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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024030327
(43)【公開日】2024-03-07
(54)【発明の名称】建物の柱本数の設定方法及び建物
(51)【国際特許分類】
G06F 30/13 20200101AFI20240229BHJP
G06F 30/20 20200101ALI20240229BHJP
E04B 1/18 20060101ALI20240229BHJP
【ＦＩ】
G06F30/13
G06F30/20
E04B1/18 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022133136
(22)【出願日】2022-08-24
(71)【出願人】
【識別番号】303046244
【氏名又は名称】旭化成ホームズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100188558
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 雅人
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100189337
【弁理士】
【氏名又は名称】宮本 龍
(72)【発明者】
【氏名】山崎 靖典
(72)【発明者】
【氏名】阿部 竜紀
【テーマコード（参考）】
5B146
【Ｆターム（参考）】
5B146AA04
5B146DJ01
5B146DJ02
5B146DJ14
(57)【要約】
【課題】建築計画の初期段階において、必要な柱本数を簡易的に算出することができる建物の柱本数の設定方法及び建物を提供する。
【解決手段】建物の柱本数の設定方法は、建物に必要な柱本数を算出する建物の柱本数の設定方法であって、建物条件を設定する建物条件設定工程Ｓ１と、構造クライテリアを設定する構造クライテリア設定工程Ｓ２と、解析モデルの作成する解析モデル作成工程Ｓ３と、静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって、必要柱密度を算出する柱密度算出工程Ｓ４と、建物の床面積を設定する床面積設定工程Ｓ５と、床面積に必要柱密度を乗じて、柱本数を算出する柱本数算出工程Ｓ６と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】建物の柱本数の設定方法は、建物に必要な柱本数を算出する建物の柱本数の設定方法であって、建物条件を設定する建物条件設定工程Ｓ１と、構造クライテリアを設定する構造クライテリア設定工程Ｓ２と、解析モデルの作成する解析モデル作成工程Ｓ３と、静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって、必要柱密度を算出する柱密度算出工程Ｓ４と、建物の床面積を設定する床面積設定工程Ｓ５と、床面積に必要柱密度を乗じて、柱本数を算出する柱本数算出工程Ｓ６と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
建物に必要な柱本数を算出する建物の柱本数の設定方法であって、
建物条件を設定する建物条件設定工程と、
構造クライテリアを設定する構造クライテリア設定工程と、
解析モデルの作成する解析モデル作成工程と、
静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって、必要柱密度を算出する柱密度算出工程と、
前記建物の床面積を設定する床面積設定工程と、
前記床面積に前記必要柱密度を乗じて、前記柱本数を算出する柱本数算出工程と、を備える建物の柱本数の設定方法。
建物条件を設定する建物条件設定工程と、
構造クライテリアを設定する構造クライテリア設定工程と、
解析モデルの作成する解析モデル作成工程と、
静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって、必要柱密度を算出する柱密度算出工程と、
前記建物の床面積を設定する床面積設定工程と、
前記床面積に前記必要柱密度を乗じて、前記柱本数を算出する柱本数算出工程と、を備える建物の柱本数の設定方法。
【請求項2】
基本ユニットが隣接して複数配置された前記建物の場合には、
前記解析モデル作成工程の後に、静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって、中柱効果を算出する中柱効果算出工程を行い、
前記柱本数算出工程で算出した前記柱本数から、前記中柱効果に対応する分を減じる前記中柱効果を考慮した真の柱本数算出工程を行う請求項１に記載の建物の柱本数の設定方法。
前記解析モデル作成工程の後に、静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって、中柱効果を算出する中柱効果算出工程を行い、
前記柱本数算出工程で算出した前記柱本数から、前記中柱効果に対応する分を減じる前記中柱効果を考慮した真の柱本数算出工程を行う請求項１に記載の建物の柱本数の設定方法。
【請求項3】
請求項１または２の建物の柱本数の設定方法によって柱本数が設定された建物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、建物の柱本数の設定方法及び建物に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から、建築計画の初期段階における柱配置を検討する際、複数のプラン案を検討した上で最適な案を選定することが往々にして行われている。このため、短期間に、複数の検討が求められるが、構造的な配置を検討するために、荷重設定、構造解析モデル構築、構造計算等の一定の期間と労力が必要となる。
【0003】
また、初期段階において、構造計算に基づかないで柱配置を経験的に設定する場合もある。この場合、具体的な設計に移行した段階で、構造計算上成立していないケースも少なくなく、大きく手戻りが生じたり、設計上に無理が生じたりする可能性がある。
【0004】
また、平面的に複数の構造が混在する平面混構造が知られている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１９－１０００５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、平面混構造の場合は、コア部の柱は側柱（外柱）になりやすく、平面の部分的な構造で地震力の多くを負担する。よって、平面混構造の場合には、設計時に特に慎重な工学的判断が求められるため、初期段階の検討においても特に時間と労力がかかるという問題点がある。
【0007】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、建築計画の初期段階において、必要な柱本数を簡易的に算出することができる建物の柱本数の設定方法及び建物を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る建物の柱本数の設定方法は、建物に必要な柱本数を算出する建物の柱本数の設定方法であって、建物条件を設定する建物条件設定工程と、構造クライテリアを設定する構造クライテリア設定工程と、解析モデルの作成する解析モデル作成工程と、静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって、必要柱密度を算出する柱密度算出工程と、前記建物の床面積を設定する床面積設定工程と、前記床面積に前記必要柱密度を乗じて、前記柱本数を算出する柱本数算出工程と、を備える。
すなわち、本発明に係る建物の柱本数の設定方法は、建物に必要な柱本数を算出する建物の柱本数の設定方法であって、建物条件を設定する建物条件設定工程と、構造クライテリアを設定する構造クライテリア設定工程と、解析モデルの作成する解析モデル作成工程と、静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって、必要柱密度を算出する柱密度算出工程と、前記建物の床面積を設定する床面積設定工程と、前記床面積に前記必要柱密度を乗じて、前記柱本数を算出する柱本数算出工程と、を備える。
【0009】
このように構成された建物の柱本数の設定方法では、静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって必要柱密度を算出することによって、建物に必要な柱本数を簡易的に算出することができる。
【0010】
また、本発明に係る建物の柱本数の設定方法では、基本ユニットが隣接して複数配置された前記建物の場合には、前記解析モデル作成工程の後に、静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって、中柱効果を算出する中柱効果算出工程を行い、前記柱本数算出工程で算出した前記柱本数から、前記中柱効果に対応する分を減じる前記中柱効果を考慮した真の柱本数算出工程を行ってもよい。
【0011】
このように構成された建物の柱本数の設定方法では、基本ユニットが隣接配置された建物では、中柱効果を考慮することで、全体的な柱本数を減らすことができる。
【0012】
また、本発明に係る建物では、上記の一の建物の柱本数の設定方法によって柱本数が設定されている。
【0013】
このように構成された建物では、静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって必要柱密度を算出することによって、建物に必要な柱本数を簡易的に算出することができる。
【発明の効果】
【0014】
本発明に係る建物の柱本数の設定方法及び建物によれば、建築計画の初期段階において、必要な柱本数を簡易的に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の一実施形態に係る建物の柱本数の設定方法を示すフローチャートである。
【図2】本発明の一実施形態に係る建物の柱本数の設定方法を使用した建物の斜視図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る建物の柱本数の設定方法を使用した建物の解析モデルを示す。
【図4】本発明の一実施形態に係る建物の柱本数の設定方法を使用した建物の平面図である。
【図5】本発明の一実施形態に係る建物の柱本数の設定方法を使用した建物の解析モデルを示す。
【図6】本発明の一実施形態に係る建物の柱本数の設定方法を使用した他の建物の外柱及び内柱を説明する図である。
【図7】本発明の一実施形態に係る建物の柱本数の設定方法を使用した他の建物の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の一実施形態に係る建物の柱本数の設定方法について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る建物の柱本数の設定方法を示すフローチャートである。
本実施形態に係る建物の柱本数の設定方法の対象となる建物は、柱、梁、床、外壁等の部材の材料、大きさ等が規格化されたもので構成されている。
図１に示すように、まず、建物条件設定工程Ｓ１を行う。建物条件設定工程Ｓ１では、建物条件を設定する。建物条件とは、建物の階数、階高、荷重条件、部材断面等である。
図１は、本発明の一実施形態に係る建物の柱本数の設定方法を示すフローチャートである。
本実施形態に係る建物の柱本数の設定方法の対象となる建物は、柱、梁、床、外壁等の部材の材料、大きさ等が規格化されたもので構成されている。
図１に示すように、まず、建物条件設定工程Ｓ１を行う。建物条件設定工程Ｓ１では、建物条件を設定する。建物条件とは、建物の階数、階高、荷重条件、部材断面等である。
【0017】
次に、構造クライテリア設定工程Ｓ２を行う。構造クライテリア設定工程Ｓ２では、構造クライテリアを設定する。本実施形態では、構造クライテリアとして、各入力地震波のレベルに応じた建物の最大層間変形角を設定している。なお、構造クライテリアは、壁に生じるせん断力、梁の曲げ応力、杭の引き抜き耐力等の様々な要素のうち、建物の構造種別等に応じて適宜設定可能である。
【0018】
次に、同一の基本ユニットが複数隣接して配置された建物か否かを判定する工程Ｂ１を行う。建物が一つの基本ユニットで構成されていると判定した場合には、解析モデル作成工程Ｓ３に進む。
【0019】
解析モデル作成工程Ｓ３では、想定する仕様で最も不利な条件で解析モデルを作成する。
【0020】
次に、柱密度算出工程Ｓ４を行う。静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって、必要柱密度を算出する。
【0021】
次に、床面積設定工程Ｓ５を行う。計画している建物の床面積Ａ（ｍ２）を設定する。
【0022】
次に、柱本数算出工程Ｓ６を行う。床面積設定工程Ｓ５で設定した建物の床面積Ａに、柱密度算出工程Ｓ４で算出した必要柱密度ΔＮＣを乗じて、建物全体で必要な柱本数ＮＣ（本）を算出する。
【0023】
工程Ｂ１で、建物が複数の基本ユニットで構成されていると判定した場合には、中柱を含む解析モデル作成工程Ｓ１３に進む。
【0024】
中柱を含む解析モデル作成工程Ｓ１３では、想定する仕様で最も不利な条件で解析モデルを作成する。
【0025】
次に、中柱効果算出工程Ｓ１４を行う。静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって、中柱効果αを算出する。次に、柱密度算出工程Ｓ４、床面積設定工程Ｓ５及び柱本数算出工程Ｓ６を行い、中柱効果を考慮した真の柱本数算出工程Ｓ１５に進む。
【0026】
中柱効果を考慮した真の柱本数算出工程Ｓ１５では、柱本数算出工程Ｓ６で算出した柱本数ＮＣから、中柱効果αに対応する分を減じる。外柱の本数をＮｏとして、内柱の本数をＮｉとして、下記の式（１）を満たすように、柱配置を検討する。式（１）の柱本数ＮＣは、真の柱本数である。
【0027】
【数1】
【0028】
次に、建物１の事例を挙げて説明する。
図２は、建物１の斜視図である。
まず、建物条件設定工程Ｓ１を行う。
図２に示すように、建物１は、平面的に鉄骨造部分３と木造部分２とが混在する平面混構造である。建物１では、木造部分２が中央に配置され、その両側に鉄骨造部分３が配置されている。鉄骨造部分３と木造部分２とは連結されている。建物１のうち鉄骨造部分３における必要な柱本数を算出するものとする。建物１のパラメーターを表１のように設定する。なお、柱１４は角形であり、梁１５はＨ形鋼である。
図２は、建物１の斜視図である。
まず、建物条件設定工程Ｓ１を行う。
図２に示すように、建物１は、平面的に鉄骨造部分３と木造部分２とが混在する平面混構造である。建物１では、木造部分２が中央に配置され、その両側に鉄骨造部分３が配置されている。鉄骨造部分３と木造部分２とは連結されている。建物１のうち鉄骨造部分３における必要な柱本数を算出するものとする。建物１のパラメーターを表１のように設定する。なお、柱１４は角形であり、梁１５はＨ形鋼である。
【0029】
【表1】
【0030】
次に、構造クライテリア設定工程Ｓ２を行う。
建物１において、各入力地震波のレベルに応じて、建物１の層間変形角を表２の数値以下に抑える場合を想定する。
建物１において、各入力地震波のレベルに応じて、建物１の層間変形角を表２の数値以下に抑える場合を想定する。
【0031】
【表2】
【0032】
次に、工程Ｂ１を行う。建物１は、一の基本ユニットが配置されて建物であるため、解析モデル作成工程Ｓ３に進む。
【0033】
次に、解析モデル作成工程Ｓ３を行う。
図３は、建物１の解析モデルを示す。
図３に示すように、鉄骨造部分３では、ラーメン架構１１が配置されている。建物１では、図３の右側に示すように、中柱は含まない１スパンラーメンの平面フレーム１２にて解析を行う。柱スパンが短いほど柱脚に生じる引張力が大きくなり、柱脚がクリティカルとなったため、柱スパンＬｘを２ｍとして解析を行う。
図３は、建物１の解析モデルを示す。
図３に示すように、鉄骨造部分３では、ラーメン架構１１が配置されている。建物１では、図３の右側に示すように、中柱は含まない１スパンラーメンの平面フレーム１２にて解析を行う。柱スパンが短いほど柱脚に生じる引張力が大きくなり、柱脚がクリティカルとなったため、柱スパンＬｘを２ｍとして解析を行う。
【0034】
次に、柱密度算出工程Ｓ４を行う。
建物１において、動的解析を実施して、クライテリアを満足する必要柱密度ΔＮＣ（本／ｍ２）を算出する。図３に示す解析モデルにて複数の入力地震波による時刻歴応答解析を実施して、クライテリア毎に必要な柱本数を算出する。具体的には、図３に示すＬｃを任意の値（例えば、６ｍ）に設定する。各階の地震力算定用荷重が７．５ｋＮ／ｍ２×（Ｌｘ＋Ｌｃ＋Ｌｘ）×Ｌｙ＝７．５ｋＮ／ｍ２×（２ｍ＋６ｍ＋２ｍ）×８ｍ＝６００ｋＮとなるモデルで応答解析を行う。例えば、層間変形角の解析結果値が１／１７０で層間変形角の目標値が１／２００の場合、解析結果値が目標値よりも大きいため、Ｌｃの値を小さく設置して再度解析するという作業を繰り返す。最終的に目標値になるようなＬｃが見つかるまで応答解析を続ける。クライテリアと実際の変形を比較しながら、柱の本数を調整して解析を繰り返し、クライテリアを満足する最大柱本数を算出する。地震力の方向を、矢印Ａ１で示す。
建物１において、動的解析を実施して、クライテリアを満足する必要柱密度ΔＮＣ（本／ｍ２）を算出する。図３に示す解析モデルにて複数の入力地震波による時刻歴応答解析を実施して、クライテリア毎に必要な柱本数を算出する。具体的には、図３に示すＬｃを任意の値（例えば、６ｍ）に設定する。各階の地震力算定用荷重が７．５ｋＮ／ｍ２×（Ｌｘ＋Ｌｃ＋Ｌｘ）×Ｌｙ＝７．５ｋＮ／ｍ２×（２ｍ＋６ｍ＋２ｍ）×８ｍ＝６００ｋＮとなるモデルで応答解析を行う。例えば、層間変形角の解析結果値が１／１７０で層間変形角の目標値が１／２００の場合、解析結果値が目標値よりも大きいため、Ｌｃの値を小さく設置して再度解析するという作業を繰り返す。最終的に目標値になるようなＬｃが見つかるまで応答解析を続ける。クライテリアと実際の変形を比較しながら、柱の本数を調整して解析を繰り返し、クライテリアを満足する最大柱本数を算出する。地震力の方向を、矢印Ａ１で示す。
【0035】
例えば、同じ階高、階数、荷重条件等の建物の設計する場合、表３に示すように、稀地震に対して層間変形角１／２００としたい場合には、ΔＮＣ＝０．１００本／ｍ２（１００ｍ２であれば１０本）以上となるように柱配置を決定すれば、必要な構造性能は満たされていることになる。なお、動的解析以外に、静的解析によって、必要柱密度ΔＮＣを算出してもよい。
【0036】
【表3】
【0037】
次に、床面積設定工程Ｓ５及び柱本数算出工程Ｓ６を行う。
図４は、建物１の平面図である。
図４に示すように、建物１の平面積が１４０ｍ２の場合には、表４に示すように、柱本数ＮＣ＝Ａ×ΔＮＣより、１４本となる。
図４は、建物１の平面図である。
図４に示すように、建物１の平面積が１４０ｍ２の場合には、表４に示すように、柱本数ＮＣ＝Ａ×ΔＮＣより、１４本となる。
【0038】
【表4】
【0039】
次に、柱本数ＮＣに基づいて、柱配置を検討する。実施設計時には、最終的には、従来建築と同様の構造計算を行う。
【0040】
次に、建物１Ａの事例を挙げて説明する。
図７に示すように、同一の基本ユニットＤが隣接して配置された建物１には、隣接する部分で中柱１４ｂを省略することが可能となる場合があり、その方法を説明する。
図７に示すように、同一の基本ユニットＤが隣接して配置された建物１には、隣接する部分で中柱１４ｂを省略することが可能となる場合があり、その方法を説明する。
【0041】
建物条件設定工程Ｓ１及び構造クライテリア設定工程Ｓ２は、建物１と同様に行う。工程Ｂ１では、建物１Ａは、２つの基本ユニットＤが隣接配置された建物であるため、中柱を含む解析モデル作成工程Ｓ１３に進む。
【0042】
図５は、建物１及び建物１Ａの解析モデルを示す。
図５の左側に示すように、建物１では外柱１４ａが１２本で検討していた。これに対して、図５の右側に示すように、建物１Ａの解析モデルでは、外柱１４ａが４本と中柱１４ｂが８本とする。他は、解析モデル作成工程Ｓ３と同様に行う。
図５の左側に示すように、建物１では外柱１４ａが１２本で検討していた。これに対して、図５の右側に示すように、建物１Ａの解析モデルでは、外柱１４ａが４本と中柱１４ｂが８本とする。他は、解析モデル作成工程Ｓ３と同様に行う。
【0043】
次に、中柱効果算出工程Ｓ１４を行う。稀地震に対して層間変形角１／２００をクライテリアとする場合に、１／２００の時に外柱の負担するせん断力が１００ｋＮで、中柱の負担するせん断力が１３５ｋＮであれば、中柱効果α＝１．３５となる。中柱効果αとは、外柱が負担するせん断力に比べた中柱が負担するせん断力の比率である。
【0044】
次に、柱密度算出工程Ｓ４、床面積設定工程Ｓ５及び柱本数算出工程Ｓ６は、建物１と同様に行う。
【0045】
次に、中柱効果を考慮した真の柱本数算出工程Ｓ１５を行う。
図６は、建物１Ａの外柱１４ａ及び中柱１４ｂを説明する図である。
図６に示すように、考慮する地震力の方向Ａ１に対して、外側に配置され地震力の方向Ａ１の片側にのみ梁が接合される柱１４を外柱１４ａとなり、地震力の方向Ａ１の両側に梁が接合される柱１４を中柱１４ｂとなる。
図６は、建物１Ａの外柱１４ａ及び中柱１４ｂを説明する図である。
図６に示すように、考慮する地震力の方向Ａ１に対して、外側に配置され地震力の方向Ａ１の片側にのみ梁が接合される柱１４を外柱１４ａとなり、地震力の方向Ａ１の両側に梁が接合される柱１４を中柱１４ｂとなる。
【0046】
図７は、建物１Ａの平面図である。
図７に示すように、例えば、ΔＮＣ＝０．１１本／ｍ２とすると、ＮＣ＝Ａ×ΔＮＣ＝２８０×０．１１＝３０．８本となる。図７の建物１Ａの柱１４の本数は１９本であり、ＮＣ（３０．８）よりも少ない。例えば、中柱効果α＝１．６とすると、外柱の本数をＮｏ＝２６であり、内柱の本数をＮｉ＝３であり、式（１）より、Ｎｏ＋α×Ｎｉ＝２６＋１．３×３＝３０．８（真の柱本数）となる。Ｎｏ＋α×ＮｉはＮＣ以上であるため、必要な柱本数が満たされていることとなる。
図７に示すように、例えば、ΔＮＣ＝０．１１本／ｍ２とすると、ＮＣ＝Ａ×ΔＮＣ＝２８０×０．１１＝３０．８本となる。図７の建物１Ａの柱１４の本数は１９本であり、ＮＣ（３０．８）よりも少ない。例えば、中柱効果α＝１．６とすると、外柱の本数をＮｏ＝２６であり、内柱の本数をＮｉ＝３であり、式（１）より、Ｎｏ＋α×Ｎｉ＝２６＋１．３×３＝３０．８（真の柱本数）となる。Ｎｏ＋α×ＮｉはＮＣ以上であるため、必要な柱本数が満たされていることとなる。
【0047】
このように構成された建物の柱本数の設定方法では、静的解析及び動的解析の少なくとも一方によって必要柱密度を算出することによって、建物に必要な柱本数を簡易的に算出することができる。
【0048】
また、基本ユニットが隣接配置された建物では、中柱効果を考慮することで、全体的な柱本数を減らすことができる。
【0049】
なお、上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【0050】
例えば、上記に示す実施形態では、建物１は、平面的に木造部分２と鉄骨造部分３とが混在する平面混構造であるが、本発明はこれに限られない。鉄骨造だけの建物であってもよい。
【符号の説明】
【0051】
１，１Ａ 建物
１４ 柱
１４ｂ 中柱
Ａ 床面積
ＮＣ 柱本数
Ｓ１ 建物条件設定工程
Ｓ２ 構造クライテリア設定工程
Ｓ３ 解析モデル作成工程
Ｓ４ 柱密度算出工程
Ｓ５ 床面積設定工程
Ｓ６ 柱本数算出工程
α 中柱効果
ΔＮＣ 必要柱密度
１４ 柱
１４ｂ 中柱
Ａ 床面積
ＮＣ 柱本数
Ｓ１ 建物条件設定工程
Ｓ２ 構造クライテリア設定工程
Ｓ３ 解析モデル作成工程
Ｓ４ 柱密度算出工程
Ｓ５ 床面積設定工程
Ｓ６ 柱本数算出工程
α 中柱効果
ΔＮＣ 必要柱密度
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】