特許 6083984 建築物の構造設計装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6083984

(24)【登録日】2017年2月3日

(45)【発行日】2017年2月22日

(54)【発明の名称】建築物の構造設計装置

(51)【国際特許分類】

   G06F 17/50 20060101AFI20170213BHJP

   E04B 1/348 20060101ALI20170213BHJP

   E04B 1/00 20060101ALI20170213BHJP

【ＦＩ】

   G06F17/50 680B

   E04B1/348 HESW

   E04B1/00

   G06F17/50 612G

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-203450(P2012-203450)

(22)【出願日】2012年9月14日

(65)【公開番号】特開2014-59648(P2014-59648A)

(43)【公開日】2014年4月3日

【審査請求日】2015年8月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】504093467

【氏名又は名称】トヨタホーム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(74)【代理人】

【識別番号】100099025

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 浩志

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 直哉

【審査官】 松浦 功

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０２６３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２８２８７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２４１８４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０９８６３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ １７／５０

Ｅ０４Ｂ １／００

Ｅ０４Ｂ １／３４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

建築物本体を支持する基礎における前記建築物本体との接合部となる基礎接合部の耐力を予め設定する耐力設定手段と、
前記耐力設定手段により設定された耐力（Ｑ）による前記建築物本体の許容せん断力に基づいて、設計しようとする建築物本体の構造設計の可否を検証する検証手段と、
を有する建築物の構造設計装置。

【請求項2】

前記耐力設定手段は、建築物における基本設計プラン毎に対応して設定された基礎接合部の耐力のデータが集積されたデータベースによるデータの中から決定した値（Ｑ）を前記基礎接合部の耐力として設定する請求項１に記載の建築物の構造設計装置。

【請求項3】

前記基本設計プラン毎に設定された前記建築物の一階部分における層せん断力（Ｑ１’）及び上階における層せん断力（Ｑ２’）のデータが集積されたデータベースによるデータに基づいて、前記一階部分における層せん断力に対する上階における層せん断力の比率（α’；α’≦１）が算出される請求項２に記載の建築物の構造設計装置。

【請求項4】

前記検証手段は、
前記基礎接合部の耐力（Ｑ）により算出される前記建築物の一階部分における負担せん断力の最大値（Ｑ１ｍａｘ）に対する上階において許容できる許容せん断力（Ｑ２ａ）の比率（α’ａ；ａ≧１）を算出する許容せん断力比算出手段と、
前記基本設計プランに基づいて設計しようとする建築物において、一階部分における層せん断力（Ｑ１）に対する上階部分における層せん断力（Ｑ２）の比率（α）を算出する層せん断力比算出手段と、
前記層せん断力比算出手段によって算出される層せん断力比（α）が前記許容せん断力比算出手段により算出された許容せん断力比（α’ａ）よりも小さくなるように、設計しようとする建築物本体の構成部材の仕様を選定可能にする仕様選定手段と、
を含んで構成されている請求項３の建築物の構造設計装置。

【請求項5】

前記建築物本体が各々ラーメン構造を成す複数の建物ユニットで構成され、上下に配置された建物ユニットで前記層せん断力比が算出され、前記建物ユニット毎に前記仕様選定手段によって前記構成部材の仕様が選定可能となる請求項４に記載の建築物の構造設計装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、建築物の構造設計装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、鉄鋼系組立工法を用いた建築物の構造安全性を解析する構造解析装置について開示されている。具体的には、構造計算フローで建物本体における保有水平耐力等の検討を行った結果、当該建築物を基礎に接合させるためのアンカーボルト（基礎接合部）に作用する引張り応力、せん断力及び付着応力が、当該アンカーボルト及び基礎コンクリート断面の許容応力を超えるか否かを判定するような手順になっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００−５７１８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、この構造計算フローによって建物本体における保有水平耐力の検討を行った後、使用するアンカーボルトが当該アンカーボルトの許容応力を超えていた場合、アンカーボルト及び基礎仕様を変更する必要が生じる。この場合、配管の納まり等も変更しなければならなくなり、設計が煩雑となり、作業効率が悪く、結果的にコストが上がってしまう。

【0005】

本発明は、上記の事実を考慮し、設計の作業効率を高め、かつ基礎接合部の耐力に対して適切な建築物を提案することが可能となる建築物の構造設計装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１に記載の建築物の構造設計装置は、建築物本体を支持する基礎における前記建築物本体との接合部となる基礎接合部の耐力を予め設定する耐力設定手段と、前記耐力設定手段により設定された耐力（Ｑ）による前記建築物本体の許容せん断力に基づいて、設計しようとする建築物本体の構造設計の可否を検証する検証手段と、を有している。

【0007】

請求項１に記載の建築物の構造設計装置では、耐力設定手段によって、建築物本体を支持する基礎における当該建築物本体との接合部となる基礎接合部の耐力（Ｑ）が予め設定される。

【0008】

このように、建築物の基本設計プランに関係なく、基礎接合部の耐力を設定することによって、予め基礎の形状を決めることができる。これにより、建築物の基本設計プランに関係なく、建築物本体と基礎とを接合させるアンカーボルトの長さや本数等を統一することができる。また、予め基礎の形状を決めることで、配管設備等を統一することができる。

【0009】

また、本発明では、この耐力により求められる建築物本体の許容せん断力に基づいて、検証手段によって、設計しようとする建築物本体の構造設計の可否が検証される。一般的に建築物本体を構成する構成部材として、柱、梁などが挙げられるが、これらの断面形状、板厚などを変えることによって建築物本体の剛性は変わるため、設計しようとする建築物本体の構造設計の可否が検証されることで、当該建築物本体に必要な剛性に合った構成部材の仕様になっているか否かが分かる。

【0010】

請求項２に記載の建築物の構造設計装置は、請求項１に記載の建築物の構造設計装置において、前記耐力設定手段は、建築物における基本設計プラン毎に対応して設定された基礎接合部の耐力のデータが集積されたデータベースによるデータの中から決定した値（Ｑ）を前記基礎接合部の耐力として設定する。

【0011】

請求項２に記載の建築物の構造設計装置では、基本設計プラン毎に対応して設置された基礎接合部の耐力のデータが集積されたデータベースによるデータの中から決定した値（Ｑ）が、建築物の基礎接合部の耐力として耐力設定手段によって設定される。これにより、複数の基本設計プランに対して基礎の形状（仕様）を１種類にすることができる。すなわち、どの基本設計プランを選択しても基礎の形状は変わらない。

【0012】

請求項３に記載の建築物の構造設計装置は、請求項２に記載の建築物の構造設計装置において、前記基本設計プラン毎に設定された前記建築物の一階部分における層せん断力（Ｑ１’）及び上階における層せん断力（Ｑ２’）のデータが集積されたデータベースによるデータに基づいて、前記一階部分における層せん断力に対する上階における層せん断力の比率（α’；α’≦１）が算出される。

【0013】

請求項３に記載の建築物の構造設計装置では、基本設計プランにおいて、各階における層せん断力のデータはデータベースに集積されている。このため、建築物の一階部分における層せん断力（Ｑ１’）に対する上階における層せん断力（Ｑ２’）の比率（α’；α’＜１）が算出される

【0014】

請求項４に記載の建築物の構造設計装置は、請求項３に記載の建築物の構造設計装置において、前記検証手段は、前記基礎接合部の耐力（Ｑ）により算出される前記建築物の一階部分における負担せん断力の最大値（Ｑ１ｍａｘ）に対する上階において許容できる許容せん断力（Ｑ２ａ）の比率（α’ａ；ａ＞１）を算出する許容せん断力比算出手段と、前記基本設計プランに基づいて設計しようとする建築物において、一階部分における層せん断力（Ｑ１）に対する上階部分における層せん断力（Ｑ２）の比率（α）を算出する層せん断力比算出手段と、前記層せん断力比算出手段によって算出される層せん断力比（α）が前記許容せん断力比算出手段により算出された許容せん断力比（α’ａ）よりも小さくなるように、設計しようとする建築物本体の構成部材の仕様を選定可能にする仕様選定手段と、を含んで構成されている。

【0015】

請求項４に記載の建築物の構造設計装置では、検証手段は、許容せん断力比算出手段と、層せん断力比算出手段と、仕様選定手段と、を備えている。許容せん断力比算出手段では、まず、基礎接合部の耐力（Ｑ）により一階部分における負担せん断力の最大値（Ｑ１ｍａｘ）が算出され、当該負担せん断力の最大値に対する上階において許容できる許容せん断力（Ｑ２ａ）の比率（α’ａ；ａ＞１）が算出される。

【0016】

次に、層せん断力比算出手段では、基本設計プランに基づいて設計しようとする建築物において、一階部分における層せん断力（Ｑ１）に対する上階部分における層せん断力（Ｑ２）の比率（α）が算出される。

【0017】

そして、仕様選定手段では、層せん断力比算出手段によって算出された層せん断力比（α）が許容せん断力比算出手段により算出された許容せん断力比（α’ａ）よりも小さくなるように、設計しようとする建築物本体の構成部材の仕様（形状、板厚等）が選定可能となる。

【0018】

これにより、過剰品質を抑制して建築物における構造設計のスリム化を図ることができる。

【0019】

請求項５に記載の建築物の構造設計装置は、請求項４に記載の建築物の構造設計装置において、前記建築物本体が各々ラーメン構造を成す複数の建物ユニットで構成され、上下に配置された建物ユニットで前記層せん断力比が算出され、前記建物ユニット毎に前記仕様選定手段によって前記構成部材の仕様が選定可能となる。

【0020】

請求項５に記載の建築物の構造設計装置では、建築物本体が各々ラーメン構造を成す複数の建物ユニットで構成されており、上下に配置された建物ユニットで層せん断力比を算出する。これにより、建物ユニット毎に構成部材の仕様（形状、板厚等）が選定されることで、建築物における構造設計において、さらにスリム化を図ることができる。

【発明の効果】

【0021】

以上説明したように、請求項１に記載の建築物の構造設計装置は、設計の作業効率を高め、かつ基礎接合部の耐力に対して適切な建築物を提案することができる、という優れた効果を有する。

【0022】

請求項２に記載の建築物の構造設計装置は、基本設計プランに合わせて基礎の形状を変える必要がないので、結果的にコストダウンを図ることができる、という優れた効果を有する。

【0023】

請求項３に記載の建築物の構造設計装置は、データベースによるデータに基づいて構成部材の仕様を選定することができる、という優れた効果を有する。

【0024】

請求項４に記載の建築物の構造設計装置は、過剰品質を抑制してコストダウンを図ることができる、という優れた効果を有する。

【0025】

請求項５に記載の建築物の構造設計装置は、必要に応じてさらにコストダウンを図ることができる、という優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】建築物としての建物の構成を示す分解斜視図である。

【図2】図１のＡ部分について、建物ユニットの内側から見た建物の基礎の構成を示す分解斜視図である。

【図3】本実施の形態に係る建築物の構造設計装置による作業手順を示す概略図である。

【図4】（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施の形態に係る建築物の構造設計装置による作業手順を示す図３の補足説明として示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、図面を用いて、本発明の一実施形態に係る建築物としての建物１０について説明する。

【0028】

図１には、複数個（本実施形態では１２個）の同一形状の建物ユニット１２からなる２階建ての建物１０が示されている。なお、図１に示す建物１０において、窓、ドア等の図示を省略している。また、建物本体１４（基礎４０を除く）の外周にはパネル状の外装材１６が設けられるが、ここでは説明の便宜上、建物ユニット１２のみが図示された状態となっている。

【0029】

この建物ユニット１２は、矩形枠状に組まれた天井フレーム１８と床フレーム３０とを備えており、天井フレーム１８と床フレーム３０との間には、４本の柱２２が立設されている。天井フレーム１８は互いに平行に配置された長短二組の天井梁２４、２６と含んで構成されている。また、天井フレーム１８の四隅には、天井仕口部２８が設けられておち、当該天井仕口部２８には、長さが異なる天井梁２４、２６の長手方向の端部がそれぞれ溶接されている。

【0030】

一方、床フレーム３０は天井梁２４、２６に対して上下に平行に配置された長短二組の床梁３２、３４と、を含んで構成されている。また、床フレーム３０の四隅には、床仕口部３６が設けられており、当該床仕口部３６には、長さが異なる床梁３２、３４の長手方向の端部がそれぞれ溶接されている。

【0031】

また、上下に対向して配置された天井仕口部２８と床仕口部３６との間には、柱２２が配置されており、当該柱２２の上下端部が、天井仕口部２８、床仕口部３６にそれぞれ溶接又はボルト接合された状態で、建物ユニット１２がラーメン構造として構成されている。

【0032】

本実施形態では、天井梁２４、２６、及び床梁３２、３４に、断面コ字形状のチャンネル鋼（溝形鋼）が用いられており、柱２２には、断面ロ字形状（正方形）の角型鋼管が用いられている。

【0033】

一方、図２には、図１のＡ部分について、建物ユニット１２の内側から見た建物１０の基礎４０の構成を示す分解斜視図が示されている。この建物１０の基礎４０では、例えば、布基礎が用いられており、基礎４０の延在方向に対して直交する方向に切断した基礎４０の断面形状は凸字状とされている。そして、当該基礎４０は、地盤（図示省略）内に埋設されて水平部分を構成するフーチング４０Ａと、このフーチング４０Ａの中央から鉛直方向に立ち上げられて垂直部分を構成する立上部（地中梁）４０Ｂと、によって構成されている。

【0034】

フーチング４０Ａを構成する部分には、基礎４０の延在方向に沿って所定の間隔で複数の鉄筋４２が平行に配筋されており、これらの鉄筋４２上の両端部には、複数の鉄筋４４が直交した状態で互いに平行に配筋されている。そして、これらの鉄筋４２、４４が埋設されるように型枠を組んでコンクリート４６が打設されることにより、フーチング４０Ａが構成されるようになっている。

【0035】

一方、立上部４０Ｂを構成する部分には、基礎４０の延在方向に沿って延びるように複数の鉄筋４８（上端筋、下端筋、中間筋）が平行に配筋（シングル配筋）されており、さらにこれらの鉄筋４８には基礎４０の延在方向と直交する方向（上下方向）に複数の鉄筋５０が所定の間隔で平行に配筋されている。そして、これらの鉄筋４８、５０が埋設されるように型枠を組んでコンクリート５２が打設されることにより、立上部４０Ｂが構成されるようになっている。

【0036】

さらに、立上部４０Ｂの上端部には、建物ユニット１２の床梁３２における柱２２側に位置する下端部から下方へ突出したアンカーボルト５４が挿入されるアンカーホール部５６が形成されている。このアンカーホール部５６に対応してアンカーボルト５４は、床梁３２の下フランジに溶接によって固定されたナット５８に螺合される。これにより、建物ユニット１２が基礎４０に固定される。なお、アンカーボルト５４と建物ユニット１２の床梁３２との接合部が本実施形態における基礎接合部６０となる。

【0037】

（本実施形態の説明）
ところで、一般的に、図２に示されるように、建物１０の基礎４０に用いられるアンカーボルト５４の長さや本数、或いはコンクリート６２の断面積等によって、基礎接合部の耐力は設定される。

【0038】

いわゆる注文住宅では、一般的に、ユーザは家族構成やライフスタイルに応じて複数種ある基本設計プランの中から自分にあった建物を選択することができるが、建物の質量は基本設計プランにより異なるため、建物によって必要となる基礎接合部の耐力は異なる。その一方で、そもそも住宅の場合、基本設計プランでは所定の平米数内において設定されるため、基礎接合部の耐力も所定の範囲内で収まってしまう。

【0039】

このため、本実施形態における構造設計装置６４（図３参照）では、詳細は後述するが、耐力設定手段６６（図３参照）によって、建物本体１４を支持する基礎４０における当該建物本体１４との接合部となる基礎接合部６０の耐力（Ｑ）が設定される。耐力は、一般的に、地震力や風圧力による水平力が作用してもせん断破断されない程度に設定されるが、ここでの「耐力」は、ラーメン構造が持つ最大の耐力をいう。

【0040】

一方、図１に示す建物本体１４を構成する建物ユニット１２における構成部材６８としての柱２２や梁（天井梁２４、２６、床梁３２、３４）などの断面形状、板厚などを変えることによって建物本体１４の剛性は変わる。このため、耐力設定手段６６（図３参照）によって設定された基礎接合部６０（図２参照）における耐力（Ｑ）により求められる建物本体１４の許容せん断力に基づいて、検証手段７０（図３参照）によって、設計しようとする建物本体１４の構造設計の可否が検証される。

【0041】

以下に、図３に示す構造設計装置６４の一例について説明する。なお、実際にはオペレータによるパソコン入力により当該構造設計装置６４による構造設計がなされる。

【0042】

まず、図３に示されるように、ステップ１０において、基本設計プラン毎に対応して設置された基礎接合部の耐力（Ｑｎ）のデータが集積されたデータベース７２によるデータの中から最大となる値（Ｑ）が、建物１００の基礎接合部の耐力として設定（決定）される（耐力設定手段６６）。

【0043】

なお、ここでの「最大となる値」は、必ずしも全ての建物の基本設計プランによるものではなく、販売実績の多い基本設計プランの中から当該基礎接合部の耐力として最大となる値を設定しても良い。また、データベース７２によるデータに基づく値よりも大きい値に設定しても良い。

【0044】

次に、基本設計プラン毎に対応して各階における層せん断力（Ｑ１’ｎ、Ｑ２’ｎ）のデータが集積されたデータベース７２によるデータに基づき、ステップ２０では、図４（Ａ）に示す建物１００の一階部分における層せん断力（Ｑ１’）に対する上階における層せん断力（Ｑ２’）の比率（α’；α’＜１）が算出される。

【0045】

そして、ステップ３０では、基礎接合部６０の耐力（Ｑ）により算出される図４（Ｂ）に示す建物１００の一階部分における負担せん断力の最大値（Ｑ１ｍａｘ）に対する上階において許容できる許容せん断力（Ｑ２ａ）の比率（α’ａ；ａ＞１）が算出される（許容せん断力比算出手段７４）。以上のフローまでが建物１０の基本設計プランに関係なく事前に設定されるものである。

【0046】

次に、ステップ４０において、実際にユーザが選択した基本設計プランに基づいて設計しようとする図４（Ｃ）に示す建物１０において、一階部分における層せん断力（Ｑ１）に対する上階部分における層せん断力（Ｑ２）の比率（α）が算出される（層せん断力比算出手段７６）。

【0047】

そして、ステップ５０において、ステップ４０において算出された層せん断力比（α）がステップ３０において算出された許容せん断力比（α’ａ）よりも小さくなっているか否かの検証が行われる。

【0048】

ステップ５０において、層せん断力比（α）が許容せん断力比（α’ａ）よりも大きくなっている場合、ステップ６０において、層せん断力比（α）が許容せん断力比（α’ａ）よりも小さくなるようにする。具体的には、図１に示されるように、建物１０の建物本体１４を構成する建物ユニット１２において、構成部材６８（柱２２、天井梁２４、２６、床梁３２、３４など）における仕様（形状、板厚等）が選定可能とされる（仕様選定手段７８）。

【0049】

ここで、当該建物１０は各々ラーメン構造を成す複数の建物ユニット１２で構成されている。この場合、上下に配置された建物ユニット１２で層せん断力比を算出し、建物ユニット１２毎に仕様選定手段７８によって、例えば構成部材６８の板厚が選定されるようにする。

【0050】

（本実施形態による効果）
本実施形態では、図３に示されるように、基本設計プラン毎に対応して設置された基礎接合部の耐力のデータが集積されたデータベース７２によるデータの中から最大となる値（Ｑ）を建物１０（図１参照）の基礎接合部６０の耐力として設定（決定）している。これにより、建物１０の基本設計プランに関係なく、基礎接合部６０の耐力を設定することによって、予め基礎４０（図２参照）の形状を決めることができる。

【0051】

したがって、複数の基本設計プランに対して基礎４０の形状（仕様）を１種類にすることができる。すなわち、どの基本設計プランを選択しても基礎４０の形状は変わらない。このため、建物１０の基本設計プランに関係なく、建物本体１４と基礎４０とを接合させるアンカーボルト５４（図２参照）の長さを統一することができ、大量発注によるコストダウンを図ることができる。また、どの基本設計プランを選択しても基礎４０の形状は変わらないため、配管設備等を統一することができ、コストダウンを図ることができる。

【0052】

また、本実施形態では、この耐力により求められる建物本体１４のせん断力に基づいて、建物本体１４を構成する構成部材６８の仕様が選定可能とされる。ここでは当該構成部材６８（図１参照）として、柱２２、天井梁２４、２６、床梁３２、３４などが挙げられるが、これらの断面形状、板厚などを変えることによって建物本体１４の剛性は変わる。このため、当該建物本体１４に必要な剛性に合わせて構成部材６８の仕様を選定することでコストの削減を図ることができる。したがって、本実施形態によれば、設計の作業効率を高め、かつ基礎接合部６０の耐力に対して適切な建物１０を提案することができる。

【0053】

また、本実施形態では、図３に示すステップ６０において、ステップ４０において算出された層せん断力比（α）が、ステップ３０において算出された許容せん断力比（α’ａ）よりも小さくなるように構成部材６８の仕様が選定可能とされる。これにより、過剰品質を抑制して建物１０における構造設計のスリム化を図ることができ、コストダウンを図ることができる。

【0054】

なお、本実施形態では、２階建ての建物として説明したが、本発明は、３階建ての建物でも適用可能である。また、本実施形態では、ユニット工法による建物１０について説明したが、これ以外の工法（例えば、鉄骨軸組み工法）による建物であっても勿論良い。

【0055】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、一実施形態及び各種の変形例を適宜組み合わせて用いても良いし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

【符号の説明】

【0056】

１０ 建物（建築物）
１２ 建物ユニット
１４ 建物本体
２２ 柱（構成部材）
２４ 天井梁（構成部材）
２６ 天井梁（構成部材）
３２ 床梁（構成部材）
３４ 床梁（構成部材）
４０ 基礎
６０ 基礎接合部
６４ 構造設計装置
６６ 耐力設定手段
６８ 構成部材
７０ 検証手段
７２ データベース
７４ 許容せん断力比算出手段
７６ 層せん断力比算出手段
７８ 仕様選定手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】