要断
面が、経験的、或いは統計的データ等に基いてそれぞれ
仮定される（処理Ｂ）。

このようにして断面が仮定された各部材について、汎用
応力解析プログラムを用いる等して上記各部材に生じる
物理的な各種の力と変形がそれぞれ応力解析され、その
解析結果が求められる（処理Ｃ）。この応力解析Ｃによ
る解析結果から、前記各部材に対する応力表Ｄが作成さ
れる。

しかして次に上記応力表Ｄから前記各部材毎にその諸応
力データを抜粋し（処理Ｅ）、各部材に対する最適断面
の選出処理Ｆが実行される。この際、事前に準備された
記録ファイルＧ、および鋼材リストＨを参照して各部材
毎の最適鋼材データを得（処理Ｉ）、各部材の最適断面
鋼材表Ｊが作成される。以上の処理が前述した各部材の
全てについて行われたか否かを判定し（処理Ｋ）、各部
材について最適な鋼材がそれぞれ決定されるまで繰返し
実行する。

その後、上述した処理によって求められた各部材に対す
る最適断面鋼材の算出結果を、前記構造計画Ａに対して
求められた今回のデータであるとして前記記録ファイル
Ｇに格納する（処理Ｌ）。そして、上記各部材に対する
最適断面鋼材の算出結果の中で、先に求められた断面と
異なる部材が或るか否かを判定する（処理Ｍ）。

ここで或る部材に関して最適断面の違うものが求められ
た場合には、構造計画された構造物全体の剛性バランス
が前記応力解析Ｃの前提条件に合致しなくなる。同時に
各部材の分担力にも変化が生じることになる。従ってこ
の場合には、上記新しく求められた断面を仮定断面とし
て、再び前記応力解析Ｃからの処理が繰返し実行され
る。そして前記応力解析Ｃの前提条件と同じ最適断面算
出結果が求められた時点で、その設計作業が終了するこ
とになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが上述した骨組型構造物の設計作業にあっては次
のような問題があった。

即ち、技術者は上記応力解析Ｃに先立って各部材の断面
を仮定することが必要である。この際、断面形状が規格
化されている市販の構造用形鋼リストの中から、最も経
済的であるものを選択するにはかなりの熟練を必要とす
る。しかもその仮定に誤りがある場合、その設計に多く
の時間が必要となることが否めない。更には、構造物全
体の鋼材重量が必要以上に大きくなり、経済性の点でも
問題が生じる。

また仮定断面が不足する場合、その程度に応じたより大
きな断面を選択することは比較的容易である。しかし、
逆に仮定断面に余裕がある場合、それより小さな断面を
持つ最適なものを探すには多大な困難を伴う。

そこで各部材の断面を仮定する作業から、汎用解析プロ
グラムを用いて最適鋼材を選択する作業の自動化を進め
ることが種々試みられているが、その処理所要時間等の
点で多くの問題が残されている。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、骨組型鉄骨構造物の設計作業手
順を効率良く行い、各部材の最適断面を経済性良く選出
することのできる鉄骨構造物の最適断面選出装置を提供
することにある。

〔問題点を解決する為の手段〕

本発明は断面形状が規格化されている鋼材毎に入力され
た、各鋼材の市場価格の高低の程度や工場における製作
難易度等の重み付けを示すハンディ定数をハンディ定数
記録装置に記録しておき、前記各鋼材の断面形状に関す
る工学的諸数値を記憶した鋼材リスト記録装置から抜粋
される鋼材毎の単位重量に前記ハンディ定数記録装置に
記憶されている対応鋼材の前記ハンディ定数を掛合わせ
て前記各鋼材毎のハンディ重量をそれぞれ求め、これら
の各鋼材のハンディ重量値に従って該ハンディ重量値の
小さい鋼材から順に、その工学的諸定数と共に並べた選
出対象鋼材リストを作成し、また、過去に設計された構
造物の各部材における最適鋼材と単位面積あたりの負荷
荷重およびその鋼材の許容値の情報から、上記選出対象
鋼材リスト上における検索開始位置を示す所要のパラメ
ータを求め、設計対象の構造物の各対象部材毎にこのパ
ラメータを用いて各対象部材について上記選出対象鋼材
リストの上位の鋼材から順に対象部材に対する工学的条
件を満すか否かを調べて、上記工学的条件を最初に満し
た鋼材を上記対象部材の最適断面として順に選出するよ
うにしたことを特徴とするものである。

〔作用〕

かくして本発明によれば、各鋼材に対するハンディ定数
とその単位重量とに基いて作成された選出対象鋼材リス
トを用い、上記パラメータにより定まる順位のものを起
点に選出対象鋼材リストの上位のものから順に、その鋼
材が鉄骨構造物を構成する各部材の諸応力に対する強度
等の条件が工学的に検討される。そして、最初にその条
件を満足した鋼材を上記対象部材の最適断面として選出
するので、鉄骨構造物を構成する各部材の前記ハンディ
定数を考慮した最適断面を前記規格鋼材中から簡易に、
且つ効果的に選出することが可能となる。

〔実施例〕 以下、図面を参照して本発明の一実施例につき説明す
る。

第１図は実施例装置の概略構成図である。

図において１は最適断面選出装置本体であり、２は断面
形状が規格化されている鋼材毎に、その市場価格の高低
の程度や工場における製作難易度等の重み付けを示すハ
ンディ定数を上記最適断面選出装置本体１に入力する為
のハンディ定数表入力装置である。また３は上記各鋼材
について、その断面形状に関する工学的諸数値、例えば
各鋼材の単位重量等を記憶した鋼材リスト記録装置であ
り、４は構造計画で実施された骨組型の鉄骨構造物を構
成する各部材についての諸応力を記憶した諸応力表記録
装置である。

そして最適鋼材表示器５は、上記ハンディ定数表入力装
置２から入力されたハンディ定数、鋼材リスト記録装置
３に記録された各鋼材の断面形状に関する工学的諸数
値、および諸応力表記録装置５に記憶された前記各部材
についての諸応力に従って前記最適断面選出装置本体１
が算出した各部材に対する最適断面の鋼材を表示するも
のである。また作動スピード促進装置６については後述
するが、上記最適断面選出装置本体１による各部材に対
する最適断面の鋼材の算出処理を促進制御するものであ
る。

しかしてハンディ定数表入力装置２から、各種鋼材に関
するハンディ定数が入力されると、装置本体１ではその
ハンディ・データを各鋼材毎に管理してハンディ定数記
録装置11に順次記憶し、ハンディ定数表を作成してい
る。このハンディ定数表は、複数の鋼材K1,K2,〜Kiに対
する各ハンディ定数をそれぞれAl,A2,〜Aiとして整理記
憶することによって作成される。

一方、装置本体１における鋼材単位重量抜粋器12は、前
記鋼材リスト記憶装置３に格納された鋼材K1,K2,〜Knに
ついて断面形状に関する工学的諸数値の中から、上記ハ
ンディ定数A1,A2,〜Aiが入力された鋼材K1,K2,〜Kiの各
単位重量w1,w2,〜wnをそれぞれ抜粋している。ハンディ
重量算出器13は、この鋼材単位重量抜粋器12にて抽出さ
れた鋼材K1,K2,〜Kiの各単位重量w1,w2,〜wnに、前記ハ
ンディ定数A1,A2,〜Aiをそれぞれ掛合わせて前記各鋼材
K1,K2,〜Kiのハンディ重量Wk（ｋ＝1,2,〜ｉ）を Wk＝Ak×wk としてそれぞれ算出している。

ハンディ重量整列器14は、上述の如く計算された各鋼材
K1,K2,〜Kiのハンディ重量W1,W2,〜Wiをその値の小さい
ものから順に並べるもので、選出対象鋼材リスト作成器
15は、並べ換えられた各ハンディ重量W1,W2,〜Wiにそれ
ぞれ対応する鋼材K1,K2,〜Kiの前記鋼材リスト記憶装置
３におけるリスト・ナンバーをそれぞれ求めている。こ
の鋼材リスト・ナンバーに従って選出対象鋼材リスト記
憶装置16に、上記ハンディ重量値に従う順序で各鋼材K
1,K2,〜Kiの断面形状に関する工学的諸数値が選出対象
鋼材リストとして求められる。

しかして前記諸応力表記録装置４には、前述したように
構造計画で実施された骨組型の鉄骨構造物を構成する各
部材についての諸応力がそれぞれ記憶されている。最適
鋼材選出器17は、この諸応力表記憶装置４から上記鉄骨
構造物を構成する各部材毎にその工学的諸条件を得、例
えば応力に対する強度等の物理的条件を満足する鋼材で
あって、そのハンディ重量の最も軽いものを上記選出対
象鋼材リスト中から選出している。そしてその選出した
鋼材を採点断面鋼材Kpとして表示器５に出力し、設計者
に提示している。

この最適鋼材選出器17に対して前述した作動スピード促
進装置６が作用し、最適断面の鋼材選出処理が円滑に効
率良く行われる。

この最適鋼材選出器17について更に詳しく説明する。第
２図に示すように、先ず最適鋼材選出器17は作動スピー
ド促進装置６からその制御パラメータNqを読込み（ステ
ップａ）、その値を鋼材選出制御パラメータＮとする
（ステップｂ）。

そして前記諸応力表記憶装置４から処理対象とする部材
の諸応力データと撓みの制限値等を求め（ステップ
ｃ）、前記鋼材選出制御パラメータＮに従って前記選出
対象鋼材リストからＮ番目の鋼材に関するデータを求め
る（ステップｄ）。

そしてこのＮ番目の鋼材について、その細長比や板幅厚
比等が処理対象部材の基準に合格しているかをチェック
し（ステップｅ）、このチェックに合格した場合には更
にその強度が十分であるかをチェックする（ステップ
ｆ）。そしてこのチェックにも合格した場合には、次に
上記Ｎ番目の鋼材の撓み値が制限値以内であるか否かを
チェツクする（ステップｇ）。

以上のチェックの全てに合格した場合、そのＮ番目の鋼
材を該当部材に対する最適鋼材Kpであると決定する（ス
テップｈ）。

また上述したチェックのいずれか１つが不合格である場
合には、上記Ｎ番目の鋼材が該当部材に対して不適確な
ものであると判定し、前記鋼材選出制御パラメータＮを
インクリメントし（ステップｉ）、次の順位の鋼材に対
する工学的な検定処理を同様にして繰返す。

このような処理が、構造計画された骨組型鉄骨構造物を
構成する各部材についてそれぞれ行われる。

ところで前記作動スピード促進装置６は次のようにして
制御パラメータNqを設定し、最適鋼材選出器17における
鋼材選出処理の高速化（促進化）を図っている。

即ち、作動スピード促進装置６は、例えば第３図に示す
ようにして制御パラメータNqを設定している。先ず過去
に設計された構造物の各部材に関する情報を記録ファイ
ルから求める（ステップｍ）。この記録ファイルからの
情報の読出しは、該当対象部材について先の計算時に求
められた最適鋼材の番号Nb、この部材に作用する力を上
記Nb番目の鋼材の断面で割ったときの値σ（ton/c
m²）、およびこの値σについて規準で定められている許
容値ｆ（ton/cm²）のデータをそれぞれ求めることによ
り行われる。

ここで（ｆ≧σ）でなければ、当該部材は破壊されると
看做される。

しかして作動スピード促進装置６では、このような記録
が記録ファイルに存在したか否かを判定し（ステップ
ｎ）、該当部材に関する記録が存在しない場合には制御
パラメータNqに（１）をセットして（ステップｏ）、こ
れを前記最適鋼材選出器17に与える。

また当該部材に関する記録が前記記録ファイルから求め
られた場合には、上述したσの値とその許容値ｆとの比
較を行う（ステップｐ）。そして（ｆ＜σ）なる関係に
ある場合には、その鋼材を当該部材としてとき、確実に
破壊することが明らかであることから、前述した鋼材番
号Nbに（１）を加えてこれを制御パラメータNqとする
（ステップｑ）。これによって過去に計算された情報が
活かされて、前記鋼材リスト中で既に不合格となった鋼
材Nb以降の順位の鋼材について、対象部材への適用性の
検討が行われることになる。

一方、上記σの値とその許容値ｆとの比較において（σ
＞ｆ）なる関係が見出されなかった場合には、Nb番目の
鋼材が作用力に対して余裕を持っていることを意味す
る。そこでこの場合には、作動スピード促進装置６で
は、例えば Nb×（σ/f）² なる計算を行い、その計算値を整数化して前記制御パラ
メータNqとしている（ステップｒ）。従ってこの場合に
は、作用力に対するNb番目の鋼材の余裕に応じて、前記
鋼材リストにおいてNb番目の鋼材よりも上位にある鋼材
から対象部材に対する適応性が検定されることになる。

このように本装置にあっては、作動スピード促進装置６
で求められた制御パラメータNqに従って最適鋼材選出器
17は選出対象鋼材リストに基き鉄骨構造物を構成する各
部材の最適鋼材をそれぞれ求めることになる。しかもそ
の部材について過去に求められたデータが存在する場合
には、データを有効に活用して最適鋼材の選出が行われ
る。従って鋼材選出の為の無駄な処理を大幅に軽減し
て、簡易に効率良く各部材に対する最適断面の鋼材をそ
れぞれ求めることが可能となる。

〔効果〕

以上説明したように本発明によれば、鋼材に対するハン
ディ定数に応じて各鋼材の上記ハンディ定数を考慮した
選出対象鋼材リストが作成され、この選出対象鋼材リス
トの上位側から順に各部材に対する工学的条件を満足す
るものが選出される。しかもその過去に求められた情報
が存在する場合には、その情報が示す順位の鋼材からそ
の適合条件の検定が行われて最適断面の鋼材が算出され
る。

従って骨組型鉄骨構造物の設計作業を簡易に効率良く実
行することが可能となる。また各部材に対する断面をそ
の都度仮定する必要がなく、経済性に優れた構造物設計
を可能とする等の実用上多大なる効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例装置の概略構成図、第２図は
実施例装置における最適鋼材選出器の処理動作の流れを
示す図、第３図は実施例装置における作動スピード促進
装置の処理動作の流れを示す図、第４図は従来における
一般的な鉄骨構造物の設計手順を示す図である。 １…最適断面選出装置本体、２…ハンディ定数表入力装
置、３…鋼材リスト記録装置、４…諸応力表記録装置、
５…最適鋼材表字器、６…作動スピード促進装置、11…
ハンディ定数記録装置、12…鋼材単位重量抜粋器、13…
ハンディ重量算出器、14…ハンディ重量整列器、15…選
出対象鋼材リスト作成器、16…選出対象鋼材リスト記憶
装置、17…最適鋼材選出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】断面形状が規格化されている鋼材毎に入力
   されたハンディ定数を上記各鋼材に対応させて記録する
   ハンディ定数記録装置と、 前記各鋼材の断面形状に関する工学的諸数値を記録して
   いる鋼材リスト記録装置と、 この鋼材リスト記録装置から抜粋される鋼材毎の単位重
   量に前記ハンディ定数記録装置に記録されている対応鋼
   材のハンディ定数を掛合わせて前記各鋼材毎のハンディ
   重量をそれぞれ求めるハンディ重量算出器と、 上記各鋼材のハンディ重量値に従って該ハンディ重量値
   の小さいものから順に上記各鋼材とその断面形状に関す
   る工学的諸数値を並べた選出対象鋼材リストを作成する
   手段と、 過去に設計された構造物の各部材における最適鋼材と単
   位面積あたりの負荷荷重およびその鋼材の許容値の情報
   から、上記選出対象鋼材リスト上における検索開始位置
   を示す所要のパラメータを出力する作動スピード促進手
   段と、 設計対象の構造物の各対象部材毎にこのパラメータを用
   いて各対象部材に対する工学的条件を満たす鋼材を上記
   選出対象鋼材リストから順に検索して上記工学的条件を
   最初に満した鋼材を上記対象部材の最適断面として選出
   する最適鋼材選出器と、 を具備したことを特徴とする鉄骨構造物の最適断面選出
   装置。