JP5270526B2 - 混構造計算方法及び計算システム - Google Patents

Description

本発明は、１階が鉄筋コンクリート壁式構造であり、２階及び３階が木造である混構造計算方法及び計算システムに関する。

近年、住宅等の小規模な建築物において、１階部分を鉄筋コンクリート造、２階以上を木造とするような、所謂「混構造」の建築物が建てられるようになった。このような混構造建築物の内、１階部分を鉄筋コンクリート造りとする混構造住宅は、２００７年の改正建築基準法の施行により、構造計算が義務付けられている。

このような混構造の建築物の構造計算を行う際、木造階については従来の計算ソフト等で計算できるが、鉄筋コンクリート造りの構造計算ソフトは主たるものがビル等の巨大建造物用であり、小規模建築用のものが存在していない。そのため、住宅等の小規模な混構造建築物を設計する際には、鉄筋コンクリート造である階の計算のみを大規模建築専門業者に個別に依頼していた。

例えば、２階ないし３階が木造、１階がコンクリート（ＲＣ）壁式構造の混構造住宅において構造計算を行う場合は、以下の手順となる。
（１）屋根からの荷重で３階木造部分の構造を評価する。
（２）３階までの荷重（屋根の荷重＋３階の荷重）で２階木造部分の構造を評価する。
（３）２階までの荷重（屋根の荷重＋３階の荷重＋２階の荷重）で１階ＲＣ壁式部分の構造を評価する。

従来では、上記（１）、（２）の計算を木造用、（３）の計算をＲＣ壁式用の構造計算ソフト等で行っていた。その際、（３）では、壁、床、柱から伝達される木造階の荷重を平均してＲＣ壁式構造ソフトに手入力していた。

この場合、木造階と鉄筋コンクリート造階を一貫して計算できないため、木造階のデータをコンクリート構造計算ソフトへ移行する際の修正入力が、フォーマットや手法の違いにより別途発生しており、データ修正時の手間も大変であった。
また、上階木造部の全重量を下階のＲＣ部に平均して載荷させていたため、下階の部材にかかる正確な荷重を算出することが困難であった。

上記のような事情より、混構造の建築物について、１階部分を木造住宅構造の一部としてフォーマット、手法を合わせ、連携計算できるような方法が望まれていた。

本発明は、混構造である建築物の構造計算を行う際に、建築物の情報の入力が容易であり、構造毎の構造計算書及び建築物全体の構造計算概要書をまとめて出力することを可能とする混構造計算方法及び計算システムを提供することを目的とする。

本発明によれば、１階が鉄筋コンクリート造であり、２階及び３階が木造である混構造の建築物の構造計算を行う方法が提供される。該方法は、建築物の設計データに基づいて、建築物の屋根の荷重で３階部分の構造を評価し、屋根の荷重及び３階の荷重で２階部分の構造を評価し、２階までの木造部の柱、壁及び床の荷重を１階の区画毎に集計し、１階の鉄筋コンクリート造の部材にかかる荷重を算出し、１階部分の構造を評価することを特徴とする混構造計算方法である。
上記構成からなる混構造計算システムは、混構造である建築物の構造計算を行う際に、建築物の情報の入力が容易であり、構造毎の構造計算書及び建築物全体の構造計算概要書をまとめて出力することが可能である。

また、本発明によれば、１階が鉄筋コンクリート造であり、２階及び３階が木造である混構造の建築物の構造計算を行うシステムであって、建築物の設計データに基づいて、建築物の屋根の荷重で３階部分の構造を評価し、屋根の荷重及び３階の荷重で２階部分の構造を評価する木造階評価手段と、２階までの木造部の柱、壁及び床の荷重を１階の区画毎に集計し、１階の鉄筋コンクリート造の部材にかかる荷重を算出する荷重算出手段と、１階部分の構造を評価するコンクリート造階評価手段と、を含むことを特徴とする混構造計算システムが提供される。
上記構成からなる混構造計算方法は、混構造である建築物の構造計算を行う際に、建築物の情報の入力が容易であり、構造毎の構造計算書及び建築物全体の構造計算概要書をまとめて出力することが可能である。

本発明の一態様によれば、上記混構造計算方法及び計算システムにおいて、１階の各区画は、１階の鉄筋コンクリート造の壁によって囲まれた区画である。
また、本発明の一態様によれば、上記混構造計算方法及び計算システムにおいて、各区画を亀甲分割により複数の領域に分割することを特徴とする。

また、本発明の一態様によれば、上記混構造計算方法及び計算システムにおいて、１階部分の天井を構成するコンクリート造のスラブの全荷重を亀甲分割によって分割された各領域の面積で按分し、各領域に含まれる鉄筋コンクリート造の壁に分配させる。

本発明に係る混構造計算方法及び計算システムによれば、混構造である建築物の構造計算を行う際に、建築物の情報の入力が容易であり、構造毎の構造計算書及び建築物全体の構造計算概要書をまとめて出力することが可能である。

従来の構造計算と本発明に係る構造計算の手順を説明する図である。 混構造建築物の一例を示す平面図である。 木造階の各部材にかかる荷重分布の一例を示す図である。 区画の亀甲分割の一例を示す平面図である。 鉄筋コンクリート造階の一例を示す平面図である。 鉄筋コンクリート造階の壁部分のモデル化の一例を示す立面図である。 本発明に係る混構造計算システムの入力画面の一例である。

１ 柱（木造階）
２ 壁（木造階）
３ 壁（鉄筋コンクリート造階）
４ 区画の境界線
５ 亀甲分割線
６ 開口部
７ 壁柱
８ 壁梁

以下に、実施形態に基づいて本発明を詳細に説明するが、これらの実施形態は本発明の理解を助けるために記載するものであって、本発明を記載された実施形態に限定する趣旨で無いことは自明である。

本実施形態に係る混構造計算方法は、１階が鉄筋コンクリート壁式構造であり、２階及び３階が木造である混構造の建築物の構造計算を行うためのシステムである。
該方法は、建築物の設計データに基づいて、建築物の屋根の荷重で３階部分の構造を評価し、
屋根の荷重及び３階の荷重で２階部分の構造を評価し、２階までの木造部の柱、壁及び床の荷重を１階の区画毎に集計し、１階の鉄筋コンクリート造の部材にかかる荷重を算出し、１階部分の構造を評価することを特徴とする混構造計算方法である。

本実施形態に係る混構造計算方法及び計算システムは、混構造である建築物を計算するためのものである。
ここで、混構造とは、木造と鉄骨造、鉄骨造と鉄筋コンクリート造のような、階層毎に異なる構造方式を採用した建築物である。本発明に係る混構造計算システム及び計算方法は、特に、１階が鉄筋コンクリート壁式構造であり、２階及び３階が木造である混構造建築物に好ましく用いることができる。

図１は、混構造建築物の計算における、従来の構造計算と本発明に係る構造計算の手順を説明する図である。

図１に示すように、従来の構造計算においては、先ず利用者が木造階の計算ソフトなどにより木造階についてのみ構造計算を行い、木造階の構造計算書（Ａ）及び木造階から下階への荷重伝達図を出力する。そして、該荷重伝達図から荷重の状態を確認し、下階の鉄筋コンクリート造階に適用するために荷重を平均化する。再び、上記の木造階の計算ソフトとは異なる手段で鉄筋コンクリート造階の構造計算を行い、鉄筋コンクリート造階の構造計算書（Ｂ）を出力する。

さらに、各階の情報に基づいて、木造階及び鉄筋コンクリート造階の構造計算概要書（Ｃ）を別途作成する。そして、確認申請のため、木造階及び鉄筋コンクリート造階の構造計算書（Ａ、Ｂ）及び構造計算概要書（Ｃ）を審査機関へ提出する。
このように従来の混構造計算においては、構造の異なる階層の計算を別個に行っていた。

本発明に係る混構造計算システムにおいては、利用者が、構造の異なる階層のデータをまとめて入力できる。そして、構造計算は一つのシステム内で処理されるため、木造階の構造計算書（Ａ）、鉄筋コンクリート造階の構造計算書（Ｂ）及び構造計算概要書（Ｃ）がまとめて出力される。

このように本実施形態に係る混構造計算方法においては、混構造である建築物の構造計算を行う際に、建築物の情報の入力を一括して行えるため、容易に扱うことができる。
また、従来別途に出力されていた構造毎の構造計算書及び建築物全体の構造計算概要書をまとめて出力することが可能である。

次に、本実施形態に係る混構造計算システム及び計算方法の計算手段について説明する。

本実施形態に係る混構造計算方法では、ＣＡＤ等の建築物の設計データに基づいて、建築物の屋根の荷重で３階部分の構造の評価を行う。次いで、屋根の荷重及び３階の荷重で２階部分の構造の評価を行う。

そして、２階までの木造部の柱、壁及び床の荷重を、１階の区画毎に集計し、１階の鉄筋コンクリート造の部材にかかる荷重を算出し、１階部分の構造を評価する。この際、従来の計算のように、平均された荷重を利用しないため、正しい荷重条件で各部材に伝達される荷重を計算することができる。

図２は、１階が鉄筋コンクリート造であり２階が木造である建築物の平面図であり、（ａ）は木造の２階の平面図、（ｂ）は鉄筋コンクリート造の１階の平面図、（ｃ）は（ａ）と（ｂ）を重ね合わせた図である。なお、この例では、木造の２階（ａ）と鉄筋コンクリート造の１階（ｂ）では間取りが異なる。

本実施形態に係る混構造計算システムでは、１階の各区画は、鉄筋コンクリート造である１階の壁によって囲まれた区画として定義されることが好ましい。
例えば、図２に示すように、柱１及び壁２で構成された木造の２階の間取り（図２（ａ））と、鉄筋コンクリート造の壁３で構成された１階の間取り（図２（ｂ））が異なる場合では、鉄筋コンクリート造の壁３で囲まれた領域が一区画として定義される。そして、この区画内に含まれる柱１、壁２並びに床の荷重が合計される。

区画の境界としては、鉄筋コンクリート造の壁３の厚さ方向の中心を通る直線を採用してもよいし、規定される区画の内側あるいは外側の壁面を採用してもよい。
区画の境界として鉄筋コンクリート造の壁３の厚さ方向の中心を通る直線を採用した場合、隣り合う区画の境界線が木造階の柱１又は壁２を２分割するが、この場合には、これら柱１又は壁２の荷重を２分の１にすればよい。

図３には、木造階である２階の床、柱及び壁の荷重が示されている。また、荷重計算の対象となる１階の区画Ｓ１が区画の境界線４によって示されている。一区画にかかる２階部分からの荷重は、例えば、図３に示すような荷重分布の場合には、次のように計算できる。なお、以下の計算に置いて、隣り合う区画の境界線上にある柱又は壁の荷重は２分の１としてある。

床上荷重＝１４．０９＋１．６３＋１．６６
＝１７．３８（ｋＮ）
壁荷重＝（０．４８＋０．４８＋０．４８＋０．４８）
＋（０．４１＋０．４１＋０．２１＋０．４１＋０．４１＋０．４１＋０．４１＋０．２１＋０．４１＋０．４１）／２
＝１．９２＋１．８５
＝３．７７（ｋＮ）
柱荷重＝（２．３８＋０．８９）
＋（３．３９＋４．３＋５．７１＋５．５３＋４．３３＋３．３９＋４．３＋５．７１＋５．５３＋４．３３）／２
＝３．２７＋２３．２６
＝２６．５３（ｋＮ）

上記の床、柱及び壁の全荷重を合計すると、区画Ｓ１にかかる全荷重は４７．６８（ｋＮ）となる。
また、区画Ｓ１の面積は１．８２×４．０９５＝７．４５２９（ｍ^２）となるので、接地圧は、４７．６８／７．４５２９＝６．４０（ｋＮ／ｍ^２）と算出できる。

また、本実施形態に係る混構造計算システムでは、上記のように定義された各区画を、亀甲分割により複数の領域に分割することが好ましい。

ここで、亀甲分割とは、一つの区画を直線（図４の亀甲分割線５）によって分割することを意味する。例えば図４に示すように、亀甲分割線５は、区画の頂点から各境界線に対して４５°で延びる線と、この線の交点とを結ぶ線によって構成される。なお、区画が正方形の場合には、対角線が亀甲分割線となる。

上記亀甲分割により、一つの区画は４つの領域に分割され、各領域に含まれる壁毎に分割された領域の荷重を負担するようになる。図４の例では、亀甲分割線Ｌ１、Ｌ２及び区画の一辺を構成する壁Ｗ１によって囲まれた領域の荷重は壁Ｗ１が負担する。

なお、くびれを有する多角形や、矩形であっても壁の一部が無い場合は、区画内の総荷重を、区画を構成する辺の長さで按分して荷重を設定する。

例えば、区画の総荷重が２２ｋＮ、１辺が３ｍの正方形の区画で、ある１辺が１ｍ壁が無い箇所があり、辺を構成する壁の水平方向の長さが２ｍしかない場合、壁の単位長さ当たりの荷重は２２／１１＝２ｋＮ／ｍである。そして、水平方向の長さが３ｍである壁には６ｋＮ、水平方向の長さが２ｍである壁には４ｋＮの荷重がかかるものとして按分する。

次いで、区画の一辺を構成する壁について荷重を計算する。このとき、壁に構成される開口部（窓やドアなど）を考慮してフレーム計算のためにモデル化を行い、壁の構成部材を壁梁と柱に分割する。

図５は鉄筋コンクリート造階の平面図の一例であり、壁や小梁を通る芯を互いに直交するＸ通り・Ｙ通りとしている。図６は図５のＸ０通りにおける立面図である。
図６に示すような開口部６を有する壁は、開口部６がない箇所は壁柱７、開口部６がある箇所は壁梁８としてモデル化される。

次いで、上記のモデル化されたフレーム（骨組み）で応力計算を行う。そして、応力計算の結果と鉄筋コンクリート断面の許容値から、壁柱及び壁梁の許容応力度判定を行う。

また、１階の鉄筋コンクリート造階の天井部に設けられたコンクリート造のスラブの荷重は、スラブの全自重を、亀甲分割によって分割された面積で按分してそれぞれの壁に分配する。

出力の結果としては、特に限定されないが、荷重・外力計算（荷重表：２階床、壁、梁、特殊荷重の集計）、耐力壁の検討（基準法施行令に沿った壁の検討）、偏心率の算定、ねじれ補正係数（基準法施行令に沿った建物のバランスの検討）、フレーム応力（ＲＣ部材をモデル化した、フレーム応力計算）、断面算定（フレーム応力計算とＲＣ断面性能より許容応力度判定）といった、構造計算書に利用することができる項目が出力されることが好ましい。

上記混構造計算方法は、例えば、１階が鉄筋コンクリート造であり、２階及び３階が木造である混構造の建築物の構造計算を行うプログラムであって、建築物の設計データに基づいて、建築物の屋根の荷重で３階部分の構造を評価するステップと、屋根の荷重及び３階の荷重で２階部分の構造を評価するステップと、２階までの木造部の柱、壁及び床の荷重を１階の区画毎に集計し、１階の鉄筋コンクリート造の部材にかかる荷重を算出するステップと、１階部分の構造を評価するステップとを含む混構造計算プログラムとして、記憶媒体に格納されて提供される。このようなソフトウェアが提供されることにより、従来、別個に計算されて、多大な労力を要していた混構造建築物の構造計算を容易に行うことができる。

上記実施形態に係る混構造計算方法がプログラムとして提供される場合、例えば、ＰＣ（パーソナルコンピューター）やサーバー内での稼働が想定される。この場合、該プログラムの利用者は、ＰＣの表示装置等に表示される入力画面において必要な数値データや建築物の構成等の情報を入力する。

例えば、建築物の間取り等の構成を視認する際に、通り芯毎の立面図の表示に切り替えるためのツールボタンが表示されてもよい。このような立面図を容易に表示できることにより、間口の入力を立面図から行うことができる。

なお、鉄筋コンクリート造りに別途必要な立面計算を、鉄筋コンクリート造り用平面骨組計算システムであるフレミング（富士通エフ・アイ・ピー株式会社製）等の部品を取り込むことにより格段に効率化を図ることができる。

また、本発明によれば、１階が鉄筋コンクリート壁式構造であり、２階及び３階が木造である混構造の建築物の構造計算を行うシステムが提供される。
該システムは、建築物の設計データに基づいて、建築物の屋根の荷重で３階部分の構造を評価し、屋根の荷重及び３階の荷重で２階部分の構造を評価する木造階評価手段と、２階までの木造部の柱、壁及び床の荷重を１階の区画毎に集計し、１階の鉄筋コンクリート造の部材にかかる荷重を算出する荷重算出手段と、１階部分の構造を評価するコンクリート造階評価手段と、を含むことを特徴とする。なお、上記システムの各構成は、前述の混構造計算方法と同様であるため説明を省略する。

上記混構造計算システムを実現するために、荷重の計算、按分計算等の演算を行うための演算装置（ＣＰＵ等）、情報を入力のための入力装置（キーボード、マウス等）、表示装置（電子ディスプレイ等）、記憶装置（ハードディスク、ＲＡＭ、ＲＯＭ、）等から構成されてもよい。

本発明に係る混構造計算システムでは、従来別個に行っていた木造階とコンクリート造階の計算を同一のシステム内で処理をすることが可能であるため、例えば、記憶装置において、木造階の荷重の情報を格納し、下階であるコンクリート造階の計算に直接利用することができる。これにより、従来の計算方法よりも、より正確な荷重の条件を適用させることが可能となる。

また、構造計算書や構造計算概要書等は、印刷装置から出力されてもよい。

Claims (8)

1. １階が鉄筋コンクリート造であり、２階及び３階が木造である混構造の建築物の構造計算を行う方法であって、
   建築物の設計データに基づいて、
   建築物の屋根の荷重で３階部分の構造を評価し、
   屋根の荷重及び３階の荷重で２階部分の構造を評価し、
   ２階までの木造部の柱、壁及び床の荷重を１階の区画毎に集計し、１階の鉄筋コンクリート造の部材にかかる荷重を算出し、１階部分の構造を評価することを特徴とする混構造計算方法。
2. １階の各区画は、１階の鉄筋コンクリート造の壁によって囲まれた区画であることを特徴とする請求項１に記載の混構造計算方法。
3. 各区画を亀甲分割により複数の領域に分割することを特徴とする請求項１又は２に記載の混構造計算方法。
4. １階部分の天井を構成するコンクリート造のスラブの全荷重を亀甲分割によって分割された各領域の面積で按分し、各領域に含まれる鉄筋コンクリート造の壁に分配させることを特徴とする請求項３に記載の混構造計算方法。
5. １階が鉄筋コンクリート造であり、２階及び３階が木造である混構造の建築物の構造計算を行うシステムであって、
   建築物の設計データに基づいて、
   建築物の屋根の荷重で３階部分の構造を評価し、屋根の荷重及び３階の荷重で２階部分の構造を評価する木造階評価手段と、
   ２階までの木造部の柱、壁及び床の荷重を１階の区画毎に集計し、１階の鉄筋コンクリート造の部材にかかる荷重を算出する荷重算出手段と、
   １階部分の構造を評価するコンクリート造階評価手段と、
   を含むことを特徴とする混構造計算システム。
6. １階の各区画は、１階の鉄筋コンクリート造の壁によって囲まれた区画であることを特徴とする請求項５に記載の混構造計算システム。
7. 各区画を亀甲分割により複数の領域に分割する分割手段をさらに含むことを特徴とする請求項５又は６に記載の混構造計算システム。
8. １階部分の天井を構成するコンクリート造のスラブの全荷重を亀甲分割によって分割された各領域の面積で按分し、各領域に含まれる鉄筋コンクリート造の壁に分配させることを特徴とする請求項７に記載の混構造計算システム。